天河算道论坛:CNMGE高通量材料计算技术创新与应用论坛-专家精彩报告回顾（二）

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本期解读四川大学杨明理教授题为“国内材料计算平台的发展与思考”的报告内容。杨教授从国外材料计算平台的发展现状、“十三五”时期我国材料计算平台的建设进展、需求和问题以及挑战、对我国材料计算平台建设的建议四个方面进行了全面介绍。

杨明理，理学博士、博导，四川大学材料基因工程研究中心副主任。中国材料研究学会材料基因组分会委员、副秘书长；国家重点研发计划“材料基因工程关键技术和支撑平台”专项专家委员会委员、项目责任专家；中国材料与试验团体标准委员会材料基因工程领域委员会副主任委员、材料高通量计算技术分委员会主任委员。教育部高能量密度物理重点实验室副主任，四川省生物材料基因工程研究中心主任。

1、国外材料计算平台的发展现状

在美国和欧洲国家的材料基因组及相关计划的推动下，国外已经形成了很多典型的材料计算平台，比如Material Project、Aflow、AiiDA、ASE等。这些平台在研发方面具有固定可扩展的团队，经过多年的积淀，拥有材料高通量计算与数据管理的核心技术；在平台运营方面，具备应用模块化、专门化，用户体验可视化、定制化和一键式操作，实现了专业模式和共享模式；在配套支撑方面，依托政府政策支撑和高性能计算系统，以热门应用领域为导向获得行业支持。这些特点和经验为国内材料计算平台的研制提供了很好的经验。

2、“十三五”时期我国材料计算平台的建设进展

“十三五”时期，我国自主开发了多种材料高通量、并发式、自动流程计算方法和软件，实现了万量级（104级）高通量并发式计算，为高效快速筛选、发现新材料和预测新效应打下了基础，实现了从建模、计算到数据分析的全程自动无人工干预可视化操作。
在应用验证方面，基于高通量计算设计出了新型Y-Sb2Te3信息存储材料，并经过实验验证，利用该材料制备的存储器，性能达到国际先进水平。开发的多元复杂结构高温合金高通量并发式第一原理计算系统，在18天内完成了传统方法需440天的计算筛选任务。在纤维增强环氧树脂基复合材料的多尺度设计方面，实现了从1,000-100,000个算例中高效筛选能力，性能预测误差在20%之内。最后，初步建成了一些专业化应用平台，比如北京航空航天大学大学的ALKEMIE，中科院网络信息中心的Matcloud，天津超算的CNMGE，上海大学的MIP，广州超算的Matgen等等。

3、国内材料计算平台的需求和问题以及挑战

杨教授指出中国材料基因工程和材料计算平台存在以下问题和挑战：新材料领域的基础设施建设重视不够、投入不足；基础软件和应用软件严重依赖国外，自主知识产权不足；目标导向和需求牵引不足，产学研脱节；管理和运行机制尚待建立，责权利需要明晰、专业人才队伍缺乏，现行体制不利于人才成长；如何解决材料计算平台的生存和可持续发展问题？国际新形势对材料计算平台所依赖的软硬件提出了新挑战。

4、对我国材料计算平台建设的建议

杨教授针对国内材料计算平台建设提出了一些建议。

政府层面：构建国家级材料计算平台，引导各级政府支持平台发展。

项目层面：在国家科技重大项目或重点研发计划中持续设立材料计算平台任务，充分发挥“十三五”期间已建设平台的示范作用，进一步强化平台功能和应用，利用我国超算优势，高效有序推动平台建设。

行业领域层面：服务国家新材料战略、支持材料科研和产业，承担起国家和地方重大重点新材料攻关项目，发挥平台的支撑作用。
技术层面：走“计算平台+数据平台”一体化、“硬件+软件+应用”并重的道路，让平台成为我国材料计算软件新生态的载体。
项目承担单位层面：要不断提高技术水平，形成行业特色，要扩大用户群，并谨慎推进商业化运营等。

5、结束语

中国虽然是制造业大国，但是中国制造“卡脖子”难题仍然存在，在相当多的制造行业中所用到的材料还严重依赖进口，有的材料甚至是被国外禁运或实施出口管制。

为了提升新材料的研发效率，缩短研发周期，降低研发成本，解决中国制造“卡脖子”问题，带动材料基因工程领域研发和产业化服务模式创新，国家超级计算天津中心打造了中国材料基因工程高通量计算平台。以平台为抓手，以多行业、多环节企业材料创新需求为导向，整合和聚集国内外材料研发科研团队，形成高效需求对接和耦合，打破传统区域、行业和人才团队等制约，形成产学研用协同的创新环境，高效解决企业需求，提升材料领域的创新驱动效率和能力。