GROMACS 编译安装教程（HPC）

概述

适用场景：HPC 集群上从源码编译 GROMACS（分子动力学模拟）。本文覆盖 FFTW 依赖编译、CPU(MPI) 版、GPU(CUDA) 版三种典型构建，并给出 Slurm 作业示例。整理自实际可用的编译命令，安装路径与编译选项保留原环境约定（/opt/...）。

1. 前置依赖

编译器：gcc / g++（建议 ≥ 7，需支持目标 SIMD 指令集），gfortran（部分依赖需要）。

CMake：≥ 3.16（GROMACS 2023+ 建议 ≥ 3.18/3.21）。本环境多节点并存多个 cmake，构建时按节点实际路径指定，例如 /opt/cmake/bin/cmake、/opt/cmake3/bin/cmake，或直接 cmake（确保 which cmake 指向正确版本）。

MPI：OpenMPI 或 Intel MPI（仅 MPI 版需要），GMX_MPI=ON 时 cmake 自动查找 mpicc/mpicxx。

CUDA Toolkit：仅 GPU 版需要，版本需与集群驱动匹配（用 nvidia-smi 查看最高支持版本）。

2. 编译 FFTW（GROMACS 必依赖）

GROMACS 在配置阶段需要 单精度（float）FFTW。推荐自行编译一份并固定到独立 prefix，再让 GROMACS 的 cmake 通过环境变量找到它。

安装完成后，配置以下环境变量（每次编译/运行 GROMACS 前都要生效，建议写进 .bashrc 或 modulefile）：

说明：CMAKE_PREFIX_PATH 让 cmake 在 /opt/gmxfftw338 下搜索依赖；FFTW3F_ROOT_DIR 显式指定单精度 FFTW 根目录；LD_LIBRARY_PATH 保证运行时能加载 libfftw3f.so。

3. CPU 版（MPI + AVX_512）

适用于纯 CPU 节点或 MPI 多节点并行版本。

若节点 cmake 版本不满足要求，用绝对路径替换 cmake，例如 /opt/cmake3/bin/cmake ..（对应非 MPI 版示例：/opt/cmake3/bin/cmake .. -DCMAKE_INSTALL_PREFIX=/opt/gmxcpu2023 -DGMX_MPI=OFF -DGMX_BUILD_OWN_FFTW=OFF -DGMX_GPU=OFF）。

4. GPU 版（CUDA + AVX_512）

适用于带 NVIDIA GPU 的计算节点，mdrun 会把非键力、PME 等 offload 到 GPU。

关于 `-DGMX_GPU` 的取值（版本差异，重点）

不同 GROMACS 版本该参数语义不同，别照抄错版本：

GROMACS ≤ 2022：-DGMX_GPU=ON 即启用 CUDA；OpenCL 用 -DGMX_GPU=OPENCL。

例（老版本写法）：cmake .. -DCMAKE_INSTALL_PREFIX=/opt/app/gmxgpu2020 -DGMX_MPI=ON -DGMX_BUILD_OWN_FFTW=OFF -DGMX_GPU=ON -DGMX_SIMD=AVX_512

GROMACS 2023+：-DGMX_GPU=ON 仅“打开 GPU 支持”，需再显式选后端：

-DGMX_GPU_CUDA=ON（CUDA）
-DGMX_GPU_OPENCL=ON（OpenCL）
-DGMX_GPU_SYCL=ON（SYCL，oneAPI）
也可直接 -DGMX_GPU=CUDA（等价于打开 GPU + CUDA 后端），即上面的推荐写法。

经验：能用 GMX_GPU=CUDA 就用它，语义最明确；老版本（2020/2022）仍可用 GMX_GPU=ON 表示 CUDA。

5. 加载与使用

source 官方环境脚本即可把 gmx/gmx_mpi 加入 PATH：

MPI 版可执行文件名通常为 gmx_mpi（而非 gmx）。集群上推荐写成 modulefile（放 /opt/modulefiles/gromacs/...），统一封装 PATH、LD_LIBRARY_PATH、CMAKE_PREFIX_PATH、FFTW3F_ROOT_DIR，避免每次手动 export。

6. Slurm 作业示例（HPC）

-nb gpu -pme gpu -bonded gpu 为 GPU 版典型 offload 组合；纯 CPU 版去掉 --gres=gpu:1 与 -nb/-pme/-bonded 的 gpu 参数即可。

7. 验证

确认输出中的 SIMD 指令集为 AVX_512；GPU 版应能看到检测到的 GPU 设备。

8. 常见坑

❌ FFTW 没装就 GMX_BUILD_OWN_FFTW=OFF：会 configure 失败。要么先装好 FFTW 并设好环境变量，要么改用 GMX_BUILD_OWN_FFTW=ON 让 GROMACS 自动编译一份（不推荐生产环境）。

⚠️ AVX_512 需要 CPU 支持：在仅到 AVX2 的老 CPU 上会编译/运行报错，改 -DGMX_SIMD=AVX2_256 或 Auto。

⚠️ CUDA 版本与驱动：nvidia-smi 显示的驱动最高支持版本必须 ≥ 编译时用的 CUDA Toolkit。

🐞 cmake 路径：多版本共存时一定用绝对路径或 module load cmake，否则可能用到太老的 cmake 导致 configure 失败。

🐞 安装路径拼写：原始命令里出现过 -DCMAKE_INSTALL_PREFIX=/opt/gmxgpu2023-DGMX_MPI=ON（缺空格），会被当成 prefix 的一部分导致装到错误目录，务必在 -DCMAKE_INSTALL_PREFIX=xxx 后留空格再写下一个 -D。