LSQC软件SaaS化部署：推动复杂体系的高效量子化学计算

量子化学作为化学学科的核心领域，在跨学科发展的背景下，体系规模和数据复杂性不断增加。然而，传统量子化学方法的计算量随体系大小呈幂指数增长，通常只能处理几十到几百原子的中小体系。为应对这一挑战，南京大学黎书华教授和李伟教授课题组提出了基于能量的分片（GEBF）方法和“分子中的簇”（CIM）方法，开发了低标度量子化学（LSQC）软件，实现了对数千原子大体系的高效计算。这一突破为新材料开发、药物设计等领域提供了有力支持，显著拓展了量子化学方法在实际应用中的前景。

近日，并行科技携手南京大学理论与计算化学研究所，成功完成了低标度量子化学（Low Scaling Quantum Chemistry, LSQC）软件在并行科技算力平台上的全面部署，学科发展的深度与算力服务的广度强强联手，能够高效率完成高难度科研任务，这将为量子化学领域的科研人员提供事半功倍的科研环境。

软件提交界面

用户作业提交后的操作界面（含作业状态、作业详情及输出日志）

对于没有linux系统学习经验的用户而言，LSQC软件在并行科技算力平台上的部署采用图形化的设计界面，大幅降低了科研人员的使用门槛。在作业提交流程中，使用者的学习成本得到了有效降低，从而使科研人员能够专注于科研工作，无需为使用过程分心。

LSQC是一款专为大体系量子化学计算设计的软件。自2006年发布初始版本1.0以来，经过19年的不断发展，LSQC已经成为一款通用量子化学软件。最新的3.0版本于2025年1月发布，包含了两类低标度量子化学方法：普适的基于能量的分片（Generalized Energy-Based Fragmentation，GEBF）方法和“分子中的簇”（Cluster-in-Molecule，CIM）方法。该版本还支持传统的Hartree-Fock（HF）和二阶多体微扰（MP2）方法，能够进行能量计算、结构优化等操作。LSQC 3.0不仅支持MPI并行计算，还支持部分方法的GPU（包括国产DCU）并行计算，能够在计算集群上高效运行。此外，LSQC与Gaussian、ORCA、Crystal等软件的对接，扩展了其方法和功能的广度。

LSQC软件中的GEBF和PBC-GEBF模块主要适用于有机分子、生物大分子、分子晶体和溶液等。它支持含数千原子的大分子/分子聚集体或单胞中包含上千原子的周期性体系的能量（包括相对能量、结合能和晶格能等）、几何结构、红外/拉曼光谱、核磁共振、Gibbs自由能等性质的计算，适用于各种精度的量子化学方法，包括半经验方法（AM1、PM3、PM6等）、HF、DFT（包括B3LYP、PBE、M06-2X等多种泛函，支持经验色散矫正）以及波函数电子相关方法（MP2、MP3、MP4、CCSD、CCSD(T)等）。对于大分子体系，还支持TDDFT水平的局域激发态能量计算和结构优化，从而能够计算包含上千原子的复杂体系的电子吸收和发射光谱。

图1. PBC-GEBF-DFT计算单胞中包含864原子的3-Et-H分子晶体的振动光谱

LSQC软件中的CIM和PBC-CIM模块适用于更广泛类型的体系，如具有较离域电子结构的无机材料等。它支持含数千原子的大分子/分子聚集体或具有复杂单胞的周期性体系的高精度波函数电子相关计算，可以计算大体系的相对能量和结合能、固体的晶格能、分子在表面上的吸附能等，适用方法包括RI-MP2、CCSD、CCSD(T)、DLPNO-RI-MP2、DLPNO-CCSD、DLPNO-CCSD(T)等；对于大分子体系，CIM还支持含几百到上千原子的RI-MP2水平的几何结构优化（传统RI-MP2通常只能优化100多个原子）。此外，RI-MP2计算在GPU（包括国产DCU）上支持大规模并行计算。

图2. 在GPU平台上使用CIM-RI-MP2计算包含1027原子（22778基函数）的蛋白质-配体能量的计算时间对比（传统RI-MP2几乎无法实现）

行业软件SaaS化是构筑云上科研环境的核心，并行科技一直秉持着以用户需求为核心的准则，致力于通过云计算技术为用户打造高效、便捷的软件使用体验。长期以来，并行科技不仅在技术层面持续创新，更在服务模式上不断优化，为各类专业软件的SaaS化部署积累了丰富的经验。

并行科技在异构计算资源调度、国产化算力支持以及分布式架构优化等领域的技术优势，使其能够为用户提供强大的算力支持和灵活的资源调度。其弹性资源池和按需计费模式，有效降低了用户的使用门槛，使用户能够根据实际需求灵活选择计算资源，避免了资源浪费和过度投入。并行科技还注重技术的国产化适配，积极支持国产芯片和计算平台，为我国的自主可控计算生态建设做出了贡献。

此次并行科技与南京大学理论与计算化学研究所的合作，将为学科发展注入强劲动力。通过并行科技的SaaS化部署，LSQC软件性能显著提升，充分发挥了其在大规模并行计算中的优势。这不仅大幅提高了科研效率，缩短了研究周期，更为化学、材料科学和药物设计等领域的大规模量子化学计算提供了强有力的支持，为新材料的开发、药物分子的优化及化学反应机理等的深入探索开辟了广阔的应用前景。

新用户福利

为鼓励更多研究人员使用LSQC软件，并行科技平台现已预装LSQC软件，并于近期面向新注册用户提供如下福利：
通过链接注册LSQC软件和并行科技平台的新用户（限前100位），将获得500元免费机时。

如何参与活动：
1.通过 https://itcc.nju.edu.cn/lsqc 注册LSQC软件，在表单中勾选“同时注册并行科技平台”。
2. 经确认后，符合条件的新用户将收到来自并行科技平台的500元免费机时，用于LSQC软件使用。

LSQC软件负责人

黎书华
南京大学化学化工学院院长，教授及博士生导师
教育部、国家杰出青年基金获得者、首批新基石研究员

李伟
南京大学化学化工学院教授、博士生导师

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