本系列旨在以最通俗易懂的语言，向未接触过理论计算或对理论计算感兴趣的实验科研工作者们简单介绍什么是理论计算？做计算必不可少的工具和技能是什么？以及耳熟能详的一些理论方法（例如d带中心理论）讲的是什么？笔者水平有限，文中若有任何错误或理解不到位之处，还望批评指正。

上期内容简单介绍了计算方法和当前广泛使用的计算软件，这是我们需要迈出的第一步。第二步是了解怎样使用这些计算软件，举一个便于理解的例子：自媒体博主可以使用手机或者笔记本电脑剪辑短视频以及渲染导出，如果是影视工作者剪辑电影或者剧集，则一定需要比手机或者笔记本电脑处理能力更强的专业设备。同理，如果仅仅是为了更加深入的理解一些常见小分子的几何结构和电子结构（例如N2和CO2），台式机或者笔记本电脑可以安装Gaussian，这种设备的算力足够支撑该计算。如果想进一步计算稍微复杂或原子种类以及数量更多的结构，只能借助于计算能力更强大超级计算机（简称：超算）。例如，我们课题组近期发表的两篇工作（Small 2023, 2301633; J. Phys. Chem. Lett.,2023, 14, 6, 1633-1640）的计算部分就是使用我们课题组的服务器计算的（图1）。                               

图1、本课题组近期使用组内服务器的部分计算工作

接下来就是如何使用服务器或者超算做计算。首先是需要所在的课题组购买专用的服务器或者购买超算机时，这可以理解成买回家一台电脑和去家附近的网咖上网的区别。如果需求是电脑使用频率高的话，一定是买台式机或者笔记本更为划算些，如果只是偶尔使用，例如高考填报志愿等场景，去附近的网咖是更好的选择。因此，购买组内专用的服务器或购买超算机时是根据课题组使用情况而定的。其次是需要有一台本地设备，即台式机或笔记本电脑，用于远程连接服务器或超算，访问方式为SSH。SSH（Secure Shell，安全外壳）是一种网络安全协议，通过加密和认证机制实现安全的访问和文件传输等业务。传统远程登录或文件传输方式，例如Telnet、FTP，使用明文传输数据，存在很多的安全隐患。随着人们对网络安全的重视，这些方式已经慢慢不被接受。SSH协议通过对网络数据进行加密和验证，在不安全的网络环境中提供了安全的登录和其他安全网络服务（来源：https://zhuanlan.zhihu.com/p/496955888）。常用的SSH客户端有三种：XSHELL、PUTTY和MobaXterm，均是在Windows操作系统下连接并操作Linux服务器，因此学会并适应LINUX语言也是学习理论计算不可或缺的一个环节。在成功远程访问服务器的基础上，还需要向服务器上传必要的输入文件，上传的输入文件的作用是告诉服务器需要算的是什么以及怎么算等等具体细节。结束计算后，也需要从远程服务器下载需要的输出文件，输出文件包括计算得出的能量信息，几何结构信息以及电子结构信息等。最后就是计算软件，也就是上一期内容提到的VASP、Gaussian和CP2K等等。一方面是版权问题，例如VASP和Gaussian等软件是需要购买版权，有官方的购买渠道，切记不可以在没有版权的情况下使用并发表学术成果。如果课题组预算有限，上述需要版权的软件均有功能相似的开源软件，例如CP2K和ORCA等，开源软件可以用于学术成果的发表，需要注意的是，无论是开源软件还是需要版权的软件，发表学术成果时都需要正确的引用。表达对开发者的辛勤劳动的应有尊重的同时也方便后续读者用相同的软件重复或参考计算结果。另一方面是计算软件的安装，众所周知，绝大部分科研工作者日常办公使用的是Windows系统，而几乎所有的计算软件都是基于Linux系统。因此软件的安装一般需要专业工作人员帮忙，购买服务器或者超算机时基本都会负责这方面的工作。

图2、做计算需要的软硬件示意图

以上是对做计算所需要的软硬件条件的一些简单介绍，可以帮助一些催化领域的实验科研工作者初步了解当前课题组的情况是否适合搭建属于自己课题组的计算设备。

下期分享：理论计算从零开始系列三：必要文件的上传与下载以及常用LINUX命令介绍

文：房聪（fangcong@qibebt.ac.cn）

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