大數(shù)據(jù)超算中心(大數(shù)據(jù)超算服務(wù) 望京)

隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展和計(jì)算能力的提高，計(jì)算材料科學(xué)的迅速崛起，推動(dòng)材料研發(fā)從“經(jīng)驗(yàn)試錯(cuò)”模式向計(jì)算驅(qū)動(dòng)模式轉(zhuǎn)變。計(jì)算驅(qū)動(dòng)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(shí)驗(yàn)室合作開(kāi)發(fā)的高比能鋰離子動(dòng)力電池項(xiàng)目，應(yīng)用于續(xù)航里程可達(dá)1000公里的電動(dòng)汽車(chē)，研發(fā)時(shí)所選用的材料需要經(jīng)過(guò)計(jì)算優(yōu)化設(shè)計(jì)、改進(jìn)電池的電化學(xué)模擬結(jié)構(gòu)和熱模擬方面，還需要進(jìn)行模擬計(jì)算，通常需要三四天才能完成計(jì)算，而使用超級(jí)計(jì)算機(jī)，一天就可以完成?！碧旖蚪芡娏I(yè)有限公司研究院副院長(zhǎng)馬華在“計(jì)算-數(shù)據(jù)”智能驅(qū)動(dòng)材料創(chuàng)新研究高端論壇上告訴科技日?qǐng)?bào)記者融合。

本次論壇上，專家學(xué)者們共同探討了如何在新一代信息技術(shù)的創(chuàng)新變革驅(qū)動(dòng)下，探索和發(fā)展計(jì)算-數(shù)據(jù)-智能融合驅(qū)動(dòng)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(shù)帶來(lái)新材料研發(fā)變革

隨著新一輪信息技術(shù)的蓬勃發(fā)展，云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能、超級(jí)計(jì)算等信息技術(shù)不斷賦能各行業(yè)，驅(qū)動(dòng)行業(yè)模式的深度變革。

新材料的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)越來(lái)越依賴超級(jí)計(jì)算機(jī)，材料模擬計(jì)算已成為超級(jí)計(jì)算的主要應(yīng)用領(lǐng)域之一。“信息技術(shù)與新材料深度融合，共同推動(dòng)制造業(yè)高端發(fā)展?！眹?guó)家超級(jí)計(jì)算天津中心黨組書(shū)記孟祥飛表示，由于材料是一個(gè)復(fù)雜的高維、多尺度耦合系統(tǒng)，現(xiàn)有的基礎(chǔ)理論尚不準(zhǔn)確。需要準(zhǔn)確描述材料成分-組織/結(jié)構(gòu)-性能-使用行為之間的構(gòu)效關(guān)系。一些深層次機(jī)制尚不清楚，導(dǎo)致材料研發(fā)長(zhǎng)期依靠經(jīng)驗(yàn)、依靠“試錯(cuò)法”。隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展和計(jì)算能力的提高，計(jì)算材料科學(xué)的迅速崛起，推動(dòng)材料研發(fā)從“經(jīng)驗(yàn)試錯(cuò)”模式向計(jì)算驅(qū)動(dòng)模式轉(zhuǎn)變。計(jì)算驅(qū)動(dòng)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(lái)，隨著材料計(jì)算數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的爆發(fā)式增長(zhǎng)，以及人工智能技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)化、智能化驅(qū)動(dòng)的材料研發(fā)分析和性能預(yù)測(cè)已成為材料研發(fā)的新手段。材料研究”。孟祥飛介紹。

在美國(guó)、歐洲等國(guó)家和地區(qū)，超級(jí)計(jì)算機(jī)在材料計(jì)算和數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)方面起步較早，并取得了一定的成果。例如，美國(guó)能源部主導(dǎo)的在線開(kāi)源材料計(jì)算和數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)，可以有效加速新材料的篩選；美國(guó)杜克大學(xué)建立的AFLOW數(shù)據(jù)庫(kù)可以提供基礎(chǔ)材料檢索、分析等服務(wù)，并集成材料性能預(yù)測(cè)。機(jī)器學(xué)習(xí)模塊。

國(guó)內(nèi)也有不少科研團(tuán)隊(duì)和公司正在開(kāi)展高通量計(jì)算和材料數(shù)據(jù)挖掘。國(guó)家超級(jí)計(jì)算天津中心開(kāi)發(fā)了中國(guó)材料基因工程高通量計(jì)算平臺(tái)CNMGE，實(shí)現(xiàn)了催化等多種材料的自動(dòng)分析。多元素多相復(fù)合材料力學(xué)行為的高通量計(jì)算和多尺度計(jì)算。

超級(jí)計(jì)算驅(qū)動(dòng)新材料創(chuàng)新發(fā)展

在新一代信息技術(shù)創(chuàng)新變革的驅(qū)動(dòng)下，探索和發(fā)展計(jì)算-數(shù)據(jù)-智能融合驅(qū)動(dòng)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(guó)新一代百億億次超級(jí)計(jì)算系統(tǒng)，將傳統(tǒng)計(jì)算材料科學(xué)與新興人工智能、大數(shù)據(jù)技術(shù)相融合，建設(shè)高通量、多尺度計(jì)算和高精度專題數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)研究設(shè)施。平臺(tái)開(kāi)發(fā)基于機(jī)器學(xué)習(xí)的材料性能快速預(yù)測(cè)方法和模型，從而提高能源、化工、電子、環(huán)境等領(lǐng)域新材料的“綠色”創(chuàng)造和制造研發(fā)效率。

以近年來(lái)國(guó)際材料領(lǐng)域興起的前沿技術(shù)材料基因工程為例。它包括三種模式：一是高通量實(shí)驗(yàn)技術(shù)，通過(guò)高通量實(shí)驗(yàn)加速新材料的研發(fā)；另一種是高通量計(jì)算，利用理論計(jì)算，減少實(shí)驗(yàn)次數(shù)，然后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證；三是數(shù)據(jù)和智能驅(qū)動(dòng)，通過(guò)挖掘材料領(lǐng)域的大量數(shù)據(jù)（即材料數(shù)據(jù)庫(kù)），通過(guò)深度學(xué)習(xí)構(gòu)建模型來(lái)預(yù)測(cè)候選材料，大幅降低實(shí)驗(yàn)試錯(cuò)成本。“在材料基因工程思想的引領(lǐng)下，國(guó)內(nèi)外涌現(xiàn)出一批計(jì)算、數(shù)據(jù)、智能相結(jié)合的研究成果。”孟祥飛說(shuō)道。

“原創(chuàng)、原創(chuàng)的科學(xué)研究不僅需要快速驗(yàn)證，還需要頻繁試錯(cuò)、迭代、尋找新的方向，這需要算法和計(jì)算能力的支持?！焙：硬牧暇G色創(chuàng)造與制造實(shí)驗(yàn)室常務(wù)副主任、中國(guó)科學(xué)院院士、南開(kāi)大學(xué)副校長(zhǎng)陳軍表示。

可見(jiàn)，超算平臺(tái)作為“超級(jí)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(qiáng)勁的驅(qū)動(dòng)作用，特別是隨著天河等新一代超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的研制成功，將通過(guò)集成高性能計(jì)算方法、機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)更高精度、更大規(guī)模的分子級(jí)模擬計(jì)算和高通量材料，執(zhí)行數(shù)萬(wàn)個(gè)并發(fā)任務(wù)。學(xué)習(xí)方法、第一性原理計(jì)算方法。篩選等工作。因此，計(jì)算與智能技術(shù)的融合將為新材料的創(chuàng)新研發(fā)帶來(lái)新機(jī)遇、新發(fā)展。（記者陳曦）