製品&サービス Amber 16 新機能

◆Amber、AmberTools新機能詳細

AmberTools17の主な新機能、改良点(2017年4月)

  • 力場のアップデート
    • 脂質用力場のアップデート:Lipid17
    • タンパク質用の「Force-Balance」力場:fb15
    • 新規の剛体3点水モデル:OPC3
    • 「mdgx」力場作成手順のアップデート
  • CUDAに対応したpbsaプログラム;PBモデルでの膜モデリングへの拡張
  • DFTBのmio-1-1・3ob-3-1パラメーターファイルがAmberと一緒に配布されるようになりました
  • sqmでのDFTB3のサポート
  • 自由エネルギーワークフロー:FEWのアップデート
  • トラジェクトリー解析を行うpytrajとのインターフェイスの拡張
  • トラジェクトリー解析を行うcpptrajプログラムの主な新機能、改良点
    • 「closest」と「watershell」コマンドのCUDA対応
    • トポロジー間の差異を検査する「comparetop」コマンドの追加
    • ウェーブレット解析:WAFEXの追加
    • SPAM法、「volmap」そしてGIST解析の高速化
    • 詳細が以下の「CPPTRAJ wiki」で公開されています:
      https://github.com/Amber-MD/cpptraj/wiki

Amber16, AmberTools16の主な新機能、改良点(2016年4月)

  • 準等方的圧力スケーリング(GPU)
  • Charmm VDW 力の切り替えをサポート(CPU, GPU)
  • NMR拘束のサポートを拡張およびR^6平均化をサポート(GPU)
  • Gaussian Accelerated Molecular Dynamicsの導入(CPU, GPU)
  • 外部電場の設定をサポート(CPU)
  • アンブレラ・サンプリングのサポートの拡張(GPU)
  • pH座標に沿ったレプリカ交換法において定pHシミュレーションをサポート(GPU)
  • 気相MD(igb=6)をサポート(CPU, GPU)
  • NVIDIAの最新のKepler, Maxwell, Pascal GPUをサポート、計算効率も大幅に向上(GPU)
  • General Amber Force Field (GAFF) の「GAFF2」への大幅な更新
  • 新しいタンパク質力場「ff15ipq」の追加
  • 単原子イオン用「12-6-4」ポテンシャルモデルのサポートの改善
  • 「LEaP」で使用する力場設定を行う「leaprc」ファイルの改良
  • 多数のsanderおよびcpptraj向けAPI:これにより、サードパーティ製のプログラムから、sanderやcpptrajの機能にアクセスできるようになります。 一例として、AmberToolsに含まれる新しいトラジェクトリー解析ツール「pytraj」プログラムがあります。
  • Low-Mode (LMOD) コンフォメーション探索ルーチンの大幅な改善:4つの実例が「$AMBERHOME/AmberTools/examples/nab/lmod_*」に保存されています。
  • 系の構築と確認における作業の流れの改善
  • 周期境界条件バージョンの「3D-RISM」積分方程式のコードが実装
  • 分子動力学計算あるいは3D-RISMの計算結果から、「小角X線散乱(SAXS)」および「広角X線散乱(WAXS)」データが計算可能に
  • NMR拘束計算のために、新しく「NEF(NMR Exchange Format)」をサポート
  • GPUで外部電場の設定がサポート
  • Intelの「Knights Landing Xeon Phi」がサポート
  • NVIDIA Pascal GPUに対しての最適化
  • CUDA 8.0がサポート
  • トラジェクトリー解析を行うcpptrajプログラムの主な新機能、改良点
    • 並列化の改良:トラジェクトリー間並列化の導入、MPI/OpenMPのハイブリッド並列化
    • esander実行:sander APIとリンクし解析用にエネルギーを算出
    • 核酸構造解析を行う「nastruct」と移動拡散を計算する「diffusion」のアップデート
    • 詳細が以下の「CPPTRAJ wiki」で公開されています:
      https://github.com/Amber-MD/cpptraj/wiki

Updateで、以下の機能が公開予定
  • 「Adaptively-biased MD」が調整され機能の向上
  • CPUでのGBのパフォーマンスと並列化効率が向上
  • CPUでのPMEのパフォーマンスと並列化効率が向上
  • GPUで熱力学的積分(Thermodynamic integration)法と自由エネルギー摂動法(FEP)サポート

AmberTools15の主な新機能、改良点

  • 新しい核酸向け一般化ボルン溶媒パラメーター
  • 新しい「OPC」実水溶媒モデル
  • 新しい単原子イオン用パラメーター
  • sanderおよびmdgx向けAPIの作成。これにより、サードパーティ製のプログラムから、sanderやmdgxの機能にアクセスできるようになります。
  • PBSAとFEW(Free Energy Workflow)において、仮想膜モデルをサポート
  • 仮想膜系のための周期線形PB計算におけるスケーラブル・マルチグリッド・アルゴリズム
  • 系の構築と確認における作業の流れを改良
  • 「ParmEd」の多数の改良および解析の大幅な高速化
  • chamber -> ParmEd、CHARMM力場のより良いサポート(特にNBFIX)
  • 「pdb4amber」コマンドの強化(例:「reduce」の呼び出しや自動互変異性体IDの設定など)
  • pymsmt:金属錯体のモデリングを行うMCPB.py
  • 核酸パラメーターGBneck2の最適化
  • 三価および四価の金属イオンパラメーター、および12-6-4一価イオンパラメーターの追加
  • 「sander」コードのクリーンアップ
  • 「gbnsr6」プログラム:改良GBモデルで一点計算を行う
  • 「clang」コンパイラーおよび「dragonegg」GCCプラグインのサポート
  • 「SQM」プログラムおよび「Antechamber」による電荷フィッティングのスピードアップ
  • トラジェクトリー解析を行うcpptrajプログラムの主な新機能、改良点
    • energy:単純なエネルギー計算(imin=5, PME無しよりも高速)必要な項だけ計算可能
    • areapermol:分子毎の面積計算(チュートリアルのA16参照)
    • checkchirality:アミノ酸のキラリティをチェック
    • multivector:複数のベクトル(全てのN-Hベクトルなど)の計算
    • replicatecell:単位格子を、好きな方向あるいは全方向に複製
    • volume:単位格子の体積を計算
    • minimage:原子IDに対する、一番近くの単位格子(原子群あるいは重心)までの距離
    • vector minimage:2点間の最小ベクトル(距離と同等)
    • pytraj:「cpptrajコマンド」のPythonバインディング(condaパッケージ・マネジャー経由)
    • クラスター解析:k平均法、対称RMSD指標、擬似F比、シルエット値
    • データセット間で、幾つかの数学的な操作が可能に(D0 = D1 + 2.3など)
    • 対照構造を操作可能に(例えば、対照構造を読み込んだ後に、原点に中心を移動するなど)
    • 非線形カーブ・フィッティング
    • 「hbond」コマンドでの距離と角度でのイメージング
    • 非直行グリッド、密度によるグリッドの正規化
    • 「nativecontacts」コマンドの、時系列での生成を含む大幅な改良
    • 複数の座標セットの統合(本質的に、stripの逆の操作)
    • 「atommap」および「symmrmsd」コマンドの改良

インテル (R) Xeon Phi (TM) が正式にサポート(2014/8/6)
最新のAmber 14のアップデートで、インテル (R) Xeon Phi (TM) コプロセッサーが正式にサポートされました。 このアップデートにより、PMEMDのコンパイルを、MICネイティヴおよびMICオフロードの両モードで実行できます。 ネイティヴ・モードのPMEMDは、Xeon Phiカード上で全て実行されます。 一方オフロード・モードでは、Xeon Phiカードをコプロセッサーとして用い、通常のPMEシミュレーションの直接和の計算をXeon Phiへ割り当てます。

Amber14とAmberTools14の新機能(2014/4/16)

【 力場 】

  • 新しい2つの固定電荷タンパク質力場を追加しました: ff14SBおよびff14ipq
  • 新しい脂質力場を追加しました: Lipid14
  • 核酸と糖の力場を更新しました。
  • 「chamber」を使用したCHARMM力場とVMDで作成したトポロジーファイルのサポートが改良されました。
  • 「paramfit」コマンドで線形最小二乗法による二面角項のフィッティングができるようになりました。
  • 「sander」および「pmemd」で、新しい二価金属イオンパラメーターと12-6-4 Lennard-Jonesポテンシャルを使用できるようになりました。
  • 「Amber」パラメーターファイルを検査したり修正したりするために、新しい解説とツールが用意されました。

【溶媒モデル】
  • 仮想溶媒および実溶媒中の定pH計算が、「sander」「pmemd」でサポートされました。
  • 定pHシミュレーションの結果を解析する、改良されたツールが追加されました。
  • 「sander」「pmemd」での定pHレプリカ交換MD計算が実装されました。
  • 「3D-RISM」分子動力学法が、「sander」で使用できるようになりました。

【自由エネルギー計算】
  • 「EMIL」:TI法を利用した自由エネルギー値を求める手法が導入されました。
  • 新規の自由エネルギー・ワークフローツール(FEW)により、LIE, TI, MM/PBSAタイプの自由エネルギー計算を自動化できます。
  • 「ante-MMPBSA.py」コマンドにおいて、chamber形式のトポロジーファイルをサポートしました。

【計算手法】
  • 計算手法が拡張しました:ハミルトニアン・モデルの変更、原子が出現あるいは消滅していく際のより良い手法、レプリカ交換シミュレーションとの統合の強化
  • 「pmemd」でEMAPとSGLDが利用できるようになりました。
  • 多次元REMD計算を、「sander」「pmemd」「pmemd.cuda」で実行できるようになりました。
  • scaled分子動力学法が使用できるようになりました。
  • 新しく、半経験的Born-Oppenheimer分子動力学(SEBOMD)の機能が追加されました。
  • シミュレーションにおいて拘束および固定あるいは部分固定グループをサポートするために、電子密度マップ(cryo EM/ET測定などから)を使用する新機能が加わりました。
  • 水素原子量を再分配する機能が「ParmEd」コマンドによりサポートされました。
  • 柔軟な自由度に沿ったサンプリングを効率化させるため、「self-guided Langevin dynamics」と「accelerated molecular dynamics」のオプションを改善しました。

【QM/MM】
  • 連携している外部の量子化学計算プログラムの、量子モデルのタイプを拡張しました。
  • 適応量子領域を設定できるようになりました。
  • Adaptive buffered force-mixingの手法を使用できます。

【cpptraj】
  • トラジェクトリー解析を行う「cpptraj」コマンドの機能の、大幅な強化が行われました。
  • 「cpptraj」コマンドの機能を大幅に強化し、GIST(Grid Inhomogeneous Solvent Theory)などをサポートしました。

【GPGPU】
  • 最新のKepler, Titan, GTX7xxのGPUのサポートが追加されました。
  • 「ParmEd」が、GPU上でOpenMMを用いて、分子動力学計算を行えるようになりました。
  • 「pmemd.cuda」の速度が向上し、さらに並列実行時における効率を大幅に向上しました。可能な場合、ピアツーピアのGPU並列化を行います。

【その他】
  • 「sander」の多くの機能を「pmemd」のCPUおよびGPUの機能に追加しました:
    • 計算速度の高速化
    • 外部電荷のサポート
    • 多次元レプリカ交換法
    • Monte Carlo圧調節
    • ScaledMD
    • Jarzynskiサンプリング
    • 実溶媒中の定pH
    • GBSA
    • 水素原子量の再分割
  • 「sander」が、「AmberTools」の一部となりました。
  • シミュレーションの設定や解析を行うワークフローを改善しました。
  • バンドルのNetCDFがバージョン4へアップデートされました。
  • 結晶格子シミュレーション用の新しい解析ツールが含まれています。
  • シェルの環境を正しく設定するための、新しい環境リソース設定スクリプトが導入されました。
  • 力のトラジェクトリーを出力できるようになりました。

AMBER Tools 13の主な新機能

  • トラジェクトリー解析を行う「cpptraj」の機能を大幅に拡張および改良を行いました。
  • 「PBSA」計算で、新しいソルバーや誘電体モデルなどのオプションが新たに利用可能となりました。
  • MM-PBSA計算を行うプログラムのPythonバージョンの「MMPBSA.py」がアップデートされ、NABより2つの新しいGBモデルを使用してアクセスできるようになりました。
  • Amberパラメーターファイルを点検したり修正するための新しいツールが追加されました。

AMBER 12の新機能

Amber 12 は前バージョンのAmber 11 から、大幅な変更がなされています。主な違いは、以下のとおりです。
【 力場 】

  • 新しい固定電荷パラメーターff12SBが導入され、分極性ポテンシャルのサポートが強化されました。
  • 新しい分子脂質力場Lipid11が導入されました。他のAMBER力場と互換性がありますので、組み合わせて利用できます。

【溶媒モデル】
  • 数値的なPoisson-Boltzmann溶媒和計算のオプションが拡張されました。膜系や周期系のモデルがサポートされています。
  • Kovalenko-HirataらのClosure近似による3D-RISM積分方程式モデルが強化され、水性電解質のより良い処理ができるようになりました。

【自由エネルギー計算】
  • 自由エネルギーを計算する手法が拡張されました。ハミルトニアンモデルの変更や、出現及び消滅する原子群を扱うより良い手法が利用できます。また、レプリカ交換シミュレーションとの統合も、より強化されました。

【計算手法】
  • Self-guided Langevin dynamicsaccelerated molecular dynamicsのアイデアを改良し、柔軟な自由度に沿ったサンプリングを高速化しました。
  • cryo EM/ET実験などで得られる電子密度マップを、拘束条件として利用できるようになり、そのシミュレーション中でグループを固定したり一部を自由にしたりできるようになりました。

【QM/MM】
  • 半経験的量子計算において、AM1/dとPM6ハミルトニアンモデルを使用して、d軌道も扱えるようになりました。
  • 様々な外部の量子化学計算プログラムと連携して、QM/MM計算を行えるようになりました。これにより、使用できる量子モデルのタイプが広がりました:
    • ADF
    • GAMESS-US
    • NWChem
    • Gaussian
    • Orca
    • TeraChem

【GPGPU】
  • sanderの機能がいくつかpmemdに追加され、CPUおよびGPUで使用できるようになりました。
    • 温度レプリカ交換法
    • IPS (Isotropic Periodic Sum) 法
    • Accelerated Molecular Dynamics
    • NMRoptを使用した様々なHarmonic拘束条件がGPUでサポートされました。

【その他】
  • インストールを簡易化し、自動アップデートもサポートしました。

Amber 11の新機能

【 力場 】

  • CMAPねじれポテンシャルを含む、CHARMMの電荷固定力場がサポートされました。
  • 有機分子用のgeneral Amber 力場(GAFF)がアップデートされました。

【溶媒モデル】
  • 一般化ボルン溶媒モデルパラメーターが、新たにペプチドとタンパク質用に最適化されました。
  • 数値的なPoisson-Boltzmann溶媒計算のオプションが拡張されました。
  • Kovalenko-HirataらのClosure近似による3D-RISM積分方程式モデルを利用出来るようになりました。

【自由エネルギー計算】
  • ハミルトニアンモデルを変更する方法や、出現及び消滅する原子群を扱うより良い手法を含む自由エネルギー計算の簡易化法が利用できます。
  • 配座遷移の低エネルギー経路を見つけ出すNudged Elastic Bandモデルの新しい手法が実装されました。これにより、系の一部だけや実溶媒シミュレーションなどに適用できるようになります。
  • 定pHシミュレーションとMMPB/SA自由エネルギー計算のスクリプトが改良されました。

【計算手法】
  • 極性系に対応したIsotropic Periodic Sum (IPS:等方性周期和) モデル、及びそれに加えてIPS-DFFT(IPS-離散高速フーリエ変換)が実装されました。
  • pmemdを使用したMDシミュレーションにおいて、NVIDIA GPUカードを利用できるようになりました。これにより、通常のCPUに比べ大幅なスピードアップが図れます。

【他ソフトとの連携】
  • 可視化プログラムChimeraとの連携が強化されました。
  • UCSF DOCKとの連携が強化されました。

Amber 10の新機能

【 力場 】
新しい多くのタイプの力場が、利用できるようになりました。

  • 新しい、水やイオンのモデルが利用可能です。
  • 核酸と糖のパラメーターがアップデートされてました。
  • RenとPonderによる分極性ポテンシャルAMOEBAの並列化がサポートされました。
  • 経験的原子価結合(Empirical Valence Bond, EVB)モデルが改良され、化学反応の近似ポテンシャルの構築に使用できるようになりました。

【QM/MM シミュレーション】
  • Amber 10 では、DFTB計算を周期溶媒ボックスあるいは一般化ボルン溶媒モデルを使用して行えるようになりました。
  • また計算がより速くなり、一部並列化もされています。

【適応バイアスシミュレーション】
・サンプリングと自由エネルギーの収束を加速するために、適応バイアスシミュレーションを行うことができるようになりました。

【経路積分分子動力学 】
  • 原子核の動きを、ニュートンの力学方程式ではなく、量子動力学法を使用して平衡カノニカル分布をサンプリングできます。
  • 平衡と動的な同位体効果の両方を、原子量を考慮した熱動力学積分法で予測できます。
  • 速度定数を、量子インスタントンモデルで見積ることができます。
  • 近似量子時間相関関数を、Ring Polymer MDあるいはCentroid MDにより利用できます。

【クラスター解析】
・新規の配座クラスター解析ツールが、ptrajにより利用できます。
【自由エネルギー】
  • 新規の自由エネルギーツールでは、1つと2つのトポロジー両方を使用する事により、タンパク質の変異変化の設定が簡略化されました。
  • ソフトコアポテンシャルの機能により、原子が現れたり消滅したりする系のサンプリングができるようになりました。その際、人為的なダミー原子を設定する必要はありません。

【 レプリカ交換法 】
  • 通常のレプリカ交換法の改良が行われています。
  • 標準のレプリカ交換法の改良に加え、非ボルツマン溶媒を用いた交換法をサポートしました。
  • 実溶媒中での大きな系に必要なレプリカの数を減らすために、混成溶媒モデルを使用できます。

【拡張された pmemd】
  • 速度と並列化効率の大幅な改良を行いました。
  • 一般化ボルン法を大幅に改良しました。
  • 非中心電荷(TIP4PやTIP5Pなど)をサポートしました。

【LMOD】
・低振動基準モードに基づいた、低モード(LMOD)探索ツールが完全統合されました。

AMBER 8および9の新機能についてはこちらをご覧ください。

Amberの価格 (2016.5.1現在)
Amber16ソースコードライセンス
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  1. 二重らせん DNA:polyA-polyTの設定
  2. 構造最適化と分子動力学計算(気相中)
  3. 構造最適化と分子動力学計算(仮想溶媒)
  4. 構造最適化と分子動力学計算(実溶媒中)
  5. 実例(A-DNA)
VMD:
Visual Molecular Dynamics


Folding:
Trp-Cage Peptide


Antechamber:
Sustivaシミュレーション
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