大數(shù)據(jù)超算中心(大數(shù)據(jù)超算服務 望京)

隨著計算機的發(fā)展和計算能力的提高，計算材料科學的迅速崛起，推動材料研發(fā)從“經(jīng)驗試錯”模式向計算驅動模式轉變。計算驅動模型是現(xiàn)代材料研發(fā)的重要手段，可以有效提高材料研發(fā)效率、降低研發(fā)成本。

“公司與海河實驗室合作開發(fā)的高比能鋰離子動力電池項目，應用于續(xù)航里程可達1000公里的電動汽車，研發(fā)時所選用的材料需要經(jīng)過計算優(yōu)化設計、改進電池的電化學模擬結構和熱模擬方面，還需要進行模擬計算，通常需要三四天才能完成計算，而使用超級計算機，一天就可以完成?！碧旖蚪芡娏I(yè)有限公司研究院副院長馬華在“計算-數(shù)據(jù)”智能驅動材料創(chuàng)新研究高端論壇上告訴科技日報記者融合。

本次論壇上，專家學者們共同探討了如何在新一代信息技術的創(chuàng)新變革驅動下，探索和發(fā)展計算-數(shù)據(jù)-智能融合驅動的材料創(chuàng)新研究范式，改造傳統(tǒng)材料研究模式。

新一代信息技術帶來新材料研發(fā)變革

隨著新一輪信息技術的蓬勃發(fā)展，云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能、超級計算等信息技術不斷賦能各行業(yè)，驅動行業(yè)模式的深度變革。

新材料的設計和開發(fā)越來越依賴超級計算機，材料模擬計算已成為超級計算的主要應用領域之一。“信息技術與新材料深度融合，共同推動制造業(yè)高端發(fā)展?！眹页売嬎闾旖蛑行狞h組書記孟祥飛表示，由于材料是一個復雜的高維、多尺度耦合系統(tǒng)，現(xiàn)有的基礎理論尚不準確。需要準確描述材料成分-組織/結構-性能-使用行為之間的構效關系。一些深層次機制尚不清楚，導致材料研發(fā)長期依靠經(jīng)驗、依靠“試錯法”。隨著計算機的發(fā)展和計算能力的提高，計算材料科學的迅速崛起，推動材料研發(fā)從“經(jīng)驗試錯”模式向計算驅動模式轉變。計算驅動模型是現(xiàn)代材料研發(fā)的重要手段，可以有效提高材料研發(fā)效率、降低研發(fā)成本。

“近十幾年來，隨著材料計算數(shù)據(jù)和實驗數(shù)據(jù)的爆發(fā)式增長，以及人工智能技術的發(fā)展，數(shù)據(jù)化、智能化驅動的材料研發(fā)分析和性能預測已成為材料研發(fā)的新手段。材料研究”。孟祥飛介紹。

在美國、歐洲等國家和地區(qū)，超級計算機在材料計算和數(shù)據(jù)庫建設方面起步較早，并取得了一定的成果。例如，美國能源部主導的在線開源材料計算和數(shù)據(jù)庫平臺，可以有效加速新材料的篩選；美國杜克大學建立的AFLOW數(shù)據(jù)庫可以提供基礎材料檢索、分析等服務，并集成材料性能預測。機器學習模塊。

國內(nèi)也有不少科研團隊和公司正在開展高通量計算和材料數(shù)據(jù)挖掘。國家超級計算天津中心開發(fā)了中國材料基因工程高通量計算平臺CNMGE，實現(xiàn)了催化等多種材料的自動分析。多元素多相復合材料力學行為的高通量計算和多尺度計算。

超級計算驅動新材料創(chuàng)新發(fā)展

在新一代信息技術創(chuàng)新變革的驅動下，探索和發(fā)展計算-數(shù)據(jù)-智能融合驅動的材料創(chuàng)新研究新范式，改變傳統(tǒng)材料研究模式顯得尤為重要。

尤其要依托我國新一代百億億次超級計算系統(tǒng)，將傳統(tǒng)計算材料科學與新興人工智能、大數(shù)據(jù)技術相融合，建設高通量、多尺度計算和高精度專題數(shù)據(jù)庫的基礎研究設施。平臺開發(fā)基于機器學習的材料性能快速預測方法和模型，從而提高能源、化工、電子、環(huán)境等領域新材料的“綠色”創(chuàng)造和制造研發(fā)效率。

以近年來國際材料領域興起的前沿技術材料基因工程為例。它包括三種模式：一是高通量實驗技術，通過高通量實驗加速新材料的研發(fā)；另一種是高通量計算，利用理論計算，減少實驗次數(shù)，然后進行實驗驗證；三是數(shù)據(jù)和智能驅動，通過挖掘材料領域的大量數(shù)據(jù)（即材料數(shù)據(jù)庫），通過深度學習構建模型來預測候選材料，大幅降低實驗試錯成本?！霸诓牧匣蚬こ趟枷氲囊I下，國內(nèi)外涌現(xiàn)出一批計算、數(shù)據(jù)、智能相結合的研究成果?！泵舷轱w說道。

“原創(chuàng)、原創(chuàng)的科學研究不僅需要快速驗證，還需要頻繁試錯、迭代、尋找新的方向，這需要算法和計算能力的支持。”海河材料綠色創(chuàng)造與制造實驗室常務副主任、中國科學院院士、南開大學副校長陳軍表示。

可見，超算平臺作為“超級算力提供大規(guī)模數(shù)據(jù)支撐系統(tǒng)算法集成”的融合載體，在新材料創(chuàng)新研發(fā)中正發(fā)揮著日益強勁的驅動作用，特別是隨著天河等新一代超級計算機系統(tǒng)的研制成功，將通過集成高性能計算方法、機器學習技術，實現(xiàn)更高精度、更大規(guī)模的分子級模擬計算和高通量材料，執(zhí)行數(shù)萬個并發(fā)任務。學習方法、第一性原理計算方法。篩選等工作。因此，計算與智能技術的融合將為新材料的創(chuàng)新研發(fā)帶來新機遇、新發(fā)展。（記者陳曦）