分子动力学软件包Amber24的安装

AmberTools24 概述

AmberTools 是一个用于分子模拟的软件套件，提供了一系列用于模拟辅助、建模分析以及可视化工具。AmberTools 最初是为了支持 Amber 分子模拟软件包的开发而发布的，在分子动力学模拟、药物设计和生物信息学等领域中被广泛使用。

AmberTools24（2024年4月30日发布）由以下主要代码组成：

• antechamber和MCPB.py：为一般有机分子和金属中心创建力场的程序

• tleap和parmed：Amber 模拟的基本准备工具

• sqm和Quick：半经验、DFTB 和从头算量子化学代码，用于独立计算或 QM/MM

• pbsa：对泊松-玻尔兹曼模型进行数值解

• 3D-RISM：解决积分方程模型以进行溶解

• sander：分子动力学模拟的主力程序

• gem.pmemd：使用高级力场的工具

• mdgx：一款主要通过参数拟合来突破 Amber MD 界限的程序。还包括可定制的虚拟站点和显式溶剂 MD 功能。

• cpptraj和pytraj：用于分析轨迹结构和动态的工具

• mmpbsa.py：基于能量的 MD 轨迹分析

• FEW：自由能量工作台，提供各种自由能量分析工具

• fe-toolkit：分析炼金术自由能模拟的例程

AmberTools24新功能：

• 新的和更新的力场：纳入 GAFF2 的 ABCG2 电荷模型
• 用于 Hartree-Fock 和 DFT 电子结构计算的快速软件包，具有 GPU 支持。Quick 集成到 _sander_中用于 QM/MM 模拟，AmberTools24 包含显著的性能改进、对 f 基函数的支持、更新的几何优化器以及对自旋无限制计算的支持。
• cpptraj 更新: (另请参阅cpptraj 的详细更新日志。)

• 修复了 NPT 轨迹的展开和扩散成像。

• 增加了展开 NPT 轨迹时消除盒子波动的能力（通过投影到平均单元格上）。

• 添加了来自多个时间原点的 MPI 并行扩散计算，以及环面视图保留扩散计算。

• 对于核酸结构分析，增加了写入轴、采用用户指定的碱基对以及报告所有氢键（不仅仅是 WCF）的能力。

• 增加了使用 OpenMM 从能量命令计算总能量的功能（如果链接到 OpenMM 库）。

• 增加了改变选定原子的质量和/或电荷的能力。

• 增加了计算轨迹中结构扩展相似度得分的功能（J. Comp.-Aid. Mol. Design, 2022, 36, 157-173）。

• 增加了利用和操纵内部坐标（Z 矩阵）的能力。

• 向 GIST 添加了 MPI 并行性和可旋转网格。

• 在‘change’命令中添加了‘mergeres’关键字，用于合并连续残基。

• 增加了在“atommap”命令中将映射原子名称更改为引用名称的功能。

• 在‘box’命令中添加了‘getbox’关键字，以允许提取单元格、分数单元格或对称形状矩阵数据。

• 添加了“--charge”命令行标志，用于计算电荷并打印到标准输出。

• fe-toolkit更新了用于分析炼金术自由能计算的例程包。

Amber24 概述

Amber24 软件包在 AmberTools24 基础上添加了pmemd 程序，该程序类似于AmberTools 中的sander（分子动力学）代码，但在多个 CPU 上提供了（更）更好的性能，并在 GPU 上显著提高了速度。

Amber24主要新功能包括：

• 对 AMD GPU 的一般支持。

• 炼金术transformation pathways/softcore potentials和炼金术增强采样 (ACES) 方法的提升：

• 高级 lambda 调度选项，包括用于优化相空间重叠 lambda 间距的新工具

• 通过依赖于 lambda 的“Boresch”键、角度和扭转约束实现骨架跳跃和绝对结合自由能能力

• 对浮动参考分子支架进行 lambda 依赖的 RMSD 拟合约束

• 非平衡工作框架（Jarzynski 和 Crooks 方程）用于炼金术自由能转换和end-state (e.g., MM->QM or MM->ML) book-ending simulations模拟

• 具有循环闭环和实验约束的蛋白质-配体结合热力学图的网络范围炼金术自由能分析的先进方法

• 使用高斯加速MD（LIG-GaMD）研究配体-蛋白质相互作用的方法。

• 全原子 PME 连续恒定 pH MD（仅限 GPU）。

• 隐式溶剂/显式离子溶剂模型（GBION）。

• 对self-guided朗之万动力学进行更新，使用动量和力引导因素；更新副本交换能力。

以下是Amber24的安装：

安装环境：

Ubuntu 2204，CUDA runtime版本12.4，Cmake 3.22.1，gcc 9.5，g++ 9.5，gfortran 9.5

Amber24 支持的 CUDA 版本： >= 7.5，<12.5。

Amber24 支持的gcc 版本：>= 6, <13

Step 0. 申请下载AmberTools24和Amber24安装包

目前Amber24可以免费申请non-commercial使用，申请地址：Download Amber MD

申请下载两个安装包：AmberTools24.tar.bz2和Amber24.tar.bz2

下载miniforge备用：https://github.com/conda-forge/miniforge/releases/latest/download/Miniforge3-Linux-x86_64.sh

Step 1. 准备工作

sudo apt-get install csh flex gfortran g++ tcsh make gcc flex bison patch bc libbz2-dev wget zlib1g-dev python-tk python3-matplotlib libxml2-dev zlib1g-dev libssl-dev cmake xorg-dev xserver-xorg netcdf-bin

Step 2. 解压安装包

tar jxvf AmberTools24.tar.bz2

tar jxvf Amber24.tar.bz2

Step 3.  编译和安装-CPU串行版

进入到build文件夹，里面有4个文件

cd Amber24_src/build

按需要修改其中run_cmake中的安装路径，如果不修改，会安装在Amber24_src旁边。

编译，然后安装。#NOTE: 编译的时候，可能会遇到Miniforge3-Linux-x86_64.sh下载太慢的问题。Ctrl+C退出，将事先下载好的文件复制到 amber24_src/build/CMakeFiles/miniconda/download 目录下，再次运行run_cmake。

./run_cmake

make install -j8

设置环境，退出当前Terminal。

source /home/xxxx/amber24/amber.sh

如果遇到重新编译，与需要先清除之前的编译残留文件，运行 ./clean_build, 然后再次运行./run_cmake即可。

CPU串行版安装是基本配置，将不会安装支持并行的程序，即.MPI的后缀程序，适用于不强制使用CPU并行的场景。

由于CPU的性能各异，某些并行程序在有些CPU上的并行并不能带来显著的性能提升，还需酌情使用。

Step 4.  编译和安装-CPU并行版

根据需要安装。修改run_cmake中的 -DMPI=TRUE，其他不变，如下

编译，然后安装。

./run_cmake

make install -j8

Step 5.  编译和安装-GPU串行版

适用于有1个或多个GPU的情况。

修改run_cmake中的 -DCUDA=TRUE，其他不变，如下

编译，然后安装。

./run_cmake

make install -j8

该版本适用于每块GPU单独运行的情况。

在机器上有安装多块GPU时，可以编译GPU并行版本（即调整 -DMPI=TRUE -DCUDA=TRUE ），实际使用中并不能带来显著的提升，不再展示安装效果。

Step 6. 测试安装

测试CPU串行版：

cd $AMBERHOME

make test.serial

结果如下：

测试CPU并行版：

cd $AMBERHOME

export DO_PARALLEL="mpirun -np 4"

make test.parallel

结果如下：

测试GPU串行版：

cd $AMBERHOME

make test.cuda.serial

结果如下：

对于不通过的情况，找到原因重新安装并测试。