amber软件介绍

概况

Amber在很多方面都与CHARMM的情形相似，历史悠久，贡献者众多，周围是一个活跃在化学分子动力学前沿的学术圈，并且同时形成了一种广泛使用的力场。追溯源流，两者可以回归到共同的起点。1978年Paul Weiner带着在Martin Karplus处进行博士后研究时使用的代码来到UCSF的Peter Kollman实验室，这段从分子结构计算能量的代码正是CHARMM的前身。在Kollman的主导下，代码被扩展以适用更广泛的系统并配备了可视化工具，随后纳入了GROMOS的动力学计算代码，形成了最初版本的Amber。与CHARMM不同，Amber不是一个all-in-one的分子动力学软件，而是由多个各司其职的组分所构成的工具集，除了高性能动力学引擎外的其他组分统称AmberTools，可以免费使用，包含动力学引擎的发布版本则须购买授权。三十多年来该软件不断发展，有越来越多的算法开发者加入了自己的贡献，工具集中的组分也不断演化，当前最新版本AmberTools17中包含上百种工具，核心动力学引擎开发语言为Fortran90，其中Sander代码量约20万行，PMEMD代码量约30万行。

主要功能

力场

Amber力场包括多个不同名称的组分，分别支持蛋白质、DNA、RNA、碳水化合物、脂肪等不同分子类型，以及一种针对有机小分子的通用力场GAFF和多种水分子模型。用户可以使用AmberTools中的CHAMBER工具将CHARMM力场文件转换成Abmer格式以在Amber中使用。与之类似，tinker_to_amber工具可以转换TINKER原生的AMOEBA力场供Amber使用。除了AMOEBA，Amber本身还支持一种基于诱导偶极子理论的可极化力场ff02，该力场比AMOEBA计算量小，曾经被广泛使用，且是首个支持核酸的可极化力场，但该力场在现版本（Amber16）中已不推荐使用。
溶剂模型方面Amber支持多种GB模型，同时支持一种名为reference interaction site model（RISM）的分子溶剂模型，该模型本质上是一种微观溶剂模型。
Amber通过Sander支持QM/MM混合模拟。Sander内建多种NDDO及DFTB类型的半经验哈密顿量，AmberTools同时包含一个名为sqm的工具可提供基于这些半经验哈密顿量的纯量化计算，代码大部分基于MOPAC。Sander同时提供接口可对接多种常用量化软件，包括ADF、GAMESS-US、NWCHem、Gaussian、Orca、Q-Chem、TeraChem。

算法

支持的采样算法包括：Self-Guided Langevin dynamics，Accelerated Molecular Dynamics，Gaussian Accelerated Molecular Dynamics，Targeted MD，Multiply-Targeted MD (MTMD)，Low-MODe (LMOD) methods，Replica Exchange Molecular Dynamics (REMD)，Adaptively biased MD，Steered Molecular Dynamics (SMD) 等。
支持的自由能计算方法包括：Thermodynamic integration，Absolute Free Energies using EMIL，Linear Interaction Energies，Umbrella sampling等。上述算法中的一些如umbrella sampling存在不止一种实现。其中三个模块ncsu_smd、ncsu_pmd和ncsu_bbmd为同一框架下的实现，该框架定义了几类reaction coordinates。
支持constant-pH模拟以及constant-pH REMD。
支持包括NMR、X-ray及cryo-EM/ET在内的实验结构精细化计算。
在基本算法的基础之上，Amber还通过AmberTools提供了一些工作流工具，对特定的计算任务提供了从计算到分析的流程化辅助。如自由能计算工作流工具FEW和MMPBSA。

从Amber11开始，Amber加入了对GPU的支持，从 Amber14开始，PMEMD加入了对Intel Xeon Phi协处理器的支持。

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