Amber和CP2K已原生支持DeePMD-kit

本月，Amber和CP2K软件已在各自的代码仓库中，新增对DeePMD-kit的原生支持。

Amber

Amber是生物分子体系的分子动力学模拟软件，总引用量超过3.1万次，其中AmberTools以GPL和LGPL协议免费授权。Sander是AmberTools中的子程序，用于运行分子动力学（MD）模拟。本次新增的接口将sander和DeePMD-kit相连接，使得DP模型能与半经验QM/MM方法相结合，使用DPRc方法运行MD模拟。该接口的主要贡献者是Timothy J. Giese，预计将随AmberTools24正式发布。

使用CMake编译时启用DeePMD-kit（假设${deepmd_root}为DeePMD-kit的安装目录）：

cmake .. \
      -D USE_DEEPMDKIT=ON \
      -D CMAKE_INSTALL_PREFIX=${deepmd_root}

运行sander时在mdin文件中启用DPRc：

&dprc
  idprc = 1 ! enable DPRc
  mask = ":1" ! QM region
  rcut = 6.0 ! cutoff radius
  interfile = "frozen_model.pb" ! model file
/

CP2K

CP2K是材料体系的第一性原理计算和模拟软件，总引用量超过4000次，以GPL协议免费授权。本次新增的接口使得CP2K能够基于DP模型运行MD模拟。该接口的主要贡献者是Yunpei Liu，预计将随CP2K 2024.2版本正式发布。

编译CP2K时，使用--with-deepmd启用DeePMD-kit：

./install_cp2k_toolchain.sh \
  --with-deepmd

输入文件中使用DeePMD-kit：

&DEEPMD
  ATOMS O H
  ATOMS_DEEPMD_TYPE 0 1
  POT_FILE_NAME "frozen_model.pb"
&END DEEPMD

C API

两款流行的分子动力学软件原生支持DeePMD-kit，得益于DeePMD-kit于2023年增加的C API，基于C API的Header-only C++ API，以及仅暴露C API和Header-only C++ API的预编译包。

DeePMD-kit软件的架构。图片来自Zeng et al., J. Chem. Phys. 159, 054801 (2023)，以CC BY 4.0授权

当两个C++库文件链接时，C++编译器版本、C++标准和_GLIBCXX_USE_CXX11_ABI等编译宏需保证一致，使得链接的应用程序二进制接口（ABI）严格一致，否则将无法链接。在C API开发之前，由于无法预测用户使用的C++编译参数，也就难以提供通用的预编译包。故而，用户需自行编译TensorFlow等依赖，十分耗时，给DeePMD-kit接入其它程序带来困难。

而C语言接口在链接时，只需保证链接时C标准库的ABI一致即可，几乎所有Linux操作系统都内置了GNU C Library（glibc），使得C API不存在ABI不兼容的问题。Header-only C++ API是基于C API的C++头文件，由用户自己编译，故而也不存在ABI不兼容的问题。在DeePMD-kit中，C API好比一道城墙，隔绝了使用C API的第三方软件和DeePMD-kit内部的C++具体实现，城门内外无需使用相同的编译参数即可连通。DeePMD-kit提供了C API的预编译包（含CUDA支持），用户可以自行下载，并接入Amber和CP2K等其它软件包中，无需繁琐的DeePMD-kit编译过程。

wget https://github.com/deepmodeling/deepmd-kit/releases/latest/download/libdeepmd_c.tar.gz
tar xzf libdeepmd_c.tar.gz