트러블슈팅과 운영 팁

NOTE 31-08-00 · 트러블슈팅과 운영

1. 일반 사항

A. 목적

1. 이 노트는 LAMMPS 실행 중 발생하는 오류와 의심스러운 결과의 결함 분리 절차를 다룬다.
2. 이 노트는 병렬 실행, 디스크 관리, 운영 습관을 함께 다룬다.

B. 적용 범위

1. 자주 만나는 오류 메시지 일곱 가지를 다룬다(3.A–3.G).
2. 오류 없이 끝났지만 결과가 의심스러운 경우를 다룬다(3.H).
3. 병렬 실행 성능과 디스크 사용량 문제를 다룬다(3.I, 3.J).

C. 결과 요약

1. "Lost atoms" 는 가장 흔한 오류다. 발생 시점에 따라 원인과 조치가 다르다.
2. 결과가 의심스러우면 NVE 보존 → 온도 → 압력·밀도 → RDF → 시각화 순서로 점검한다.
3. timing breakdown에서 Comm 비중이 30% 이상이면 코어를 너무 많이 쓴 것이다.

2. 준비 정보

A. 필요한 개념

1. LAMMPS 기초 NOTE 31-01-00 ~ 31-07-00 의 내용.
2. MPI 병렬 실행과 도메인 분할의 기본 개념.

B. 참조 자료

C. 사용 프로그램

3. 결함 분리 절차

A. 증상: "ERROR: Lost atoms" 또는 "lost atom" 경고

1. 가능한 원인: 원자가 박스 밖으로 나갔거나, 너무 큰 힘을 받아 폭주했다.
2. 점검: 오류가 처음 나는 시점과 경계 조건을 확인한다.
   1. 첫 timestep에 바로 나면 초기 구조에 너무 가까운 원자 쌍이 있을 가능성이 높다.
   2. 수천~수만 스텝 뒤에 나면 timestep 이 너무 크다.
   3. 비주기 경계(f)에서 나면 원자가 박스 밖으로 나가는 경우다.
3. 조치: 점검 결과에 따라 아래 중 하나를 수행한다.
   1. 첫 timestep: minimize 를 먼저 돌린다. 또는 첫 1000 스텝은 fix nve/limit(한 스텝당 최대 변위 제한)을 건다.
   2. 수천~수만 스텝 뒤: timestep 을 절반으로 줄여 다시 돌린다.
   3. 비주기 경계: fix wall/lj93 같은 벽을 명시적으로 둘러 원자가 박스 밖으로 나가지 못하게 한다.

B. 증상: "ERROR: Bond/Angle atoms missing"

1. 가능한 원인: 분자 시스템에서 한 분자의 원자가 박스 경계 양쪽에 걸쳐 있다. MPI 통신 buffer가 그 분자를 한 번에 보지 못하면 이 오류가 난다.
2. 점검: 박스가 가장 큰 분자보다 두 배 이상 큰지 확인한다.
3. 조치: neighbor skin 을 늘린다(neighbor 5.0 bin).
4. 조치: 그래도 안 되면 comm_modify cutoff 15.0 으로 통신 cutoff 를 강제로 늘린다.

C. 증상: "ERROR: Neighbor list overflow"

1. 가능한 원인: 이웃 리스트가 미리 잡아 둔 메모리를 넘었다.
2. 조치: 이웃 리스트 메모리 한도를 늘린다.

neigh_modify    one 5000 page 100000

D. 증상: "ERROR: Could not find pair_coeff for type X-Y"

1. 가능한 원인: 일부 type 조합의 pair_coeff 가 정의되지 않았다.
2. 점검: pair_coeff 로 모든 type 조합을 정의했는지 확인한다.
3. 조치: 누락된 조합을 정의한다. 또는 아래 명령으로 i-j (i ≠ j) 조합을 자동으로 만들게 둔다.

pair_modify     mix arithmetic

E. 증상: "ERROR: Out of range atoms - cannot compute PPPM"

1. 가능한 원인: PPPM이 격자 바깥의 전하를 처리하지 못했다. 보통은 슬랩 시스템에서 정전기 보정을 빠뜨린 경우다.
2. 점검: 슬랩 시스템인지, 정전기 보정이 들어 있는지 확인한다.
3. 조치: 슬랩 보정을 더한다.

kspace_modify   slab 3.0

F. 증상: "WARNING: Inconsistent image flags"

1. 가능한 원인: 분자가 박스 경계를 잘못 넘으면서 image flag(어느 주기 셀에 속하는지)가 어긋났다.
2. 점검: 현재 평형화 단계인지 분석 단계인지 확인한다. 평형화 중에는 무시해도 된다.
3. 조치: 분석 단계에서는 데이터를 한 번 썼다가 다시 읽어 정리하기도 한다.

write_data      check.data
read_data       check.data

G. 증상: "ERROR: Energy was not tallied on neighbor sublist"

1. 가능한 원인: 대개 pair_modify shift yes 나 tail yes 와 호환되지 않는 pair_style 을 쓴 경우다.
2. 조치: pair_style을 바꾸거나 해당 옵션을 뺀다.

H. 증상: 오류 없이 끝났지만 결과가 의심스럽다

1. NVE 보존을 점검한다. 짧게 NVE로 돌렸을 때 총 에너지가 거의 일정해야 한다.
2. 총 에너지 변동이 ±0.01% 이상이면 timestep 이 크다. timestep 을 줄인다.
3. 온도 안정성을 점검한다. NVT의 setpoint 와 실제 평균 온도가 ±1 K 이내인지 본다.
4. 압력 분포를 점검한다. NPT 라면 밀도가 안정된 값에 수렴하는지 본다.
5. RDF 첫 피크 위치를 점검한다. 첫 g(r) 피크가 알려진 결합 길이/접근 거리와 맞는지 본다.
6. OVITO/VMD로 trajectory를 직접 한 번 재생한다.

I. 증상: 코어 수를 늘려도 기대만큼 빨라지지 않는다

1. 가능한 원인: LAMMPS는 MPI 기반이라 코어 수를 늘리면 거의 선형으로 빨라진다. 다만 통신 비용 때문에 늘 그렇지는 않다.
2. 점검: 실행 방식을 확인한다.

# MPI 4 코어
mpirun -np 4 lmp -in in.run

# 8 코어 + OpenMP 2 쓰레드/코어
export OMP_NUM_THREADS=2
mpirun -np 8 lmp -sf omp -pk omp 2 -in in.run

# GPU 가속 (KOKKOS)
mpirun -np 4 lmp -k on g 1 -sf kk -in in.run

3. 점검: 시스템 크기에 맞는 코어 수인지 아래 표와 비교한다.

4. 점검: 원자 수가 코어 수의 100배 아래인지 확인한다. 이 경우 통신 오버헤드가 커진다.
5. 점검: 의심스러우면 thermo 의 cpu 컬럼을 보면서 짧게 비교 실행한다.
6. 점검: 시뮬레이션이 끝나면 LAMMPS가 자동으로 출력하는 timing breakdown을 확인한다.

MPI task timing breakdown:
Section |  min time  |  avg time  |  max time  |%varavg| %total
---------------------------------------------------------------
Pair    |  12.5      |  12.7      |  12.9      |   1.2 |  61.0
Bond    |   0.3      |   0.3      |   0.4      |   0.1 |   1.7
Kspace  |   3.4      |   3.5      |   3.6      |   0.5 |  16.7
Neigh   |   1.1      |   1.1      |   1.2      |   0.2 |   5.3
Comm    |   2.0      |   2.1      |   2.3      |   1.8 |  10.0
...

7. 판정: Pair 나 Kspace 가 대부분을 차지하는 게 정상이다.
8. 조치: Comm 비중이 30% 이상이면 코어를 너무 많이 쓴 것이다. 코어 수를 줄인다.
9. 조치: Neigh 가 지나치게 크면 neigh_modify every 를 늘려 재구성 횟수를 줄인다.

J. 증상: dump 파일로 디스크가 금방 찬다

1. 가능한 원인: 긴 시뮬레이션에서 dump 주기가 짧거나 텍스트 형식을 쓴다.
2. 조치: dump custom 5000 ... 처럼 주기를 늘린다.
3. 조치: 좌표만 필요하면 dump dcd 나 dump netcdf (바이너리)를 쓴다. 텍스트보다 훨씬 작다.
4. 조치: dump_modify ... pad 8 로 파일명을 정렬되게 만든다. 후처리 도구가 알아서 인식한다.
5. 조치: restart 파일도 쌓이면 무거우니 오래된 것은 주기적으로 지운다.

4. 시험 및 검사

A. 운영 습관 점검

1. thermo 컬럼은 넉넉하게 둔다. step temp pe ke etotal press density vol 정도는 늘 켜 둔다.
2. 입력은 변수로 매개변수화한다. 온도, 시드, run 길이를 variable + ${...} 로 빼 둔다.
3. include 로 입력을 잘게 나눈다. 힘장 정의, 시스템 정의, run 절차를 분리한다.
4. restart 는 반드시 켠다. 4시간 넘게 걸리는 시뮬레이션이라면 예외가 없다.
5. 결과는 꼭 한 번 시각화한다. OVITO/VMD에서 trajectory를 한 번 재생한다.

5. 종료

B. 후속 작업

1. 이 입문 가이드는 LAMMPS 매뉴얼의 4-part 구조를 따라 한 번 훑어보는 데 목적이 있다.
2. 같은 주제를 다른 관점, 다른 예제로 다시 본다. 이해가 훨씬 단단해진다.
3. 영문 자료 lammpstutorials.github.io를 이 가이드와 짝지어 읽는다.
4. 같은 LJ 액체를 어떻게 다르게 풀어 가는지, 어떤 진단 명령을 끼워 넣는지 비교한다.
5. 실제 연구 문제에 LAMMPS를 적용한 사례는 Cu 표면 흡착 시리즈에서 다룬다.