تاریخچه نرم افزار لمپس
امروزه در بسیاری از تحقیقات دینامیک مولکولی از بسته محاسباتی لمپس برای اجرای شبیه سازی ها و بهره گیری از فرمولبندی های این روش محاسباتی استفاده می شود. لمپس یکی از نرمافزارهایی است که با آن، بسیاری از ساختارهای مولکولی و اتمی را براساس روش شبیه سازی دینامیک مولکولی میتوان شبیهسازی کرد. از نظر تاریخی توسعه این نرم افزار از سال ۱۹۹۰ توسط کرادا شروع و سپس استون پلیمپتون در سندیا تلاشهای بسیاری برای کدنویسی آن انجام داد که این تلاش ها منجر به ظهور نسخه فرترن و در نهایت تولید LAMMPS 99 شد. پس از ساخت نسخه F90 ،نسخه LAMMPS2001 تولید شد و بازنویسی لمپس از فرترن به C++ و تولید کد منبع باز آن در سال ۲۰۰۴ انجام گرفت. سرانجام آیدان تامپسون در سندیا LAMMPS2006 را به وجود آورد که این نسخه از نرم افزار از نظر محاسباتی کاملاً بهینه و موازی بود و نمونه اولیه از نرم افزار لمپس کنونی به شمار می رود. از دیدگاه کاربردی، استفاده از نرم افزار لمپس برای انجام شبیه سازی های دینامیک مولکولی از مزایای زیادی برخوردار است که مهمترین آنها در قسمت زیر فهرست شده اند:
- اضافه کردن قیود نیرویی و جابه جایی مجموعهای از ذرات و شبیهسازی در هنگردهای متداول امکان پذیر است.
- وجود بیش از یک نوع ترموستات و باروستات جهت تثبیت پارامترهای مختلف سیستم در این نرم افزار پیش بینی شده اند.
- اعمال شرایط مرزی گوناگون در شبیه سازی های انجام شده با این نرم افزار امکان پذیر است.
- امکان شبیهسازی سیستمهایی با تعداد ذرات بسیار زیاد با این نرم افزار امکان پذیر است.
- روش های مختلف حداقل سازی انرژی در این نرم افزار در دسترس شبیه ساز واقع شده اند.
- زبان برنامه نویسی این نرم افزار C++ بوده و این نرم افزار بر روی تمام سیستم عاملهای موجود در بازار قابل اجرا است.
- دسترسی به کدهای این نرم افزار رایگان است و به راحتی آن را میتوان تغییر و دوباره منتشر کرد.
- محاسبات را به صورت موازی (اجرای همزمان) ومحاسبات سریال (شیوه سنتی) در این نرم افزار میتوان انجام داد.
- لمپس قابلیت محاسبات بر روی هسته پردازش گرافیکی را دارد.
- این نرم افزار شبیه سازی توسعه پذیر است.
- لمپس با دیگر کدها میتواند جفت شود. لمپس کد دیگری را میخواند و کد دیگری لمپس را میخواند و کد دیگری که به کد آمبرلا معروف است هر دو را میخواند.
- در اینترنت میشود شبه کد را با جستجوی موضوعی به انگلیسی یافت، سپس موضوع را به خوبی پیادهسازی کرد.
نمونه ای از ساختارهای اتمی و مولکولی شبیه سازی شده با استفاده از نرم افزار لمپس در شکل ۱ قابل مشاهده است.
شکل ۱. نمونه های از ساختارهای اتمی و مولکولی شبیه سازی شده با استفاده از نرم افزار لمپس.
در کنار مزایای بیان شده برای نرم افزار لمپس، این نرم افزار دارای معایبی نیز هست که مهمترین آنها عبارتند از:
- لمپس، واسط کاربر گرافیکی ندارد، لذا برای اجرای نرمافزار باید محیطهای متنی و دستور متنی داشت.
- لمپس، فایلهای مختصات و اطلاعات خروجی را تولید میکند و از بوجود آوردن تصاویر گرافیکی ناتوان است و از نرمافزارهای کمکی باید استفاده کرد.
- نمودار اطلاعات خروجی را نمیتوان تولید کرد و سیستمهای مولکولی را نمیتوان ساخت و تحلیل پیچیدهای از شبیهسازی دینامیک مولکولی ارائه نمیدهد.
- ضرایب نیروهای ذره و مولکولی در این نرمافزار به صورت دستی توسط کاربر تعیین میشود. از سوی دیگر، این ویژگی شبیهساز را آزاد گذاشته تا نیروهای بین اتمی را انتخاب و اثر آن را بررسی کند
در ویدیو زیر بخشی از تاریخچه توسعه نرم افزار لمپس و ویژگی های آن به نمایش در آمده است.
ویدیو ۱. مراحل شکل گیری و پیشرفت نرم افزار لمپس در آزمایشگاه سندیا آمریکا.