Aidan P. Thompson H. Metin Aktulga Richard Berger Dan S. Bolintineanu W. Michael Brown Paul S. Crozier et al

Abstract

Seit der Veröffentlichung des klassischen Molekulardynamik-Simulators LAMMPS im Jahr 2004 als Open-Source-Software hat sich dieses Werkzeug zu einem weit verbreiteten Instrument für partikelbasierte Materialmodellierungen auf Längenskalen von atomar über mesoskopisch bis hin zur kontinuumsbasierten Beschreibung entwickelt. Zu seiner Beliebtheit tragen mehrere Faktoren bei: LAMMPS bietet eine breite Palette an Wechselwirkungsmodellen für verschiedene Materialklassen, läuft auf jeder Plattform – von einem einzigen CPU-Kern bis hin zu den leistungsstärksten Supercomputern mit Beschleunigern – und ermöglicht den Nutzern eine präzise Kontrolle über Simulationsdetails, entweder über Eingabeskripte oder durch die Implementierung eigener Codekomponenten für neue interatomare Potentiale, Zwangsbedingungen, Diagnosefunktionen oder sonstige für ihre Modelle erforderliche Funktionen. Als Folge dessen haben Hunderte von Entwicklern neue Funktionalitäten zu LAMMPS beigetragen, sodass sich die Codebasis von 50.000 Zeilen im Jahr 2004 auf heute eine Million Zeilen ausgeweitet hat. In diesem Artikel werden mehrere der grundlegenden Algorithmen, die in LAMMPS verwendet werden, vorgestellt sowie die Entwurfsstrategien erläutert, die die Flexibilität sowohl für Anwender als auch für Entwickler ermöglichen. Außerdem werden einige kürzlich hinzugefügte Funktionen hervorgehoben, die erst durch diese Flexibilität möglich wurden, darunter dynamische Lastverteilung, Echtzeit-Visualisierung, Modelle für magnetische Spindynamik sowie maschinenlernbasierte interatomare Potentiale mit quantenmechanischer Genauigkeit.