Gaussian 16 の新しい機能

新しいモデリング機能

[REV C] NBO version 7に対応し、Populationキーワードに新しいオプションを追加しました。これらは、外部インターフェースを介してNBO7を利用します。
Pop=NPA7：Natural Population Analysisを指定
Pop=NBO7：full Natural Bond Orbital Analysisを指定
Pop=NBO7Read：入力ファイルからNBO入力情報を読取り、full NBOを指定
Pop=NBO7Delete：いくつかの相互作用削除効果を取り入れたNBO解析を指定
さらに、Natural Energy Decomposition解析を実行するためのPop=NEDAを追加しました。この解析では、Counterpoise計算で指定するFragment入力と同じ情報を利用します。NBO6とNBO7の両方で、削除効果および削除に伴う最適化が可能となりました。
[REV C] ポテンシャル由来の電荷を計算する際、RESP (restrained electrostatic potential) 制約を含めることが可能となりました。例えば、Pop=(MK,Resp=N)は、電荷の二乗に対してN x 10-6 Hartreeの重みを与えます。その他の静電ポテンシャル由来の電荷計算手法（Chelp、HLYなど）にも、同様のオプション指定が可能です。Nのデフォルトは2です。
[REV C] Pop=SaveHirshfeld もしくは Pop=SaveCM5の指定により、指定手法で得られた電荷情報が、次の計算で利用可能なのものとして保存されます。
[REV B] CISおよびTD計算において、励起状態の静的ラマン強度（Static Raman intensity）の計算が可能となりました。TD Freq=Raman計算では、電場に関する数値微分によって分極率を計算します。そのため、これらの手法に対するFreq=Raman計算コストは、ラマン強度オプションなしの振動計算の７倍となります。
TD-DFT の振動数や IR およびラマンスペクトルの予測、遷移状態構造最適化、励起状態におけるIRC計算実行において解析的な 2次微分計算が可能になりました。
EOMCC の構造最適化計算実行において解析的な勾配計算が可能になりました。
非調和振動解析が VCD や ROAスペクトルに対しても可能になりました。詳しくは Freq=Anharmonic をご覧ください。
振電スペクトルや振電強度の計算機能が追加されました。詳しくは Freq=FCHT や関連するオプションをご覧ください。
共鳴ラマンスペクトルの計算機能が追加されました。詳しくは Freq=ReadFCHT をご覧ください。
DFT汎関数として、新たに M08 ファミリーや MN15、MN15L が追加されました。
ダブルハイブリッド法による汎関数として、新たに DSDPBEP86 や PBE0DH、PBEQIDH が追加されました。
半経験的手法である PM7 が追加されました。
Adamo による励起状態の電荷移動診断が可能になりました。詳しくは、Pop=DCT をご覧ください。
Caricato による EOMCC 溶媒相互作用モデルが追加されました。SCRF=PTED もご覧ください。
一般化された内部座標 (Generalized internal coordinate) が追加されました。これは、任意のリダンダント内部座標を定義し、構造最適化の制限やその他の目的にも用いられる技術です。Geom=GIC もご覧ください。

パフォーマンス強化

Linux において NVIDIA K40、K80、P100（Pascal）、V100（Volta）および A100（Ampere）GPU が、Hartree-Fock と DFT計算についてサポートされました。A100（Ampere）は [REV C.02] にて、V100（Volta）は [REV C.01] にて、P100（Pascal）は [REV B.01] にて新しくサポートされました。Revision B.01 および C.01 リリースにおいて、全ての GPU タイプでのパフォーマンス改善が可能となります。GPU サポートの詳細および利用方法については、こちらをご参照ください。
非常に多くの数のプロセッサーを用いる並列化パフォーマンスが改善されました。詳しくは Parallel Performance (日本語訳：メモリ設定と並列計算について) の複数の CPU やクラスターを用いた最適な並列パフォーマンスの方法に関する情報をご覧ください。
[REV B]Linda Worker間タスクのダイナミックアロケーション（動的割り当て）がデフォルトとなり、並列効率が向上しました。
CCSD の反復計算において、I/O を回避するための最適なメモリアルゴリズムが採用されました。
GEDIIS最適化アルゴリズムがいくつかの点において強化されました。
アクティブ空間が (10,10) 以上の CASSCF のパフォーマンスが改善され、 (分子系に依存して) 16軌道以上のアクティブスペースでの計算も可能となりました。
W1モデルにおける内殻の電子相関エネルギー計算が高速化しました。
アルゴリズムの改善により、CEP法 [DiazTinoco16] における対角化および二次の自己エネルギー近似 (D2) 成分の計算が高速化されました。詳しくは、EPT をご覧ください。

使用法の強化

[REV C] 各振動モードに対するROA invariantは、デフォルトではなく、基準振動の微分が指定された場合にのみ、G16もしくはfreqchkにより出力されます。
[REV C] ユーティリティで使用するメモリ量を指定するために、 -m コマンドライン引数の利用が可能となりました。
例）formchk -m=1gb myfile
[REV C] %SSH Link 0コマンドおよび同等オプションにより、rshやsshではなく、Linda workerを起動するための実行コマンド名の定義が可能となりました。
例）%SSH=sshは%UseSSHと同義
[REV C] Geom=AllCheck利用時のいくつかのデフォルト設定が、変更可能となりました。
- Filed=NoChk により、checkpointファイルからのExternal Field係数読込みを回避することが可能となります。
- Geom=GenConnectivity により、checkpointファイルの結合情報ではなく再計算した結合情報の利用が可能となります。
- Geom=UseStandardOrientation により、checkpointファイルのStandard Orientation座標を新しいジョブの入力座標として利用可能となります。
[REV C] Minimum構造最適化計算時のいくつかのデフォルト設定が、変更可能となりました。
- Opt=NGoUp=N により、Linear Searchのみを実行する前に、N回のエネルギー上昇を許容します。デフォルトは1（エネルギー上昇が2回続いた後、Linear Searchのみが実行されます）です。N=-1とすると、エネルギーが上昇する場合にはいつも、Linear Searchのみが実行されます。
- Opt=NGoDown=N により、Saddle Point近辺において、Saddle Pointからわずかに移動させるために、HessianのN個の固有値（負の固有値を含む）を混合するプログラムが実行されます。デフォルトは3です。N=-1は、この機能を無効とし、通常のRFOステップのみのアルゴリズムが適用されます。
- Opt=MaxEStep=N により、Saddle Pointから移動する際、N/1000（BohrもしくはRadian）の距離を適用します。デフォルトは、通常の最適化計算ではN=600（0.6）、 ONIOM Opt=Quadmac 計算ではN=100（0.1）です。
[REV C] 多次元のRelaxed Scan計算結果の情報が、単純な出力ではなく、軸の詳細情報と共にFormatted Checkpointファイルに保存されるようになりました。この変更により、GaussViewやその他プログラムにて計算結果の表示が可能となりました。
[REV C] Checkpointファイルにバージョン情報を保存し、読込み時にチェックするように変更されました。この変更により、旧バージョンのCheckpointファイルが指定されたことによる分かりにくいエラーを回避します。c8616ユーティリティにより、Checkpointファイルを更新することが可能です。Unfchkユーティリティの -fixver オプションにより、入力用のFormatted Checkpointファイルにバージョン情報がなくても、現バージョンとしてCheckpointファイルを作成します。
[REV B]ChkChkユーティリティにおいて、ジョブステータス（ジョブが正常終了したか、失敗したか、計算中であるかなどの情報）のレポートが可能となりました。
[REV B]入力行の原子指定オプションパラメータにおいて、有限（非点）核利用時の半径指定が可能となりました。半径は、RadNuclear=valキーワードを利用し、原子単位の浮動小数点で定義します。例えば、次のように指定します。
C(RadNucl=0.001) 0.0 0.0 3.0
Gaussian と、Fortran や C のようなコンパイラ型言語、Python や Perl のようなインタプリタ型の言語で書かれた他のプログラムとのインターフェースためのツールが用意されました。詳しくは、Interfacing to Gaussian 16 をご覧ください。

[REV C] 4-byteもしくは8-byte整数を利用した生のバイナリファイルがサポートされました。NECのシステム以外では、前者がデフォルトです。本機能のサポート対象には、Outputキーワードとformchkユーティリティの新オプション、新しいLink 0コマンド、新しいコマンドラインオプション、環境変数が含まれます。
[REV C] ONIOMレイヤー、最適化やトラジェクトリーの結果に関する情報が行列要素ファイルに追加されます。また、Outputキーワードに、AOの2電子積分、重なり積分の微分、コアハミルトニアンや他の行列またはAOの2電子積分の微分を含めるための新しいオプションが追加されました。
[REV B ] 原子ポピュレーション、1電子および特性演算子行列、非断熱ベクトルを含む多くの物理量が、行列要素ファイルに追加されます。新しい項目は、下記ラベルの付いたセクションです。
QUADRUPOLE INTEGRALS, OCTOPOLE INTEGRALS, HEXADECAPOLE INTEGRALS, [MULLIKEN,ESP,AIM,NPA,MBS] CHARGES, DIP VEL INTEGRALS, R X DEL INTEGRALS, OVERLAP DERIVATIVES, CORE HAMILTONIAN DERIVATIVES, F(X), DENSITY DERIVATIVES, FOCK DERIVATIVES, ALPHA UX, BETA UX, ALPHA MO DERIVATIVES, BETA MO DERIVATIVES, [Alpha,Beta] [SCF,MP2,MP3,MP4,CI Rho(1),CI,CC] DENSITY and TRANS MO COEFFICIENTS and the scalars 63-64

[REV C ]スクリプト利用を容易にするための機能強化：

External キーワードのAllAtoms およびActiveAtoms オプションは、ONIOM計算で外部プログラム/スクリプトを利用する際、全原子もしくはモデル系（Highレイヤー）に含まれる原子に情報を入手するために利用します。
$g16root/g16/bsd/inp2mat ファイルは、全計算を実行せずとも、Gaussian入力ファイルを取込み、入力ファイルに定義された情報（座標、基底関数など）を含む行列要素ファイルを生成するためのスクリプトです。このスクリプトは、これらの情報を行列要素ファイルオブジェクトにインポートするために、GauOpenのPythonインタフェースで利用します。また、Gaussian入力ファイル解析を回避するために、他スクリプトでの利用も可能です。
testrt ユーティリティにより、G16で利用される整数サイズの出力が可能となりました。つまり、行列要素ファイルで利用されるデフォルトの整数サイズをスクリプトでチェックすることが可能となりました。

入力ファイルの Link0 (%) 行および/または Default.Route ファイルの指定パラメータを、コマンドラインの引数もしくは環境変数を通して設定することが可能になりました。[REV B]では、入力ファイルおよび/または checkpointファイルもしくは行列要素ファイルによるデータファイルへの指定コマンドラインオプションが追加されました（入力ファイルの%OldChk もしくは %OldMatrix Link0コマンドと同等）。詳しくは Link0 Equivalences をご覧ください。
1回目に加え、N回に１回、力の定数を計算するオプションが追加されました。Opt=RecalcFC=N もご覧ください。
[REV B]基底関数構成前のLink301において、DFTBパラメータが読み込まれるようになりました。つまり、要素にd関数が含まれるか否かを、パラメータファイルから判別することが可能となりました。

バグ修正

Rev. C01 バグ修正

複数の入射光振動数を設定したラマンもしくはROA計算実行時の Freq=Anharmonic の問題を修正しました。
高次角運動量とpure DFT汎関数の並列計算時、および、クラスター並列計算における稀な事例における、メモリ確保問題を修正しました。
DFTBパラメータファイル中のドキュメントを、正しくスキップするように修正しました。
異常終了したジョブで生成されたチェックポイントファイルにおける chkchk 実行の問題を修正しました。
巨大分子に対する PM7R6 法におけるHybridization項のパフォーマンス問題を修正しました。
GVBコードの占有軌道の数の制限を1000まで引き上げました。また、巨大分子に対するFMMおよびGVB計算のいくつかの問題を修正しました。
Grimme分散（D2もしくはD3）とゴースト原子の問題を修正しました。
Punch=MO と chkchk –p による軌道エネルギーの出力問題を修正しました。
-fck= （Windowsシステムでは/ fck= ）コマンドライン引数に対するデフォルト拡張子の取扱いを修正しました。デフォルトは .fck ですが、異なる拡張子指定（ .fchk など）でも動作可能です。
General Basis入力に名前付き基底関数を指定する際、以前は認識されていなかったいくつかのエラーが、認識されるようになりました。
Windowsシステムにおける chkchk / copychk / formchk へのONIOMサブ計算選択オプションを指定する際、「 – 」ではなく「 / 」を用いることによる問題を修正しました。
ONIOMモデル系計算時のファイル、もしくは、モデル系計算中に止まってしまったONIOM計算から生成されたチェックポイントファイルへの formchk 実行時における問題を修正しました。
Formatted Checkpointファイル内の不完全もしくは誤ったMMパラメータ値による問題を修正しました。
Density Fittingを利用している際の Field=Read 設定において、Field値を2回読もうとすることを回避しました。
ルートにおいて単なる CBSB7 を解析する際、Basis Setの名称としてではなくCBS外挿法として取り扱ってしまうエラーを修正しました。
SCF=Conventional を用いた CIS 計算のためのルート生成において、いくつかの誤ったデフォルト設定を修正しました。
ゴースト原子が存在する場合における Guess=Read の問題を修正しました。
Hと高次関数を含む場合においても、 Punch=GAMESS が利用可能となりました。
原子定義入力セクションに並進ベクトルを指定するために、 Tv ではなく -2 を利用することが、再び可能となりました。
かなり長い直鎖を有する分子のInternal Coordinate生成におけるいくつかの問題を修正しました。
2電子積分にかなり小さい閾値を指定した場合における1電子導関数実行の問題を修正しました。
デフォルトではないpost-SCF法（例： MP2=FreezeG2 ）によるOpt+Freqジョブの振動計算ステップにおいて失敗する問題を修正しました。
ジョブのデフォルトがincoreとなりメモリ不足を引き起こす原因となりうる、incoreオプションの必要メモリ量の過少見積もりを修正しました。

Rev. B01 バグ修正

SCF=QCを用いたジョブステップ途中におけるRWFファイルからのリスタート計算問題が修正されました。
SCF=XQCもしくはSCF=YQCにおける通常SCF計算実行中、新しい最低エネルギー波動関数が見つかった場合にのみ、軌道と電荷が保存されます。もし、L502にて収束に失敗し、L508（QCもしくは最急降下SCF）に計算が移動すると、通常のSCF繰り返し計算から最良の波動関数が利用されます。
EOM-CC計算途中におけるRWFファイルからのリスタート計算問題が修正されました。
空のβスピン空間、もしくは、完全なαスピン空間が存在する場合におけるROMP4およびEOM-CC計算問題が修正されました。
G4およびG4MP2ジョブのサマリーテーブルにおける誤ったラベルが修正されました。
RWFファイルが物理ファイルに分割された場合におけるNBO計算スクラッチファイル命名の問題が修正されました。
非常に小さいメモリ量を利用した巨大分子のCISおよびTD振動計算の失敗原因となるアロケーション問題を修正しました。これらのジョブは、正常終了可能となりましたが、もし、十分なメモリ指定（%Menに大きな値を指定）が可能であれば、より効率的計算が可能となります。
FormCheck キーワードを利用したジョブが失敗してしまうバグが修正されました。このキーワードは非推奨です。より柔軟性のある-fchk コマンドラインオプションが、より適切な選択です。
PCM溶媒効果を含む計算のチェックポイントファイルに対してformchkコマンドを実行した際に出力された不要な警告を削除しました。
Opt=(TS,ReCalcFC=N)のルートが修正されました。
分子力学パラメータが、正常に、Formattedチェックポイントファイルに保存されるようになりました。
NBO6を利用した相互作用消去効果（Pop=NBO6Del）を実行するルートが修正されました。
複合ジョブの後のステップにてGPU計算実行が阻止されてしまうバグが修正されました。
原子プロパティリストに対して、一般的には利用されなくなったQMomおよびMagnetonキーワードの解析問題が修正されました。

変更点(Revision History)

G16 Rev.C.01 と Rev.C.02 の変更点

Revision C.02 は、NVIDIA A100（Ampere）GPU および NVIDIA SDK コンパイラのバージョン 21.3 をサポートするためのアップデートです。ソースコードのビルド手順が、全ての x86_64 プラットフォームで新コンパイラを利用するように変更されました。ビルドしたバイナリは、A100 GPU のサポート以外、Revision C.01 と同じ機能を提供します。

G16 Rev. A.03 からの変更点

ソースコードコンパイル手順において、若干の修正があります。こちらのドキュメントにてご確認ください。

G09からG16への変更点

計算に関するデフォルト

以下の計算に関するデフォルトの値が Gaussian 16 において変更されました。

積分の精度が Gaussian 09 の 10^-10 から 10^-12 へ向上しました。
一般的に用いられるデフォルトの DFTグリッドが、G09 の FineGrid に対して G16 では UltraFine になりました。同様に、CPHF に関するデフォルトのグリッドも CoarseGrid から SG1 へなりました。詳しくは Integral キーワードのディスカッション部分をご覧ください。
SCRF のデフォルトが非対称な形式から対称的な形式の IEFPCM [Lipparini10]（Gaussian 09には存在しません）となりました。
物理定数に、Gaussian 09 では 2006年の値を用いていましたが、より新しい 2010年の値となりました。

最初の 2つの項目はいくつかの新しい計算タイプ（例えば、TD-DFTの振動数や非調和のROA）において精度を確保するために変更されました。そのため、Integral=(UltraFine,Acc2E=12) がデフォルトです。これらの設定は、溶媒中の DFT最適化といった、数値的な積分を含む計算の信頼性を概して改善します。Gaussian 09 のデフォルト、Integral=(FineGrid,Acc2E=10) と比較して、CPU の必要条件が若干増加します。

G09Defaults キーワードはこれら4つすべてのデフォルトを Gaussian 09 のデフォルトに戻します。これは以前の計算との互換性を提供するためのもので、新しい研究に対しては Gaussian 16 の新しいデフォルトの利用を強く推奨します。

使用メモリに関するデフォルト

Gaussian 16 のデフォルトのメモリは %Mem=100MW (800MB) です。より大きな分子に対する計算や多くのプロセッサーを用いたときには、さらに大きな値が適切です。詳しくは、Parallel Jobsタブをご覧ください。

TD-DFT の振動数

TDDFT の振動数計算はデフォルトで二次微分を解析的に計算し、数値的な微分（Gaussian 09 で唯一の選択肢）に比べて非常に高速化されます。