量子化学Gaussian计算硬件配置方案

（一）量子化学计算如何选择硬件配置

由于分子的类型、体系和模拟算法，以及各种应用和精度要求，都有不同的计算特点，对计算机硬件（CPU、内存、硬盘、GPU）配置要求有很大的差异
，如何选择好服务器/工作站的硬件配置，提高计算速度，缩短求解时间，主要看用量子化学计算软件的算法，及做什么求解，因为算法和精度决定了计算特点和求解规模，合理的硬件配置，大大发挥机器性能，缩短求解时间，主要量子化学软件：Gaussian，GAMESS，MOLPRO，NWChem

1.1量子化学算法、精度与计算成本

1.2原子体系规模、算法及硬件配置特点

1.3高斯软件的多核并行计算测试

（1）基于Gaussian 09版本

这个测试分别用4核、8核、16核、32核、64核进行求解，从计算结果看，多核并行加速比很理想

（2）基于Gaussian 16版本多核并行计算测试

这个测试分别对8核、16核、32核、44核进行求解，从计算结果看，多核并行加速比到32核很理想，44核已经对求解没有多大提升了

数据来源： http://www.hpc.co.jp/benchmark20150706.html

1.4 量子化学计算硬件配置特点

（1）不同算法的并行计算的核数加速比有所差异，不完全是线性的
（2）最新CPU架构和提升频率，对缩短求解时间非常显著
（3）精度高求解计算量大，对CPU频率和核数、内存容量、硬盘io要求均有很高要求

数据来源：http://www.hpc.co.jp/chem/c_select_hardware.html

（4）核数与内存比例为 1:4最为理想
（5）支持Tesla K40或K80 的GPU计算，显存需12GB以上，但算法有局限性，同时性价比不好
（6）组成集群的计算节点配置最好采用4核~10核超高频，效率最高

（二）总结：

1) 多类型CPU 配置的节点测试中，G16 在单节点内并行计算时均具有很好的并行扩展性，使用进程核数增加一倍时，计算效率提高近1 倍。

2 ) 在单节点上，并行144 核时仍具有很好的扩展性潜力，受限于单节点CPU 核数，更多进程数的节点内并行没有进行测试。

3 ) 使用相同进程核数时，E3v5 节点计算效率优于E5v4 节点，分析与其CPU 主频较高有关，E3v5 CPU 主频3.5GHz，而E5v4 CPU 主频2.4GHz 。且CPU 核数用满时具有睿频现象，E3v5 CPU 主频最大可达4.0GHz ，比较适合单节点并行的计算密集型应用。

4 ) 输入文件中Link 0 部分设置使用%CPU=**方式，具有更好的计算效率，分析此种设置方式，进程与分配的CPU 核绑定，可以减少在计算过程中的缓存损失。