12个HPC教程汇总！从入门到实战，覆盖分子模拟/材料计算/生物信息分析等多个领域

在科学研究、工程仿真、人工智能和大数据分析等领域，高性能计算 (High Performance Computing, HPC) 正扮演着越来越重要的角色。它通过并行处理、大规模计算资源的整合，极大提升了计算效率，使原本耗时数日的任务能够在数小时内完成。

随着计算机视觉、分子模拟、材料计算与生物信息分析等领域对计算资源的依赖日益增强，GROMACS、LAMMPS、VASP 和 MATLAB 等主流计算工具，已成为科研人员进行复杂模拟与数据分析的重要支撑。

其中，GROMACS 和 LAMMPS 是目前最受欢迎的分子动力学模拟开源工具。 GROMACS 是一个用于分子动力学模拟的高性能软件包，以其高性能计算能力和对生物分子的良好支持，广泛应用于蛋白质动力学、药物筛选等领域；而 LAMMPS 是一种经典的分子动力学仿真代码，专注于材料建模，凭借其灵活的模块化设计和对多种力场的兼容性，深受材料科学与纳米技术研究者的青睐。这类开源工具不仅功能强大，还易于与 HPC 集群集成，便于实现高效的并行计算。

相较而言，VASP 和 MATLAB 更侧重于特定科研场景中的精细建模与深度分析。 VASP 是一款专注于第一性原理计算的软件，广泛应用于固体物理和材料电子结构研究，在晶体结构优化、能带分析等方面表现出色。而 MATLAB 则以其强大的数值计算和可视化能力，在图像处理、机器学习、工程仿真等领域为科研与工程实践提供了极大便利。

目前，HyperAI超神经的「教程」板块已围绕上述主流工具上线了多个教程， 从入门指南到实战案例，无论是小白还是有经验的研究人员/开发者，都能找到实用的优质资源，快来体验 HPC 的强大能力吧～

HPC 开源工具教程

1、GROMACS 入门教程：水中的溶菌酶

在线运行：https://go.hyper.ai/K9VVM

该教程为使用 GROMACS 软件进行分子动力学模拟的入门教程，以 「水中的溶菌酶」为例学习如何准备和运行一个典型的蛋白质在水中的分子动力学模拟。

2、LAMMPS 入门教程：npt 控温估计 FCC Cu 熔点

在线运行：https://go.hyper.ai/8wChR

该教程为 LAMMPS 入门教程：npt 控温估计 FCC Cu 熔点。使用 CPU 版本的 LAMMPS 即可运行，体验分子动力学模拟。

3、单细胞转录组测序单样本教程：质控、聚类、（差异）基因展示

在线运行：https://go.hyper.ai/l1a28

该教程基于 2024 年 Nature Medicine 的研究数据，系统介绍单细胞转录组测序 (scRNA-seq) 的原理与分析流程，涵盖 barcode 与 UMI 机制及其在高精度基因表达分析中的关键作用。

HPC 专业科研工具教程

1、VASP 入门：计算硅的态密度和能带

在线运行：https://go.hyper.ai/ZyPGZ

本教程为使用 VASP 软件进行第一性原理计算的入门教程，以「硅材料」为例，学习如何进行结构优化、态密度和能带计算。

2、VASP 杂化泛函计算硅的态密度和能带

在线运行：https://go.hyper.ai/TCzWp

本教程将学习杂化泛函计算硅能带，杂化泛函可以计算得到材料的具有正确带隙的能带和态密度，但需要更多的计算资源，因此本次教程将使用 GPU 进行演示。

3、VASP：NVT 系综下的分子动力学

在线运行：https://go.hyper.ai/8EPQH

该教程演示了 NVT 系综下的分子动力学模拟，介绍了 VASP 分子动力学的核心命令 tag：NVT。用户可按需修改 tag，进行其他系综的分子动力学模拟。

4、VASP 结合 Phonopy 计算硅的比热容

在线运行：https://go.hyper.ai/RRHNO

该教程将使用自动化脚本来使用 Phonopy 进行演示计算流程，学习比热容计算的基本流程：准备微扰差分超胞结构、计算所有结构的总能、计算力常数矩阵，根据力常数矩阵计算硅的比热容。

5、VASP 结合 Phonopy 计算硅的声子谱

在线运行：https://go.hyper.ai/pgvsE

该教程将使用自动化脚本来进行 Phonopy 进行演示计算流程，学习声子谱计算的基本流程：准备微扰差分超胞结构、计算所有结构的总能、计算力常数矩阵，根据力常数矩阵计算声子谱。

6、使用 VASP 进行机器学习力场训练

在线运行：https://go.hyper.ai/DpG4T

该教程将以硅晶体为例，通过 NpT 系综分子动力学，演示如何训练 vasp 机器学习力场，学习机器学习力场训练的基本流程：准备分子动力学输入文件、根据实际情况更改分子动力学和机器学习参数，并通过计算声子谱进行机器学习力场的简单验证。

7、使用 MATLAB 进行图像去雾处理

在线运行：https://go.hyper.ai/9Z7Iz

该教程采用 Retinex 算法进行图像去雾，并结合 GPU 加速以提高计算效率，有效提升图像质量，使目标更加清晰可见。

8、基于 RFUAV 系统使用 Matlab 处理无人机信号

在线运行：https://go.hyper.ai/SZq2T

该教程使用 MATLAB 实现 RFUAV 的关键流程，完成数据转换、频谱图可视化、SNR 估计及分段裁剪等任务，对无人机的 IQ 信号进行分析处理。

9、考虑动水压力的 koyna 地震非线性动力响应分析

在线运行：https://go.hyper.ai/HBwqI

该教程为 Abaqus 官方教程：混凝土重力坝的抗震分析，说明了混凝土损伤塑性材料模型在评估任意载荷作用下混凝土结构稳定性和损伤的典型应用。