वैज्ञानिक कंप्यूटिंग सुविधा

वैज्ञानिक कंप्यूटिंग संसाधन : संक्षिप्त विवरण

वैज्ञानिक कंप्यूटेशन करने के लिए इंटेल (जिऑन, इटेनियम) प्लेटफॉर्म पर आधारित क्लस्टर और उच्च-स्तरीय कंप्यूटिंग सर्वर वैज्ञानिक कंप्यूटिंग के लिए उपलब्ध हैं । डेस्कटॉप के माध्यम से आरआरकेट-नेट द्वारा इन उच्च-स्तरीय सर्वरों एवं क्लस्टरों पर पहुंचा जा सकता हैं और ये आरआरकेट-नेट पर 24x7 आधार पर सुगम्य हैं । कंप्यूटिंग क्लस्टरों और सर्वरों पर वर्चुअल नेटवर्क कंप्यूटिंग (ग्राफिकल यूजर इंटरफेस के लिए रिमोट ऐक्सेस हेतु एक सरल प्रोटोकॉल) क्रियान्वित किया गया है, जो प्रयोक्ताओं के डेस्कटॉप पर ग्राफिकल आउटपुट की सुविधा प्रदान करता है ।

वैज्ञानिक कंप्यूटिंग के लिए दस से अधिक उच्च-स्तरीय कंप्यूटिंग सर्वर उपलब्ध हैं । प्रयोक्ताओं के लिए केंद्रीकृत स्टोरेज उपलब्ध है, जिसे बेहतर उपलब्धता के लिए अतिरिक्त सर्वरों पर कॉन्फ़िगर किया गया है । प्रयोक्ता का सत्यापन और प्राधिकार ओपन एलडीएपी (लाइटवेट डायरेक्ट्री ऐक्सेस प्रोटोकॉल) के माध्यम से किया जाता है । प्रयोक्ता की मुख्य डायरेक्ट्री कॉन्फ़िगर की गई है और यह सभी कंप्यूटिंग सर्वरों पर नेटवर्क फाइल सिस्टम (एनएफएस) के माध्यम से उपलब्ध है ।

वैज्ञानिक कंप्यूटिंग प्रयोक्ताओं के लिए उनके समांतर कार्य करने हेतु 240.18 TF (टेरा फ्लॉप) से अधिक सतत कंप्यूटिंग शक्ति वाले चार क्लस्टर उपलब्ध हैं । टॉर्क (TORQUE) को क्लस्टर संसाधन प्रबंधक के रूप में कॉन्फ़िगर किया गया है और मौई (Maui) को जॉब-शेड्यूलर के रूप में कॉन्फ़िगर किया गया है । टॉर्क, बैच-जॉब और वितरित कंप्यूटिंग संसाधनों पर नियंत्रण रखता है । यह मूल पीबीएस परियोजना पर आधारित एक उन्नत ओपन-सोर्स उत्पाद है । प्रयोक्ताओं को उनके कंप्यूटिंग संबंधी कार्य के लिए नवीनतम कम्पाइलर और लाइब्रेरी उपलब्ध हैं । प्रयोक्ता का सत्यापन और प्राधिकार ओपन एलडीएपी (लाइटवेट डायरेक्ट्री ऐक्सेस प्रोटोकॉल) के माध्यम से किया जाता है । प्रयोक्ता की मुख्य डायरेक्ट्री कॉन्फ़िगर की गई है और यह सभी क्लस्टरों पर लस्टर पैरेलल फ़ाइल सिस्टम (क्लस्टर के लिए एक उच्च इनपुट/आउट-पूट क्षमता फ़ाइल सिस्टम) के माध्यम से उपलब्ध है ।

उच्च निष्पादन कंप्यूटिंग क्लस्टर, क्षितिज-5 (Kshitij-5) :

उच्च निष्पादन कंप्यूटिंग क्लस्टर (एचपीसीसी) क्षितिज-5 (Kshitij-5), वैज्ञानिक एवं अभियांत्रिकी अनुप्रयोगों के लिए आरआरकेट में उपलब्ध केंद्रीकृत वैज्ञानिक कंप्यूटिंग सुविधाओं में नवीनतम अनुवृद्धि है । क्षितिज-5, इंटेल जिऑन स्काईलेक प्रोसेसरों, एनवीडिया के टेस्ला P100 जीपीयू एक्सेलेरेटर्स और इनफिनिबैंड ईडीआर 100 Gbps इंटरकनेक्ट की क्षमताओं को संघटित करता है ।

क्षितिज-5, 16 आवेष्टनों में रखे गए 64 कंप्यूट नोड्स, 8 रैक पर लगे हुए जीपीयू नोड्स, 4 प्रबंधन सर्वर, 4 फाइल सर्वर व इंटरकनेक्ट के रूप में 100 Gbps मेलानॉक्स इनफिनीबैंड (आईबी) स्विच से सुसज्जित है । कुल 24 TB सकल मेमोरी, 16 GPUs (कुल 57,344 जीपीयू कोर) और 300 TB रॉ स्टोरेज क्षमता वाले एक सैन (एसएएन) सिस्टम सहित 2048 सीपीयू कोर (दो सोलह कोर इंटेल जिऑन गोल्ड @ 2.60 गीगाहर्ट्ज़ प्रोसेसर प्रति कंप्यूट नोड से) उपलब्ध हैं ।

क्षितिज-5 ओपन-सोर्स सॉफ्टवेयर घटकों और व्यावसायिक रूप से उपलब्ध कम्पाइलरों एवं लाइब्रेरी का सम्मिश्रण है । इस एचपीसीसी के विभिन्न सॉफ्टवेयर घटकों जैसे संसाधन प्रबंधक, समांतर फाइल सिस्टम, प्रयोक्ता सत्यापन सेवा आदि को विफलता-संरक्षित (फेल-ओवर) मोड में कॉन्फ़िगर किया गया है

लस्टर समांतर फ़ाइल सिस्टम को उन्नत इनपुट/आउट-पूट प्रचालनों के लिए उच्च-थ्रूपुट देने, उच्च-उपलब्धता और अतिरेक देने के लिए कॉन्फ़िगर किया गया है । यह दो नग मेटाडेटा सर्वरों और चार अलग-अलग नोड्स में फैले 100 Gbps से अधिक इनफिनिबैंड इंटरकनेक्ट से जुड़े चार नग ऑब्जेक्ट स्टोरेज सर्वरों से हासिल किया गया है । ओपन-सोर्स इंटर प्रोसेस कम्युनिकेशन लाइब्रेरी जैसे ओपनएमपीआई (openmpi-4.0), एमवीएपीआईसीएच2 (mvapich2-2.3.)और एमपीआईसीएच (mpich-3.3) को विभिन्न प्रकार के समांतर कंप्यूटिंग कार्यों को सपोर्ट करने के लिए कॉन्फ़िगर किया गया है । उन्नत कंप्यूटिंग कार्यों की सहायता के लिए इंटेल आधारित कम्पाइलर सेट "पैरेलल स्टूडियो एक्सई 2019" लगाया गया है जिसमें फोरट्रान और सी-कम्पाइलर्स, मैथ कर्नेल लाइब्रेरी, इंटेल एमपीआई आदि शामिल हैं ।

क्षितिज-5 एचपीसीसी 190 टेराफ्लॉप्स की सतत कंप्यूटिंग शक्ति प्रदान करता है जो ओपन-सोर्स लिनपैक बेंचमार्क के माध्यम से हासिल की जाती है । क्षितिज-5 जारी होने के बाद, वैज्ञानिकों और अभियंताओं के लिए उपलब्ध एचपीसीसी की कुल केंद्रीकृत कंप्यूटिंग शक्ति 240.18 टेराफ्लॉप्स तक पहुंच गई है ।

High Performance Computing Cluster,Kshitij-5  (क्षितिज-5)
उच्च निष्पादन कंप्यूटिंग क्लस्टर, क्षितिज-5 (Kshitij-5)


Aggregate Computing Power at RRCAT


उच्च निष्पादन कंप्यूटिंग क्लस्टर, क्षितिज-4 (Kshitij-4) :

वैज्ञानिक एवं अभियांत्रिकी अनुप्रयोगों के लिए आरआरकेट में उच्च निष्पादन कंप्यूटिंग क्लस्टर (एचपीसीसी), क्षितिज-4 (Kshitij-4) को कमीशन किया गया है । यह एचपीसीसी चार ब्लेड आवेष्टन में रखे 4 एचपी ब्लेड सर्वरों, दो एचपी रैक पर लगे सर्वरों और 56 Gbps मेलानॉक्स इनफिनीबैंड (आईबी) स्विच से सुसज्जित है । क्षितिज-4 में उन्नत कंप्यूटिंग कार्यों के लिए कुल 1536 कंप्यूटिंग कोर, 12 TB सकल मेमोरी और 84 TB के प्रयोक्ता डेटा स्टोरेज के लिए एक सैन सिस्टम भी उपलब्ध है ।

इस एचपीसीसी को विफलता संरक्षित (फेल-सेफ) मोड में कार्य करने के लिए ओपन-सोर्स सॉफ्टवेयर के उपयोग से कॉन्फ़िगर किया गया है । ओपन एलडीएपी को द्वैत मास्टर मोड में कॉन्फ़िगर किया गया है और रिसोर्स मैनेजर-टॉर्क और शेड्यूलर-एमएयूआई को भी उच्च उपलब्धता मोड में क्रियान्वित किया गया है । यदि मास्टर नोड में कोई समस्या आती है, तो क्लस्टर अतिरिक्त मास्टर नोड के साथ निर्बाध रूप से कार्य करेगा ।

उच्च इनपुट/आउट-पूट क्षमता इस एचपीसीसी की मुख्य विशेषताओं में से एक है, जिसे लस्टर समांतर फाइल सिस्टम के माध्यम से क्रियान्वित किया गया है । लस्टर को एफडीआर इनफिनीबैंड नेटवर्क के साथ क्षितिज-4 क्लस्टर के फाइल सिस्टम के रूप में कॉन्फ़िगर किया गया है । इस फाइल सिस्टम के क्रियान्वयन के लिए मेटाडेटा सर्वर (एमडीएस), चार ऑब्जेक्ट स्टोरेज टारगेट (ओएसटी), लस्टर नेटवर्क (एलएनईटी) और लस्टर प्रबंधन सर्वर भी लगाए और कॉन्फ़िगर किए गए हैं ।

इंटर प्रोसेस कम्युनिकेशन लाइब्रेरी - एमपीआईसीएच (mpich-3.1.3), एमवीएपीआईसीएच 2 (mvapich 2-2.0.1), ओपनएमपीआई (openmpi-1.8.4) को विभिन्न प्रकार के समांतर अनुप्रयोगों को सपोर्ट करने के लिए कॉन्फ़िगर किया गया है । समांतर कंप्यूटिंग कार्यों के लिए इस क्लस्टर पर इंटेल फोरट्रान और सी कंपाइलरों संस्करण 14 और मैथ कर्नेल लाइब्रेरी को कॉन्फ़िगर किया गया है । इस क्लस्टर ने 29.88 टेराफ्लॉप्स की सतत कंप्यूटिंग शक्ति प्रदान की है ।

High Performance Computing Cluster, Kshitij-4 (क्षितिज-4)
उच्च निष्पादन कंप्यूटिंग क्लस्टर, क्षितिज-4 (Kshitij-4)

उच्च निष्पादन कंप्यूटिंग क्लस्टरों के लिए केंद्रीकृत मॉनीटरन प्रणाली :

आरआरकेट में उच्च निष्पादन कंप्यूटिंग क्लस्टरों को मॉनीटर करने के लिए आरआरकेटनेट पर केंद्रीकृत मॉनीटरन प्रणाली विकसित और तैनात की गई है । इस प्रणाली के माध्यम से संसाधन उपयोग और वर्तमान लोड, वर्तमान प्रयोक्ता, डिस्क उपयोग संबंधित सेवाओं की स्थिति, पोर्टेबल बैच सिस्टम (पीबीएस) स्थिति और उच्च निष्पादन कंप्यूटिंग क्लस्टर के स्वैप उपयोग को मॉनीटर किया जा सकता है ।

यह प्रणाली अलग-अलग प्रयोक्ताओं द्वारा एचपीसीसी के उपयोग को ग्राफिकल प्रारूप में दर्शाती है । पायथन आधारित जैंगो ओपन-सोर्स वेब एप्लिकेशन फ्रेमवर्क का उपयोग एचपीसीसी के व्यक्तिगत प्रयोक्ता के गतिशील उपयोग की संगणना ग्राफिकल प्रारूप में करने के लिए किया गया है । यह विभिन्न कतारों के उचित नियतन द्वारा उच्च-स्तरीय संसाधनों के इष्टतम उपयोग के लिए उचित कार्रवाई करने में सहायता करेगा ।
Usage of Kshitij-4 High Performance Computing Cluster
उच्च निष्पादन कंप्यूटिंग क्लस्टरों के लिए केंद्रीकृत मॉनीटरन प्रणाली


ओपेरा सॉफ्टवेयर के लिए वर्चुअल क्लस्टर आधारित समाधान

वर्चुअल क्लस्टर आधारित सेटअप को ओपेरा सॉफ्टवेयर के लिए कमीशन किया गया है, जो एक विख्यात चुंबक डिजाइनिंग और सिमुलेशन सॉफ्टवेयर है । यह सेटअप दो नग एचपी डीएल 380 G9 सर्वर्स (जिऑन 3.2 GHz ऑक्टा कोर, 128 GB रैम के साथ द्वैत प्रोसेसर सर्वर) से निर्मित है । सर्वरों में से एक को लाइसेंस सर्वर के रूप में कॉन्फ़िगर किया गया है और दोनों सर्वरों को एप्लिकेशन सर्वरों के रूप में कॉन्फ़िगर किया गया है । ओपेरा के जीयूआई आधारित 2D और 3D अनुप्रयोगों के लिए उच्च निष्पादन उद्योग मानक ओपन-जीएल रन-टाइम लाइब्रेरी की आवश्यकता होती है । सभी तीन सर्वरों को ओपनजीएल रन-टाइम लाइब्रेरी के लिए इष्टतमीकृत किया गया हैं । प्रयोक्ता अपने जीयूआई आधारित एप्लिकेशन को आरआरकेटनेट पर अपने डेस्कटॉप से सुदूर रूप से संचालित कर सकते हैं ।

Remote execution of OPERA on application server from Window desktop using Cygwin
ओपेरा सॉफ्टवेयर के लिए वर्चुअल क्लस्टर आधारित समाधान


मेटलेब सॉफ्टवेयर

मेटलेब सॉफ्टवेयर एक इंटरैक्टिव तकनीकी कंप्यूटिंग परिवेश प्रदान करता है, एल्गोरिथम विकास के लिए फलन, डेटा विश्लेषण और दृश्यावलोकन (विज़ुअलाइज़ेशन) के लिए कार्य करता है । मेटलेब संस्करण R2010 को दो नेटवर्क फ्लोटिंग लाइसेंस के साथ लगाया गया है और मेटलेब संस्करण R2015 को तीन नेटवर्क फ्लोटिंग लाइसेंस के साथ लगाया गया है । यह साफ्टवेयर प्रयोक्ताओं को केंद्रीकृत सुविधा के रूप में उपलब्ध कराया गया है । लगाए गए सॉफ्टवेयर पैकेज में कोर पैकेज और मेटलेब कम्पाइलर के साथ-साथ कई मॉड्यूल और टूलबॉक्स शामिल हैं । प्रयोक्ता अपने जीयूआई आधारित एप्लिकेशन को आरआरकेटनेट पर अपने डेस्कटॉप से सुदूर रूप से संचालित कर सकते हैं । स्वतंत्र ओपन-सोर्स सॉफ्टवेयर एक्समिंग को दूरस्थ विंडो डेस्कटॉप से ओपनजीएल सपोर्ट के साथ एप्लिकेशन चलाने के लिए कॉन्फ़िगर किया गया है ।

Remote execution of MATLAB on application server from window desktop
मेटलेब सॉफ्टवेयर


केंद्रीकृत कंप्यूटिंग सर्वर सेटअप :

केंद्रीकृत कंप्यूटिंग सर्वर सेटअप में दस से अधिक कंप्यूटिंग सर्वर होते हैं, जिनका उपयोग वैज्ञानिक कंप्यूटिंग और अभियांत्रिकी अनुप्रयोगों के लिए किया जाता है । प्रयोक्ताओं के लिए केंद्रीकृत स्टोरेज उपलब्ध है, जिसे उपलब्धता में सुधार के लिए अतिरिक्त सर्वरों पर कॉन्फ़िगर किया गया है । प्रयोक्ता का सत्यापन और प्राधिकार ओपन एलडीएपी (लाइटवेट डायरेक्ट्री एक्सेस प्रोटोकॉल) के माध्यम से किया जाता है । प्रयोक्ता की होम डायरेक्ट्री कॉन्फ़िगर की गई है और यह सभी कंप्यूटिंग सर्वरों पर नेटवर्क फाइल सिस्टम (एनएफएस) के माध्यम से उपलब्ध है ।

सेवा आधारित कंप्यूटिंग क्लाउड सेटअप के रूप में इन्फ्रास्ट्रक्चर :

आईएएएस (इन्फ्रास्ट्रक्चर एज ए सर्विस) आधारित कंप्यूटिंग क्लाउड सेटअप को प्रयोक्ताओं की अल्पकालिक कम्प्यूटेशनल आवश्यकता को पूरा करने के लिए आरआरकेटनेट पर कमीशन किया गया है । इसने वैज्ञानिकों और अभियंताओं को अपने डेस्कटॉप मशीन पर केवल एक वेब ब्राउज़र का उपयोग कर, अपनी आवश्यकताओं के अनुसार कंप्यूटिंग परिवेश को शीघ्रता से स्थापित करने में सक्षम बनाया है ।

RRCAT Computing Cloud portal
सेवा आधारित कंप्यूटिंग क्लाउड सेटअप के रूप में इन्फ्रास्ट्रक्चर :


कम्पाइलर, वैज्ञानिक लाइब्रेरी और टूल्स :

कंप्यूटिंग प्रयोक्ताओं के लिए निम्नलिखित कम्पाइलर, वैज्ञानिक लाइब्रेरी एवं टूल्स उपलब्ध कराए गए हैं :

  • सर्नलिब (CERNLIB) सर्न प्रोग्राम लाइब्रेरी जो सामान्य प्रयोजन के संख्यात्मक विश्लेषण के लिए उच्च ऊर्जा भौतिकी के डेटा विश्लेषण में विशिष्टीकृत है ।

  • डाल्टन प्रोग्राम को एचएफ, डीएफटी, एमपी2, युग्मित क्लस्टर, या एमसीएससीएफ संदर्भ तरंग फलन के आधार पर बड़ी संख्या में आणविक गुणधर्मों के सुविधाजनक, स्वचालित निर्धारण करने के लिए डिज़ाइन किया गया है ।

  • जिएंट4 (Geant4) पदार्थ के अंदर कणों के गमन का अनुरूपण (सिमुलेशन) करने के लिए एक टूलकिट है । इसके अनुप्रयोग के क्षेत्रों में शामिल हैं उच्च ऊर्जा, नाभिकीय और त्वरक भौतिकी, साथ ही चिकित्सा और अंतरिक्ष विज्ञान में अध्ययन ।

  • ग्रेस (Grace) एक्स विंडोज सिस्टम और मोटिफ (Motif) के लिए एक 2D प्लॉटिंग टूल है ।

  • इंटेल फोरट्रान और सी कम्पाइलर नवीनतम कंप्यूटिंग सर्वर में स्थापित किया गया है ।

  • इंटेल पैरेलल स्टूडियो एक्सई 2017 क्लस्टर एडिशनसॉफ्टवेयर डेवलपमेंट टूल्स का एक विस्तृत सेट है जो एप्लिकेशन के निष्पादन में वृद्धि करते हुए डिजाइन, डेवलपमेंट, डिबगिंग और समांतर कोड की ट्यूनिंग को आसान बनाता है ।

  • मेथेमेटिका एक सामान्य कंप्यूटिंग परिवेश है, जो एक दस्तावेज़-समान प्रयोक्ता इंटरफ़ेस प्रतिमान के अंदर कई एल्गोरिथम, दृश्यावलोकन (विज़ुअलाइज़ेशन) और प्रयोक्ता इंटरफ़ेस क्षमताओं को व्यवस्थित करता है । यह तकनीकी और वैज्ञानिक कंप्यूटिंग के लिए पूरी तरह से एकीकृत परिवेश है ।

  • मैथ कर्नेल लाइब्रेरी (एमकेएल) वैज्ञानिक प्रयोक्ताओं के लिए लगाई और स्थापित की गई है । मैथ कर्नेल लाइब्रेरी को सभी क्लस्टर और कंप्यूटिंग सर्वरों के 64-बिट कंप्यूटिंग परिवेश पर कॉन्फ़िगर किया गया है ।

  • एमपीआई-4-पीवाई पायथन के लिए एमपीआई (mpi4py) पायथन प्रोग्रामिंग भाषा के लिए मैसेज पासिंग इंटरफ़ेस (एमपीआई) मानक की बाइंडिंग प्रदान करता है, जिससे कोई भी पायथन प्रोग्राम कई प्रोसेसर का उपयोग कर सकता है ।

  • नाग (NAG) फोरट्रान लाइब्रेरी लिनक्स प्लेटफॉर्म पर इंटेल आधारित सर्वर पर स्थापित की गई है ।

  • नाग सी लाइब्रेरी संख्यात्मक और सांख्यिकीय समस्याओं के समाधान के लिए फलनों का एक व्यापक संग्रह है ।

  • राडिया (Radia) गणित के लिए एक अतिरिक्त टूल है । यह 3D मैग्नेटोस्टैटिक्स कंप्यूटेशन के लिए समर्पित है । यह स्थायी चुंबक, कॉइल्स और रैखिक / अरैखिक नरम चुंबकीय सामग्री से बने अनडुलेटर और विगलर्स के डिजाइन के लिए इष्टतमीकृत है ।

  • विज़िट वैज्ञानिक डेटा देखने के लिए एक ओपन-सोर्स इंटरैक्टिव समांतर दृश्यावलोकन (विज़ुअलाइज़ेशन) और ग्राफिकल विश्लेषण टूल है । इसका उपयोग 2D और 3D संरचित और असंरचित मेश पर निर्धारित अदिश और सदिश क्षेत्रों की कल्पना करने के लिए किया जा सकता है । विज़िट को टेरास्केल रेंज में बहुत बड़े डेटा सेट आकारों को संभालने के लिए डिज़ाइन किया गया था और फिर भी यह किलोबाइट रेंज में छोटे डेटा सेट को भी संभाल सकता है ।


क्लस्टरों और सर्वरों पर समांतर और अनुक्रमिक वैज्ञानिक कंप्यूटिंग अनुप्रयोग :

प्रयोक्ताओं की जरूरत के अनुसार, विभिन्न समांतर व अनुक्रमिक एप्लिकेशन पैकेजेस सफलतापूर्वक क्लस्टरों और कंप्यूटिंग सर्वरों पर पोर्ट किए जाते हैं :

आरआरकेट क्लस्टरों पर समांतर अनुप्रयोग सॉफ्टवेयर पैकेज :
सॉफ्टवेयर का नाम विवरण
एडीएफ (ADF) एडीएफ (एम्स्टर्डम डेंसिटी फंक्शनल) परमाणुओं और अणुओं (गैस प्रावस्था या विलयन में) पर गणना के लिए एक फोरट्रान प्रोग्राम है ।
कॉमसोल (COMSOL) यह एक सामान्य प्रयोजन वाला सॉफ़्टवेयर प्लेटफ़ॉर्म है, जो उन्नत संख्यात्मक विधियों पर आधारित भौतिकी-आधारित समस्याओं के मॉडलिंग और अनुरूपण (सिमुलेशन) करने के लिए है । यह विद्युत, यांत्रिक, तरल प्रवाह और रासायनिक अनुप्रयोगों के लिए समर्पित भौतिकी इंटरफेस और टूल्स के साथ सिमुलेशन प्लेटफॉर्म प्रदान करता है ।
सीपीएमडी (CPMD) सीपीएमडी (कार-पैरिनेलो मॉलिक्यूलर डायनामिक्स) एक बुनियादी इलेक्ट्रॉनिक संरचना और आणविक गतिकी प्रोग्राम है । यह घनत्व फलन सिद्धांत का एक समांतर समतल तरंग / छद्म संभावित क्रियान्वयन है, जिसे विशेष रूप से बुनियादी आणविक गतिकी के लिए डिज़ाइन किया गया है ।
क्रिस्टल (CRYSTAL) यह क्रिस्टलीय ठोस के अध्ययन के लिए एक सामान्य प्रयोजन प्रोग्राम है । क्रिस्टल प्रोग्राम हार्ट्री फॉक, घनत्व फलन या विभिन्न संकर सन्निकटन की सीमा में आवर्ती प्रणालियों की इलेक्ट्रॉनिक संरचना की गणना करता है । आवर्ती प्रणालियों के ब्लोच (Bloch) फलनों को परमाणु केंद्रित गाउसीय (Gaussion) फलनों के रैखिक संयोजन के रूप में विस्तारित किया गया है ।
एपोक (EPOCH) यह एक प्लाज्मा भौतिकी अनुरूपण (सिमुलेशन) कोड है जो पार्टिकल इन सेल (पीआईसी) विधि का उपयोग करता है । इस विधि में, भौतिक कणों के संग्रह को कम संख्या में छद्म कणों का उपयोग कर दर्शाया जाता है, और इन छद्म कणों की गति से उत्पन्न क्षेत्रों की गणना निश्चित त्रिविमीय विभेदन के अंतर्निहित ग्रिड पर एक सीमित अंतर समय डोमेन तकनीक का उपयोग कर की जाती है । एपोक में आउटपुट को विशिष्ट रूप से डिज़ाइन किए गए एसडीएफ फ़ाइल फॉर्मेट (सेल्फ डिस्क्राइबिंग फॉर्मेट) का उपयोग कर हैंडल किया जाता है ।
गामेस (GAMESS) गामेस (जनरल एटॉमिक एंड मॉलिक्यूलर इलेक्ट्रॉनिक स्ट्रक्चर सिस्टम) बुनियादी आणविक क्वांटम रसायन विज्ञान के लिए एक प्रोग्राम है । संक्षेप में, गामेस आरएचएफ, आरओएचएफ, यूएचएफ, जीवीबी और एमसीएससीएफ से लेकर एससीएफ तरंग फलनों की गणना कर सकता है । इन एससीएफ तरंग फलनों के सहसंबंध संशोधनों में शामिल हैं कॉन्फ़िगरेशन इंटरैक्शन, द्वितीय कोटि क्षोभ सिद्धांत, और युग्मित-क्लस्टर दृष्टिकोण, साथ ही साथ घनत्व फलन सिद्धांत सन्निकटन ।
गाउसियन (GAUSSIAN) यह गाउसियन प्रोग्राम श्रृंखला में नवीनतम है । यह इलेक्ट्रॉनिक संरचना मॉडलिंग के लिए अत्याधुनिक क्षमताएं प्रदान करता है ।
ग्रोमैक्स (GROMACS) यह आणविक गतिकी करने के लिए एक बहुमुखी पैकेज है, यानी सैकड़ों से लाखों कणों वाले सिस्टम के लिए गति के न्यूटोनियन समीकरणों का अनुरूपण करता है । यह मुख्य रूप से प्रोटीन, लिपिड्स और न्यूक्लिक एसिड जैसे जैव-रासायनिक अणुओं जिनमें बहुत अधिक जटिल बंधित अंतःक्रियाएं होती हैं, के लिए डिज़ाइन किया गया है, किन्तु चूंकि ग्रोमैक्स अनाबंधित अंतःक्रियाओं (जो आमतौर पर अनुरूपण (सिमुलेशन) पर हावी होती है) की गणना करने में अत्यधिक तीव्र है ।
एनसीस फ्लूएंट के लिए एचपीसी पैक (HPC Packs for ANSYS Fluent) एनसीस एचपीसी पैक उच्च-निष्पादन कंप्यूटिंग के उपयोग में किसी भी स्तर की आवश्यक अनुरूपण (सिमुलेशन) की विस्तार-क्षमता प्रदान करता है । एनसीस एचपीसी पैक्स के किसी समूह का उपयोग बहुल अनुरूपण के लिए प्रवेश स्तर के समांतर प्रक्रमण करने के लिए किया जा सकता है अथवा सबसे चुनौतीपूर्ण परियोजनाओं के लिए अत्यधिक विस्तारित समांतर प्रदान करने के लिए संयोजित किया जा सकता है ।
मटेरियल स्टूडियो (Material Studio) बायोविया पाइपलाइन पायलट मटेरियल्स स्टूडियो एक नया सॉफ्टवेयर समाधान है जो वैज्ञानिक अनुप्रयोग में मटेरियल्स स्टूडियो की प्रमुख मॉडलिंग क्षमताओं तक पहुंच और उपयोग करने की अनुमति देता है ।
एमबीट्रैक (MBTRACK) एमबीट्रैक (मल्टी-बंच ट्रैकिंग) समांतर कंप्यूटेशन का उपयोग करते हुए एक बहु-कण ट्रैकिंग है । यह संख्यात्मक रूप से परिणामित हुए ब्रॉडबैंड प्रतिबाधा का उपयोग करने वाले एकल बंच ट्रैकिंग कोड के सभी पहलुओं को एक मल्टीबंच ट्रैकिंग कोड, जो आरडब्ल्यू फ़ील्ड जैसे लंबी रेंज के इंटर-बंच बलों को मल्टी-टर्न प्रभावों का उचित मूल्यांकन कर ट्रीट करता है, के साथ संयोजित करता है ।
मेडे-ए- वास्प (Mede A-VASP) मेडे-ए-वास्प में वास्प गणनाओं को स्थापित करने, संचालित करने और विश्लेषित करने के लिए एक व्यापक ग्राफिकल इंटरफ़ेस शामिल है । मेडे-ए अधिक जटिल कम्प्यूटेशनल कार्यों के स्वचालन के लिए टूल्स प्रदान करता है जैसे स्वचालित अभिसरण संचालन और स्प्रेडशीट-आधारित कॉम्बिनेटोरियल स्क्रीनिंग । स्थानीय और अर्ध-स्थानीय घनत्व फलन सिद्धांत के आधार पर गणना के लिए वास्प अत्यधिक अच्छी तरह से परीक्षित, मजबूत और सिद्ध प्रोग्राम है ।
एनएएमडी (NAMD) एनएएमडी एक समांतर, प्रयोजन-उन्मुख आणविक गतिकी कोड है जिसे बड़े जैव-आणविक प्रणालियों के उच्च-निष्पादन अनुरूपण (सिमुलेशन) के लिए डिज़ाइन किया गया है । एनएएमडी उच्च-स्तरीय समांतर प्लेटफॉर्म पर सैकड़ों प्रोसेसर्स और स्विच्ड फास्ट ईथरनेट का उपयोग कर कमोडिटी क्लस्टरों पर दसियों प्रोसेसरों में विस्तारित है । एनएएमडी एम्बर (AMBER), चारम-एम (CHARMM) और एक्सप्लोर (X-PLOR) के साथ फ़ाइल-अनुकूल है ।
ऑर्बिट_एमपीआई (ORBIT_MPI) यह एक पार्टिकल-इन सेल ट्रैकिंग कोड है जो इंटेरैक्टिंग कणों के बंचों को नोड्स प्रतिनिधित्व करने वाले अवयवों की एक श्रृंखला या त्वरक लैटिस में होने वाले प्रभावों या निदानों के माध्यम से ट्रांसपोर्ट करता है । इसका उपयोग उच्च तीव्रता वाले वलय में बीम गतिकी गणना के लिए किया जाता है ।
पैरेलल एलिगेंट (Parallel Elegant) पैलिगेंट (पैरेलल इलेक्ट्रॉन जनरेशन एंड ट्रैकिंग), एलिगेंट का समांतर संस्करण कई कम्प्यूटेशनल रूप से गहन त्वरक अनुसंधान परियोजनाओं के लिए बहुत लाभप्रद साबित हुआ है । उन्नत त्वरकों के विस्तृत निष्पादन का अध्ययन करने के लिए बहुत बड़ी संख्या में कणों के साथ अनुरूपण (सिमुलेशन) आवश्यक है ।
क्वांटम एस्प्रेसो (Quantum ESPRESSO) यह नैनोस्केल पर इलेक्ट्रॉनिक-संरचना गणनाओं और सामग्री मॉडलिंग के लिए ओपन-सोर्स कंप्यूटर कोड का एक एकीकृत सेट है । यह घनत्व-फलन सिद्धांत, समतल तरंगों और छद्म पोटेन्शियल पर आधारित है ।
सिएस्टा (SIESTA) सिएस्टा (स्पेनिश इनीशिएटिव फॉर इलेक्ट्रॉनिक सिमुलेश विद थाउजेन्ट्स ऑफ एटम्स) अणुओं और ठोस पदार्थों की इलेक्ट्रॉनिक संरचना गणनाओं और बुनियादी आणविक गतिकी अनुरूपण (सिमुलेशन) करने के लिए एक विधि और इसका कंप्यूटर प्रोग्राम क्रियान्वयन दोनों है । यह इलेक्ट्रॉनिक संरचना की गणना के लिए स्व-संगत घनत्व फलन सिद्धांत (डीएफटी) का उपयोग करता है । इसके अतिरिक्त, यह नाभिकीय चरों जैसे आणविक गतिकी अनुरूपण, इष्टतमीकरण और फोनान गणनाओं को संशोधित करने के विकल्प प्रदान करता है । यह आधार सेट के रूप में परमाणु ऑर्बिटल्स के रैखिक संयोजन (एलसीएओ) का उपयोग करता है । आइगेन-मूल्य समस्या के लिए प्रत्यक्ष समाधानकर्ता या पुनरावर्ती समाधानकर्ता का विकल्प है । पुनरावर्ती समाधानकर्ता परमाणुओं की संख्या के साथ रैखिक विस्तारित होता है ।
एसपीआरकेकेआर (SPRKKR) यह इलेक्ट्रॉनिक संरचना के लिए प्रथम-सिद्धांतों की गणनाओं का एक ओपन-सोर्स अनुप्रयोग है जो केकेआर पद्धति, ग्रीन की फलन विधि के एक प्रकार, का उपयोग करता है । यह घनत्व फलनात्मक सिद्धांत पर आधारित है और क्रिस्टल एवं सतहों पर प्रयोज्य होता है । सुसंगत संभावित सन्निकटन (कोहेरेंट पोटेन्शियल एप्रोक्सिमेशन, सीपीए) अपनाया जाता है, अतः यह न केवल आवधिक प्रणालियों को संभाल सकता है, बल्कि अव्यवस्थित मिश्र धातुओं को भी संभाल सकता है । यह स्पिन-ऑर्बिट इंटरैक्शन और नॉन-कोलीनियर चुंबकत्व को भी संभाल सकता है ।
वोरपाल (VORPAL) वोरपाल (वर्सेटाइल ऑब्जेक्ट ओरिएंटेड कोड फॉर रिलेटिविस्टिक प्लाज़्मा एनालिसिस विद लेजर) प्लाज़्मा अनुरूपण (सिमुलेशन) समस्याओं की पूरी श्रृंखला को कवर करने के लिए भौतिक मॉडल का एक अनूठा संयोजन प्रदान करता है ।
विएन-2के (WIEN2k) विएन-2के से घनत्व फलनात्मक सिद्धांत (डीएफटी) का उपयोग कर ठोस पदार्थों की इलेक्ट्रॉनिक संरचना की गणनाएं की जा सकती हैं । यह पूर्ण-संभावित (रैखिककृत) संवर्धित समतल-तरंग ((एल एपीडब्ल्यू) + स्थानीय कक्षा (एलओ) विधि पर आधारित है, जो बैंड संरचना गणनाओं के लिए सबसे सटीक योजनाओं में से एक है ।


कंप्यूटिंग सर्वरों पर अनुक्रमिक एप्लिकेशन सॉफ्टवेयर पैकेज :
सॉफ्टवेयर का नाम विवरण
ऑटोडॉक (AutoDock) यह स्वचालित डॉकिंग टूल का एक सेट है । यह पूर्वानुमान लगाने के लिए डिज़ाइन किया गया है कि छोटे अणु, जैसे कि सब्सट्रेट या ड्रग उम्मीदवार, ज्ञात 3D संरचना के किसी रिसेप्टर से कैसे जुड़ते हैं । यह एक 3D-जीयूआई आधारित बायोलॉजिकल एप्लीकेशन सॉफ्टवेयर है । ऑटो डॉक स्वचालित डॉकिंग टूल का एक सेट है ।
डीडीस्केट (DDSCAT) यह स्वेच्छिक ज्यामिति और जटिल अपवर्तनांक युक्त लक्ष्य द्वारा विद्युत चुम्बकीय तरंगों के प्रकीर्णन और अवशोषण की गणना करने के लिए "विविक्त द्विध्रुवीय सन्निकटन" (डिस्क्रीट डाइपोल एप्रोक्सिमेशन, डीडीए) का उपयोग कर रहा है । लक्ष्य अलग-अलग इकाइयां (जैसे, धूल के कण) हो सकते हैं, किन्तु "लक्ष्य यूनिट सेल" के 1-d या 2-d आवर्ती क्रम-विन्यास भी हो सकते हैं, जिनका उपयोग नैनोस्ट्रक्चर के क्रम-विन्यास के आसपास अवशोषण, प्रकीर्णन और विद्युत क्षेत्रों का अध्ययन करने के लिए किया जा सकता है ।
एलिगेंट (Elegant) यह इलेक्ट्रॉन त्वरक अनुरूपण (सिमुलेशन) के लिए एक सामान्य-प्रयोजन कोड है जिसका विश्वव्यापी प्रयोक्ता आधार (यूज़र बेस) है । पैलिगेंट (पैरेलल इलेक्ट्रॉन जनरेशन एंड ट्रैकिंग), एलिगेंट का समांतर संस्करण अनेकों कम्प्यूटेशनल रूप से गहन त्वरक अनुसंधान परियोजनाओं के लिए बहुत लाभप्रद साबित हुआ है । उन्नत त्वरकों के विस्तृत निष्पादन का अध्ययन करने के लिए बहुत बड़ी संख्या में कणों के साथ अनुरूपण आवश्यक है ।
ईजीएसएनआरसी (EGSnrc) ईजीएसएनआरसी (इलेक्ट्रॉन गामा शॉवर एनआरसी) एक सामान्य प्रयोजन सॉफ्टवेयर टूलकिट है जिसे 1 keV से 10 GeV रेंज की कण ऊर्जाओं के लिए युग्मित इलेक्ट्रॉन-फोटॉन परिवहन के मोंटे कार्लो अनुरूपण (सिमुलेशन) करने के लिए प्रयुक्त जा सकता है । इसमें बीम अभिलक्षणों का विस्तार से विश्लेषण करने और विकिरण डोज़ प्रोफाइल उत्पन्न करने के लिए डेटा प्रोसेसिंग टूल भी शामिल हैं ।
ई-स्पाइरेस (E-SpiReS) इसका उद्देश्य इलेक्ट्रॉन स्पिन अनुनाद (ईएसआर) मापनों द्वारा तरल पदार्थों में अणुओं के गतिकीय गुणधर्मों की व्याख्या करना है । स्पेक्ट्रल लाइनों को प्राप्त करने के लिए आवश्यक प्रासंगिक आणविक गुणधर्मों की गणना के लिए यह कोड एक इंटीग्रेटेड कम्प्यूटेशनल एप्रोच (आईसीए) प्रयुक्त करता है ।
फ्लेयर (Flair) यह फ्लुका (FLUKA) के लिए एक उन्नत प्रयोक्ता-अनुकूल इंटरफेस है जो फ्लुका इनपुट फाइलों की एडिटिंग, कोड के क्रियान्वयन और आउटपुट फाइलों के दृश्यावलोकन (विज़ुअलाइज़ेशन) (विज़ुअलाइज़ेशन) की सुविधा प्रदान करता है । यह पूरी तरह से पायथन और टी-किन्टर पर आधारित है । फ्लेयर सीधे फ्लुका की इनपुट फाइल के साथ काम करता है और सभी स्वीकार्य फ्लुका इनपुट फॉर्मेट को पढ़ने/लिखने में सक्षम है ।
फ्लुका (FLUKA) यह पूर्ण रूप से एकीकृत कण भौतिकी मोंटेकार्लो अनुरूपण (सिमुलेशन) पैकेज है। यह कण परिवहन और पदार्थ के साथ इंटरैक्शन की गणना के लिए एक सामान्य प्रयोजन टूल है, जिसमें प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉन त्वरक परिरक्षण से लेकर लक्ष्य डिजाइन, कैलोरीमिति, सक्रियण, डोज़ीमेट्री, संसूचक डिजाइन, त्वरक संचालित प्रणालियों, कॉस्मिक किरणों, न्यूट्रिनो भौतिकी, रेडियोथेरेपी आदि तक विस्तारित अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला शामिल है । इसमें उच्च ऊर्जा प्रयोगात्मक भौतिकी और अभियांत्रिकी, परिरक्षण, संसूचक और दूरबीन डिजाइन, ब्रह्मांडीय किरण अध्ययन, डोज़ीमेट्री, चिकित्सा-भौतिकी और रेडियो-जीव विज्ञान में कई अनुप्रयोग हैं ।
भौतिकी-ओपीसी भौतिकी-प्रकाशिक संचरण कोड (ऑप्टिकल प्रोपेगेशन कोड, ओपीसी) एक प्रकाशीय गुहिका (ऑप्टिकल कैविटी) या बीम लाइन के माध्यम से प्रकाश के संचरण का अनुरूपण (सिमुलेशन) करता है । यह मौजूदा गैन कोड जेनेसिस 1.3 और मेडुसा के साथ अनुरूपण करने, जैसे फ्री-इलेक्ट्रॉन लेजर (एफईएल) रेज़ोनेटर, में सहयोग करता है ।
क्यूटीप (QuTiP) क्यूटीप (क्वांटम टूलबॉक्स इन पायथन, QuTiP) खुले क्वांटम सिस्टम की गतिकी के अनुरूपण के लिए है । यह क्यूटीप लाइब्रेरी उत्कृष्ट नम्पी (Numpy), स्किपी (Scipy) और सायथन (Cython) संख्यात्मक पैकेजों पर निर्भर करती है । इसके अतिरिक्त, ग्राफिकल आउटपुट मेटप्लॉटलिब (Matplotlib) द्वारा प्रदान किया जाता है। क्यूटीप का उद्देश्य हैमिल्टोनियन की एक विस्तृत विविधता, स्वेच्छिक समय-निर्भरता सहित जो आमतौर पर क्वांटम ऑप्टिक्स, फंसे हुए आयनों, सुपरकंडक्टिंग सर्किट्स और क्वांटम नैनोयांत्रिक अनुनादकों जैसे भौतिकी अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला में पाए जाते हैं, के प्रयोक्ता अनुकूल और कुशल संख्यात्मक अनुरूपण (सिमुलेशन) प्रदान करना है ।
वार्प (WARP) यह एक व्यापक रूप से विकसित ओपन-सोर्स पार्टिकल-इन-सेल कोड है जिसे उच्च स्पेस-चार्ज तीव्रता वाले चार्ज पार्टिकल बीम का अनुरूपण करने के लिए डिज़ाइन किया गया है । यह बेंट-मेश क्षमता, कोड को द्विध्रुव बेंड के साथ वलयों और बीम ट्रांसफर लाइनों से सम्बद्ध बंकित त्वरक (बेंट एक्सेलेरेटर) लैटिस (विभेदन जहां आवश्यक हो रखा जा सकता है) में स्पेस-चार्ज प्रभाव का कुशलतापूर्वक अनुरूपण करने देता है ।
एक्सक्राईएसडेन (XCrySDen) एक्सक्राईएसडेन एक क्रिस्टलीय और आणविक संरचना दृश्यावलोकन (विज़ुअलाइज़ेशन) (विज़ुअलाइज़ेशन) प्रोग्राम है, जिसका लक्ष्य सम-सतहों और कंटूर्स को प्रदर्शित करना है, जिसे क्रिस्टलीय संरचनाओं पर अध्यारोपित किया जा सकता है और अंतःक्रियात्मक रूप से घुमाया और मैनिपुलेट किया जा सकता है ।
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