1.6 计算机硬件与软件

人们不可能不对计算机产业的发展速度感到惊叹，其性能价格比大约每五年就提高一个数量级。许多实验室中常见的图形工作站，如今为集中管理的“超级计算机”提供了真正的替代方案，用于分子模拟计算，尤其是当一台工作站乃至个人计算机可以专用于单一任务时，而超级计算机则必须与许多其他用户共享。然而，在不久的将来，总会有一些计算需要只有超级计算机才能提供的算力。任何计算机系统的速度最终都受限于电信号传输的速度。这意味着终将有一天，使用“传统”单处理器串行架构的机器再也无法实现进一步的性能提升，而并行计算机将发挥越来越重要的作用。

并行计算机以某种方式将多个处理器耦合在一起，从而把一个计算任务划分为许多小片段，最后将结果合并。有些计算比其他计算更适合并行处理，因此人们投入了大量精力将现有算法转换为能在并行架构上高效运行的形式。在某些情况下，人们开发出了全新的方法来最大限度地利用并行处理带来的机会。个人计算机芯片的低成本意味着可以构建大型的处理器“农场”，以相对较小的花费获得可观的算力。

要执行分子模拟计算，还需要合适的程序（软件）。分子模拟人员使用的软件从仅执行单一简单任务的程序，到集成多种不同方法的高度复杂的软件包，范围十分广泛。软件的价格也存在极大的差异。有些程序已被如此广泛地使用和检验，以至于在与类似程序进行比较时，它们可以被认为达到了“金标准”的地位。人们在印刷出版物中会犹豫是否要具体指明某些程序，但有三款软件因其被广泛使用和引用，可以稳妥地获此殊荣。它们是执行从头算（ab initio）量子力学的 Gaussian 系列程序、执行半经验量子力学的 MOPAC/AMPAC 程序，以及用于分子力学的 MM2 程序。

本书全书用于生成示例和插图数据的软件多种多样。其中一些是为特定任务专门编写的；一些是免费可用的程序；还有一些是商业软件包。我决定不在文中详细描述具体的程序，因为这类描述很快就会过时。尽管如此，在适当之处仍会注明所有软件的来源。请注意，使用任何特定的软件并不代表任何推荐之意！