为什么我非常不建议购买和使用D摩3量子化学程序
为什么我非常不建议购买和使用D摩3量子化学程序
First release: 2019-Aug-26 Last update: 2023-Dec-21
提示：此文对D摩3的讨论仅限于D摩3算孤立体系（分子、团簇），D摩3算周期性体系的情况不属于本文的讨论范畴。但即便算周期性体系也是我很不推荐用D摩3的，速度远慢于免费且功能更强大、更灵活的CP2K，而且CP2K的使用并不困难，通过北京科音CP2K第一性原理计算培训班（http://www.keinsci.com/workshop/KFP_content.html）可以很快顺利上手。
在网上讨论交流的时候偶尔会看到有人想买、想用D摩3程序，或者有的人用D摩3还自我感觉良好，每次表态我对D摩3的强烈鄙视都得写一堆文字，颇麻烦。撰写本文的目的，是让读者全面了解到为什么我吐血不推荐用D摩3算分子体系，清醒认清到D摩3到底是个什么水准的东西，以及为什么我强烈不建议购买D摩3。本文有不少内容和《为什么我非常不建议购买和使用阿DF量子化学程序》（http://sobereva.com/489）的内容是相同的，因为这俩程序在很多方面上的严重缺点是共通的。笔者写这样的文章，关键是因为对暴利的东西历来看不惯，其次希望一些糊涂的量化研究者们能早日看清真相，免得白给人大把送钱结果还耽误了前程。
简单一句话，只要你会用Gaussian和ORCA，那么D摩3算孤立体系对你而言完全是垃圾，没有丝毫使用和购买价值，我认为形容成这种程度没有丝毫过分和夸张。如果你是明知如此、又不是没有学习Gaussian和ORCA的能力，还要花大笔科研经费去购买又孱弱又贼贵的D摩3，糟蹋老百姓的纳税钱，我觉得性质就比较恶劣了（除非你是自掏腰包购买）。
下面我就依次说说D摩3为什么弱爆了，每个问题都是不得不说的严重硬伤，而各种小缺点限于篇幅我都不提了。
1 非主流
从《2018年度计算化学公社杯最常用的量子化学程序和DFT泛函投票结果统计》（http://bbs.keinsci.com/thread-10100-1-1.html）的投票就可以清楚看出来，D摩3的用户数目仅有Gaussian的一个零头。据官方统计，如今每年使用D摩3的文章才区区六、七百左右（其中算孤立体系的估计也就两百），而且没有增长趋势。在计算化学公社论坛、各种专业的量子化学QQ群里你也极少看到有D摩3用户的讨论，在网上也很少有介绍D摩3使用经验的帖子。本来D摩3的相关学习资源就很少，如果你还是个初学者，碰上D摩3的问题基本都找不到同行能给你解答。
在我来看，D摩3就像一个外星异类。如果你是一个初学者，从D摩3开始起步，那你就完全脱离大部队了，未来将会孤单无助，前途坎坷，发文章很费劲。
2 价格高昂
W$（具体来说是W$ visualizer）给D摩3提供了图形界面，D摩3是W$里的一个模块，一般买D摩3都是和W$捆绑购买。我没买过这程序，具体卖多少钱我不知道确切数字。买W$的费用取决于要买的模块，根据我所知道的W$模块售价的大致价位（随便买买就几十万），把W$和D摩3一起买了的话，应该不会少于10万。相比之下，目前最知名、最流行、用户数占绝对主导性的Gaussian程序，价钱才只有W$+D摩3的几分之一（具体看买Gaussian的什么版本。即便买最贵Linux 64bit、不限核数、全学院都能用的site license版，价格也绝对达不到W$+D摩3的一半），而Gaussian的价值比D摩3不知道高哪去了。和Gaussian比起来，D摩3简直就像是玩具般的存在。对于所有常用功能，Gaussian的水准都有绝对压倒性的优势。那些买昂贵玩具的量化研究者，我真不知道是什么心态。而D摩3还完全没有奢侈品的范儿，能做的都是些简单低级粗暴的东西。拿D摩3算孤立体系，很可能会被不少量化内行（也可能包括你未来的审稿人）看不起，反正我是在心里对D摩3持嘲讽、鄙视态度。
3 支持的理论方法和任务非常狭隘
D摩3支持的理论方法极其有限。D摩3仅仅支持做DFT计算，虽然对GGA、meta-GGA这个档次支持的泛函不算很少，但杂化泛函仅仅支持B3LYP这一个！就更别提M06-2X等meta-杂化泛函，以及CAM-B3LYP、wB97XD、HSE等范围分离泛函了。要知道，如今算有机体系，根本没人用纯泛函 。虽然B3LYP结果比GGA泛函普遍更好，但对于算有机体系的反应能、势垒这些能量相关问题B3LYP已经完全过时了，现在一般都用结果好得多的M06-2X（08年提出），而免费的ORCA程序还支持更好的2016年提出的wB97M-V。当追求更高档次精度的时候，如今大家则普遍用双杂化泛函，而D摩3对双杂化泛函更是连一个都不支持！不懂这些DFT泛函选择常识的话看《简谈量子化学计算中DFT泛函的选择》（http://sobereva.com/272）。
对于算弱相互作用问题，色散校正使用得非常普遍、广泛，对于PBE、BLYP、B3LYP这种算色散作用几乎或完全失败的泛函更是必不可少的，相关知识看《谈谈“计算时是否需要加DFT-D3色散校正？”》（http://sobereva.com/413）、《DFT-D色散校正的使用》（http://sobereva.com/210）。D摩3虽然也支持色散校正，但仅仅支持如今已经过时的TS和DFT-D2。目前普遍用的都是DFT-D3，2010年就已经提出来了，比DFT-D2精度整体改进不少，而且支持的元素多得多，所有主流量化程序无一例外全都已支持DFT-D3，而到现在D摩3居然都还没支持。ORCA等程序甚至都已经支持到DFT-D4了（见《DFT-D4色散校正的简介与使用》http://sobereva.com/464）。
可见，D摩3的发展已经与时代完全脱节，被主流量化程序甩了十万八千里，基本上就是在等死，靠忽悠来续命。如果你坚持用D摩3，就如同井底之蛙，落后理论化学领域发展十几年。这年头还用那些过时、落后、粗劣的理论方法，就等着被审稿人批吧。也因为D摩3这样的水准，光靠D摩3只能做一些粗放的研究，很难拿得上台面。
4 杂化泛函速度极慢
有人用D摩3是因为觉得它速度快，真是如此么？下面用coumarin153染料分子（C16H14F3NO2，36原子）做一个单点计算的对比测试，在Intel i7-2630QM（四核八线程CPU）上四核并行计算，体系不牵扯对称性。下面，***是某知名商业量子化学软件16版，计算时用了fine积分格点（默认的积分格点精度过高，一般完全没必要那么高），并且用的是conver=6的标准（因为默认收敛标准对于能量计算而言过于严格，完全没必要）。ORCA是4.2版，为了对比公平而用了nofinalgrid关键词，计算时顺便对比了开和不开RI时的速度差异，RI相关知识看《详谈Multiwfn产生ORCA量子化学程序的输入文件的功能》（http://sobereva.com/490）。D摩3用的是W$2018中的版本，计算时用的是默认的Quality: Medium选项。测试数据中cyc是迭代到收敛的圈数。由于D摩3算杂化泛函时是先用纯泛函部分做迭代，等迭代差不多了再改成杂化泛函继续迭代，所以迭代圈数比其它情况明显要高。
首先测试较小基组的情况。由于D摩3用的基组和主流量化程序不同，这里用DNP(4.4版)基组和其它量化程序支持的与之大小相近的def2-SVP进行对比。
D摩3，PBE/DNP：35s 14cyc
D摩3，M06L/DNP：83s 14cyc
D摩3，B3LYP/DNP：11m35s 25 cyc
***, PBE/def2-SVP：4m28s 15cyc
***, PBE/def2-SVP 开密度拟合：4m7s 15cyc
***, M06L/def2-SVP：8m46s 16cyc
***, B3LYP/def2-SVP：4m27s 12cyc
ORCA, PBE/def2-SVP 开RIJ：31s 13cyc
ORCA, M06L/def2-SVP 开RIJ：36s 12cyc
ORCA, B3LYP/def2-SVP 开RIJCOSX：2m40s 12cyc
ORCA, B3LYP/def2-SVP 不用RI：4m15s 12cyc
从上面的数据可见，D摩3算PBE这样的GGA泛函确实很快，远远快于***，但这绝对不足以成为用D摩3的理由，因为免费的ORCA程序利用RIJ后速度比D摩3还快一点，买D摩3干嘛？D摩3算M06L这样的meta-GGA泛函速度比算GGA泛函慢得多得多，速度已远远被ORCA甩下去了。再看杂化泛函B3LYP，D摩3已经慢到毫无使用价值，比***慢两倍多，比开了RIJCOSX技术的ORCA更是慢了4倍！本身D摩3对杂化泛函就仅仅支持B3LYP一个，跑起来还远远远远慢于主流量化程序，所以几乎可以认为D摩3算不了杂化泛函。D摩3的用户真是太可怜了。
还是用coumarin153分子和上面的计算条件，但是对比更大基组的情况。D摩3里的TNP和def2-TZVP档次相仿佛。
D摩3，PBE/TNP：2m10s 14cyc
ORCA, PBE/def2-TZVP 开RIJ：1m39s 11cyc
***, PBE/def2-TZVP 开密度拟合：17m56s 15cyc
可见用更大的基组，在GGA泛函下，D摩3比免费的ORCA照样占不到任何便宜（别拿***的纯泛函耗时说事，经常用纯泛函跑大体系的人没有理由不用ORCA）。
上面的测试充分体现出，D摩3算纯泛函速度比不过ORCA，杂化泛函更是被ORCA彻底吊打，也显著慢于***，因此在速度上D摩3一无是处。上面的测试虽然没有考虑更大体系，但还是能在很大程度上说明问题的。
5 没有解析Hessian，振动分析巨慢
做振动分析需要计算Hessian矩阵。而D摩3的一个巨大软肋是不支持解析Hessian，必须靠有限差分获得半数值Hessian，这就意味着名义上来说算Hessian矩阵的耗时是算单点的"6*原子数"倍，即便是基于GGA泛函，算大点的体系也根本算不动。这里就只用一个小体系苏氨酸（17原子）作为振动分析的耗时测试，计算细节同上（注：ORCA计算时用了tightSCF关键词），数据如下：
D摩3，PBE/DNP：10m35s
***, PBE/def2-SVP：38s
***, B3LYP/def2-SVP：38s
ORCA, PBE/def2-SVP 开RIJ：3m13s
ORCA, PBE/def2-SVP 不用RI：7m26s
ORCA, B3LYP/def2-SVP 开RIJCOSX：5m1s
ORCA, B3LYP/def2-SVP 不用RI：13m32s
***无论结合PBE还是B3LYP，都仅仅需要38秒就能算完的结果，而D摩3结合PBE愣是算了10分半，多花了15倍时间！这还只是对小体系，要是体系再大点，和***的耗时能相差两个数量级。换句话说，D摩3对稍微大点的体系做振动分析根本没戏。对于D摩3结合B3LYP做振动分析连测都不用测，哪怕这么小的体系，也得算N个小时，可想而知要是算六七十个原子体系得算到猴年马月去！从上面也可以看到，ORCA虽然算单点上比***速度有明显优势，但是振动分析不是***的对手，不过还是比D摩3强得多，特别是开RI的时候，好歹ORCA有解析Hessian。
6 功能少、弱、烂
相比于Gaussian和ORCA支持的丰富的功能、支持计算的属性，D摩3实在太弱了，那些细枝末节的且不提，一些很重要的都不支持，比如：
·一般计算激发态都是用杂化泛函，然而D摩3做TDDFT算激发态却不支持杂化泛函。纯泛函做TDDFT的结果基本没有意义，比如激发能通常都明显低估，算电荷转移激发、里德堡激发的话更是离谱，因此D摩3几乎等同于算不了电子激发问题
·杂化泛函下没法算(超)极化率。然而用纯泛函算这个又基本没意义，一般会严重高估
·算不了任何与磁沾边的属性。NMR、磁化率、ECD、VCD一概算不了
·无法做势能面扫描
·算Raman活性不支持解析方式计算，必须做有限差分。本来做振动分析就比Gaussian甩开几条街，再考虑这点，那差距就更是遥不可及了
·搜索过渡态方面方法笨拙、麻烦。用提供反应物和产物近似结构的Complete LST/QST方法需要算的结构的次数显著高于Gaussian的QST2，而最后给出的TS还挺不准确，得再用EF方法进一步优化。直接给出过渡态初猜结构找过渡态的方法只支持EF，用户还得手动指定跟踪的模式，麻烦（事先还得先做振动分析，而且如前所述D摩3做振动分析极慢）
·没法产生IRC。D摩3虽然有一个基于NEB的TS Confirmation功能，但只能验证TS连的是什么极小点而已而无法产生IRC，而且过程颇为耗时，使用之前还得先跑LST/QST任务得到轨迹，难用极了
7 不支持主流的高斯型基组
D摩3用的是极为罕见的数值型基函数，然而要知道，如今几乎所有量子化学程序用的都是GTF（Gaussian型函数）作为基函数。大家平时在文章里看得到的那些基组，比如6-31G*、def2-TZVP、cc-pVTZ等等，无一例外也全都是基于GTF的基组。你如果用了D摩3，那些常见基组你一个也用不了！你想重复已有文章里的数据根本没法严格重复！审稿人若建议你用某个基组来做计算，你届时都根本没法算！D摩3用的基组都是那些作者自己搞的，简直就像一个闭关锁国的国家，与外界完全不兼容。
而且，不同的主流GTF型基组的质量如何内行心里都有数，因为大家平时用的都是GTF型基组，也有大量文章进行对比测试。而你用D摩3的数值型基组，如果审稿人对基组质量、精度、可靠性有所质疑，到时候你都很难答复。还有些特殊问题需要有特定特征的基组，比如众所周知准确计算超极化率需要带大量弥散函数的基组组aug-cc-pVTZ甚至d-aug-cc-pVTZ。而虽然D摩3里也有DNP+，相当于2-zeta带弥散，但计算超极化率的精度水准如何，你难以找到相关测试文章，因此心里也没数。
8 没法结合Multiwfn做波函数分析
做应用性量子化学计算研究，光是会算是不够的，只是给出能量、结构、光谱这些数据，往往会显得很肤浅、文章很不充实。只有在分析讨论下功夫，才能让文章充实、挖掘出各种有化学意义的信息，这就需要做波函数分析。Multiwfn应当很多人都听说过，主页是http://sobereva.com/multiwfn，是目前功能最全面的波函数分析程序，被使用非常广泛，对实际化学问题的计算研究有极高的价值，相关信息看《Multiwfn FAQ》http://sobereva.com/452、《Multiwfn入门tips》http://sobereva.com/167、《Multiwfn波函数分析程序的意义、功能与用途》http://sobereva.com/184、幻灯片《Multiwfn与波函数分析简介》http://sobereva.com/239。
然而，D摩3由于用的是数值型基函数，而Multiwfn则不支持这种非主流类型的基函数（而且永远也不会支持），因此D摩3的用户将丧失结合Multiwfn做波函数分析的机会。看着Gaussian、ORCA等主流量化程序的用户在文章里做各种漂亮、上档次的分析，D摩3的用户只有眼馋的份儿。虽然D摩3也不是不支持波函数分析，但它带的那点分析功能比Multiwfn差远了。
9 总结
除上述外，D摩3相对于最主流的Gaussian程序的缺点还一大堆。比如D摩3都不支持PCM溶剂模型，其支持的COSMO相当于PCM的最糙的近似，而Gaussian支持的IEFPCM则是PCM最理想的实现。再比如使用W$+D摩3看HOMO、LUMO以外的轨道的过程也颇为麻烦。D摩3各种各样的缺点太多，限于篇幅就不再多提了。由于笔者平时研究从来不用D摩3，所以可能还有更多的硬伤上面没有提及。
在我来看D摩3真是黑得要命，以这个程序的真实水准，打1折我看还差不多，而对我来说，白给我我也绝对不用，做得实在太差了。D摩3属于典型的高度商业化的程序，完全向钱看，这类程序就是专门推销给那些人傻钱多的外行人。那些人还完全没有入门、没有基本的知识和辨别能力，然而他们往往又急着算出点东西。高度商业化程序就瞄准了这些人，积极给他们推销，把程序包装得光鲜无比，灌输给他们一种“D摩3是最好用的量化程序”的错觉，显然总有些新人会上钩。你去随便问问长期做量化的内行，或者你去主流计算研究的期刊看看（比如JCTC、JCC、PCCP、JPCA），能找到几个用D摩3的？实际上，只要你稍微会点Gaussian、ORCA、Multiwfn，你就会觉得D摩3实在是全方位弱爆了，难以理解为什么卖那么贵还有人买（相比之下，另一个被我痛批的黑心程序阿DF还算有一点干货，而D摩3真的是一无是处）
D摩3程序本身，以及D摩3的死忠粉，在我来看都是异类。如果有D摩3的用户问我计算化学问题，我肯定不爱搭理，除非弃用D摩3，改邪归正、弃暗投明。
有的人可能觉得，反正我经费多的是，不差钱，买就买了，买了不用也无所谓，别人没理由说三道四。但你想想，你的这些科研经费都是老百姓的血汗钱，拿这些钱养肥了那些暴利的程序，良心不会痛么？
附：初学者适合D摩3？
有人以为D摩3的W$的图形界面好，对初学者来说很容易上手，因此初学者应该学D摩3，这是大错特错！！！Gaussian御用的图形界面GaussView好用得很，D摩3的图形界面W$在建模方面远不如GaussView好用，在很多界面上也明显不及GaussView用着方便（比如观看振动模式、光谱的界面）。而且Gaussian的输入文件是所有量化程序里最简单的，没有之一，直接手写Gaussian关键词极其容易。而在W$的图形环境下使用D摩3极不灵活，比如批处理就很麻烦；而如果你通过命令行方式直接用D摩3来试图追求灵活，自写关键词又颇为费劲。顺带一提，北京科音每年都开设初级量子化学培训班，详见《谈谈学量子化学如何正确地入门》（http://sobereva.com/355），参加后可以迅速上手Gaussian计算。可以说在所有量子化学程序里，没有比Gaussian更好学的了，绝对没有比用Gaussian更快的上手捷径了。前文提到的ORCA的基本使用也并不难学难用，怎么安装ORCA在《量子化学程序ORCA的安装方法》（http://sobereva.com/451）里说了，怎么创建基本的输入文件这里说了《详谈Multiwfn产生ORCA量子化学程序的输入文件的功能》（http://sobereva.com/490），怎么观看结果在《OfakeG：使GaussView能够可视化ORCA输出文件的工具》（http://sobereva.com/498）里说了，还给了演示视频。
此外，给D摩3提供图形界面的W$在显示效果和设定灵活度方面被免费好用的VMD全面吊打，比如可以看看这些VMD显示的效果：《在VMD里将cube文件瞬间绘制成效果极佳的等值面图的方法》（http://sobereva.com/483）、《通过独立梯度模型(IGM)考察分子间弱相互作用》（http://sobereva.com/407）、《使用Multiwfn+VMD快速地绘制静电势着色的分子范德华表面图和分子间穿透图》（http://sobereva.com/443）、《使用Multiwfn+VMD快速绘制高质量分子轨道等值面图》（http://sobereva.com/447）、《巨大体系的范德华表面静电势图的快速绘制方法》（http://sobereva.com/481）、《使用Multiwfn+VMD以原子着色方式表现原子电荷、自旋布居、电荷转移、简缩福井函数》（http://sobereva.com/425）。