AI-enriched COMPUTATIONAL SIMULATION
AI计算模拟
以AI、大数据分析及数字化工作流为基础的综合计算模拟解决方案
主要的程序有
sander：Simulated annealing with NMR-derived energy restraints，用来自NMR的能量限制模拟退火。可以基于来自NOE的距离限制和扭转角限制、基于化学位移和NOESY值的性能损失函数，进行NMR的精细化。Sander也是用于分子动力学模拟的主程序，并且支持QM/MM(量化/动力学)运算。
nmode：使用一阶和二阶导数信息进行简正模式分析的程序，用于寻找局域最小值，进行振动分析，寻找过渡态。
LEaP：X-window程序，用于基本模型，AMBER坐标和参数/拓扑文件的创建。它包含分子编辑器，可以创建氨基酸残基并对大分子进行修饰。
antechamber：该程序套件对大多数有机分子和金属配位中心自动产生力场描述。它从结构开始（通常是PDB格式），产生LEaP可识别的文件用于分子模拟。要求对蛋白质和核酸产生的力场与通常的Amber力场一致，另外还可以和高斯兼容，生成高斯计算的输入文件用于量化计算。
ptraj和carnal：用于分析MD轨迹，计算参考结构的RMS偏差，氢键分析，时间相关函数，扩散特性，等。
mm_pbsa：脚本，对MD轨迹自动后期处理，用连续溶剂方法进行热力学分析。它能够把能量归属到不同的氨基酸残基片断中去，并估算不同构像之间的自由能量差。
pmemd：这是一个在sander基础上进行重大修改的程序（最初由Bob Duke发起），用于优化周期性、PME模拟以及GB模拟过程。新版本Pmemd的计算速度要比Sander快，而且更适用于并行。此外，11版新增NVIDIA GPU加速，因此，它通常是一可选程序，除非你需要的选项它不支持。在新版模型中，我们可以理解为：sander是研究新的性质的有效手段，pmemd如同“生产”的代码，是实现Sander常用的一个行之有效的工具，在高性能环境中表现良好。
ptraj：这是用来分析MD轨迹，计算的各种数据，如：相关结构的均方根偏差，氢键分析，时间相关函数，扩散行为等等。
9.0版的新增功能
力场：新增多种新的力场类型，包括：对已有的f99和ff02蛋白质力场进行的升级，对肽和蛋白质的扭转参数做了改善；新的联合原子力场，使用与ff03全原子力场类似的驱动体系；扩充了gaff力场，增加了分子的适用范围，特别是对共轭体系；支持Ren和Ponder的AMOEBA极化势；半经验的价键模型，可用于对化学反应构造近似的势。
QM/MM模拟：QM/MM支持气相、隐含液相，以及周期边界条件模拟，体系的QM部分可以来自半经验方法，如MNDO，AM1，PM3，或PM3/PDDG。与早期版本相比，QM/MM改善了精度、能量收敛及程序的性能。气相或溶剂层的QM/MM模拟还可以用MNDO/d或SCC-DFTB哈密顿量。对已几百个原子的大型量子区，可以使用分而治之的线性标度方法，化学位移可以从半经验波函计算。
广义Born模型：成对的分子体积校正，对于分子表面Poisson-Boltzmann和显式溶剂结果的符合程度，比以前的Amber GB模型更好。
升级了Poisson-Boltzmann应用程序，包括：新的非键程序；基于显式溶剂自由能模拟，重新优化的原子空穴半径；改善了静电势显示选项；以及新的非极化溶剂模型用于直接处理弥散相互作用，可以极大地改善显式溶剂中非极化溶剂自由能的关联。
拉皮筋的模拟方法，用于搜索复变换中的近似过渡态。自动导向的Langevin动力学方法可以加速构象搜索。
路径积分分子动力学模拟，对核运动使用量子动力学而不是牛顿方程，用于简化平衡正则分布。
用Jarzynski等式，从非平衡“靶向”或“拉伸”模拟估算自由能。
升级了仿形交换方法，包括改善了标准仿形交换代码，并支持一些新的仿形交换方法，其中使用混合溶剂模型，对显式溶剂中的大体系可减少所需的仿形数量。
对扩充的程序pmemd在速度和并行标度方面的一般改善，现在包含了广义Born功能。
sander，pmemd和ptraj现在支持NetCDF二进制轨迹文件。与格式化的轨迹文件相比，二进制轨迹文件更小，精度更高，读写速度更快。NetCDF为文件可移植性提供了交叉结构，允许格式向下兼容，并使文件自说明。VMD1.8.4支持此文件格式。
10.0版的新增功能
力场：多种新的力场类型，包括新的水及离子模型；更新了核酸和碳水化合物的参数；并行支持AMOEBA极化势；改善了经验价键模型，可用于构造化学反应的近似势。
QM/MM模拟：可以在周期溶剂箱中或用广义Born溶剂模型进行DFTB计算；代码更快并实现并行化。
自适应偏置模拟可用于加速取样和自由能的收敛。
路径积分分子动力学模拟，对核运动使用量子动力学而不是牛顿方程来进行平衡正则分布取样。通过对质量的热动力学积分，可以估计平衡同位素效应和和动态同位素效应。用量子瞬时模型估算速率常数，可以用环形聚合物MD或中心MD方法计算近似的量子时间关联函数。
在ptraj中提供了一套新的构型聚合工具。
新的自由能工具可以简化蛋白质突变的设置，可进行单、双拓扑。软芯势工具可用于有原子出现或消失的取样，不用创建虚原子。
更新了复制交换方法，包括：改善标准的复制交换代码，支持非波尔兹曼热库的交换方法；使用杂化溶剂模型减少溶剂中大体系所需的复制数量。
显著改善了扩展pmemd程序的速度和并行标度，现在包含了广义Born热容，支持偏中心电荷（与在TIP4P或TIP5P中相同）。
完全包含了低模式（LMOD）搜索工具，它基于低频简正模式。
11.0版的新增功能
力场：支持大部分CHARMM的固定电荷立场，包括CMAP扭转势能。此外，GAFF得到了更新，使普通的Amber立场适用于有机分子。
一种新的生成溶剂化模型的参数化方法，可用于多肽和蛋白质的优化。
扩展用于Poisson-Boltzmann溶剂化数值计算的选项。
基于Kovalenko-Hirata以及其他的相关近似，可采用3D-RISM积分模型评估溶剂化影响。
新整合了Chimra可视化程序和UCSF DOCK程序。
自由能计算方法通过改变哈密尔顿模型使之简化，同时包括原子的更好呈现和隐藏。
Amber 11包含了一个新的弹性键模型工具，目的是找出构象变化过程中低能路径，它只用于体系的某一部分或者在确切的溶剂模拟过程中。
更新了恒定PH模拟脚本和MMPB/SA自由能计算脚本。
新增了各向同性总和模型的“极性”版本，以及IPS-DFFT接口。
cards 进行 pmemd 动力学模拟的速度要比传统的 CPU 的快很多
14.0版本新增功能
AMBER14主要对GPU部分代码进行了大量的优化，使其性能与AMBER12相比，提升了近30%；
在GPU版本中引入了混合固定精度模型，支持几块GPU卡之间的点对点通信，大幅提高了其并行效率；
在GPU版本中新增了基于温度和哈密顿的副本互换算法；
在GPU版本中新增了蒙特卡洛恒压算法（Monte Carlo barostat）使得NPT的模拟性能接近于NVT；
在GPU版本中新增支持ScaledMD模拟，Jarzynski取样，等pH值的显性水模拟，可以使用NMR的结构限制功能；
对GBSA计算及其他AMBER12中出现的故障和错误进行了修订。
18新功能
Ambertools18于2018年4月17日发布，主要包括如下程序功能：
NAB/SFF：主要用于构建分子，进行MD模拟及在进行GB，PB或3D-RISM隐性溶剂模拟时使用距离几何限制；
antechamber和MCPB：用于有机小分子或含金属离子的分子力场构建；
tleap和parmed：用于产生amber MD模拟所需的力场及坐标文件；
sqm: 半经验及DFTB量子力学模拟程序；
pbsa: 求解Poisson-Boltzmann方程，获得溶剂化能；
3D-RISM：求解溶剂化过程，并可预测蛋白表面溶剂位置；
sander: 主要的MD模拟程序
cpptraj和pytraj：主要的MD分析程序
MMPBSA.py和amberlite: MD 轨迹能量分析工具。
18中增加的新功能：
pbsa计算目前支持GPU
支持等pH模拟的λ-dynamics方法
新的构建磷脂膜的工具packmol_memgen
sander中增加新的积分算法（middle）可支持更长时间步长
使用新的基于cmake的编译工具
对cpptraj软件进行优化和扩展，如可以获得PME模拟所得的某一帧构象的能量，提高速度
Amber18最主要的优化是在pmemd程序上，尤其是对其GPU版本，速度上有了非常大的提高。新功能包括：
GPU支持下的TI和FEP自由能计算；
GPU支持12-6-4离子势能；
CPU版本目前支持区域划分的并行策略，大大提高速度；
GPU支持Nudged elastic band方法的计算；
GPU支持等pH模拟；
对新型的GPU卡如Maxwell, Pascal 和Volta 等优化，亲测，速度与16相比快很多；
提供新的支持可极化立场amoeba的新程序pmemd.gem.
