Amber

项目主页:http://ambermd.org/

开发者: Peter A. Kollman等

当前版本:16

License: 专有,商业



概况

Amber在很多方面都与CHARMM的情形相似,历史悠久,贡献者众多,周围是一个活跃在化学分子动力学前沿的学术圈,并且同时形成了一种广泛使用的力场。追溯源流,两者可以回归到共同的起点。1978年Paul Weiner带着在Martin Karplus处进行博士后研究时使用的代码来到UCSF的Peter Kollman实验室,这段从分子结构计算能量的代码正是CHARMM的前身。在Kollman的主导下,代码被扩展以适用更广泛的系统并配备了可视化工具,随后纳入了GROMOS的动力学计算代码,形成了最初版本的Amber。与CHARMM不同,Amber不是一个all-in-one的分子动力学软件,而是由多个各司其职的组分所构成的工具集,除了高性能动力学引擎外的其他组分统称AmberTools,可以免费使用,包含动力学引擎的发布版本则须购买授权。三十多年来该软件不断发展,有越来越多的算法开发者加入了自己的贡献,工具集中的组分也不断演化,当前最新版本AmberTools17中包含上百种工具,核心动力学引擎开发语言为Fortran90,其中Sander代码量约20万行,PMEMD代码量约30万行。

主要功能

  • 力场
    • Amber力场包括多个不同名称的组分,分别支持蛋白质、DNA、RNA、碳水化合物、脂肪等不同分子类型,以及一种针对有机小分子的通用力场GAFF和多种水分子模型。用户可以使用AmberTools中的CHAMBER工具将CHARMM力场文件转换成Abmer格式以在Amber中使用。与之类似,tinker_to_amber工具可以转换TINKER原生的AMOEBA力场供Amber使用。除了AMOEBA,Amber本身还支持一种基于诱导偶极子理论的可极化力场ff02,该力场比AMOEBA计算量小,曾经被广泛使用,且是首个支持核酸的可极化力场,但该力场在现版本(Amber16)中已不推荐使用。
    • 溶剂模型方面Amber支持多种GB模型,同时支持一种名为reference interaction site model(RISM)的分子溶剂模型,该模型本质上是一种微观溶剂模型。
    • Amber通过Sander支持QM/MM混合模拟。Sander内建多种NDDO及DFTB类型的半经验哈密顿量,AmberTools同时包含一个名为sqm的工具可提供基于这些半经验哈密顿量的纯量化计算,代码大部分基于MOPAC。Sander同时提供接口可对接多种常用量化软件,包括ADF、GAMESS-US、NWCHem、Gaussian、Orca、Q-Chem、TeraChem。
  • 算法
    • 支持的采样算法包括:Self-Guided Langevin dynamics,Accelerated Molecular Dynamics,Gaussian Accelerated Molecular Dynamics,Targeted MD,Multiply-Targeted MD (MTMD),Low-MODe (LMOD) methods,Replica Exchange Molecular Dynamics (REMD),Adaptively biased MD,Steered Molecular Dynamics (SMD) 等。
    • 支持的自由能计算方法包括:Thermodynamic integration,Absolute Free Energies using EMIL,Linear Interaction Energies,Umbrella sampling等。上述算法中的一些如umbrella sampling存在不止一种实现。其中三个模块ncsu_smd、ncsu_pmd和ncsu_bbmd为同一框架下的实现,该框架定义了几类reaction coordinates。
    • 支持constant-pH模拟以及constant-pH REMD。
    • 支持包括NMR、X-ray及cryo-EM/ET在内的实验结构精细化计算。
    • 在基本算法的基础之上,Amber还通过AmberTools提供了一些工作流工具,对特定的计算任务提供了从计算到分析的流程化辅助。如自由能计算工作流工具FEW和MMPBSA。
  • 从Amber11开始,Amber加入了对GPU的支持,从 Amber14开始,PMEMD加入了对Intel Xeon Phi协处理器的支持。

 



参考资料

  • Case, D., et al. “AMBER 16. 2016.” San Francisco, CA: University of California.
  • Pearlman, David A., et al., Computer Physics Communications 91.1-3 (1995): 1-41.


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