科创中国

随着新材料需求日益紧迫和材料基因工程迅速发展，高通量计算在新材料研发中日益重要。单一用户材料体系不同组分、不同尺度、不同外场下并发计算和多用户多类型材料并发计算成为新材料开发的必然趋势。利用国家新一代超算设施建设功能强大的高通量材料计算平台，既是新材料研发设计的大规模计算应用需求，也是国家新材料研发重大战略需求。

本平台针对材料研发传统试错法的多次顺序迭代方法耗时长和成本高以及材料成分、微观结构、物性和服役行为的相关性解释不清等问题，实现面向天河新一代百亿亿次超级计算机的新材料和信息技术交叉的计算-数据-智能融合驱动创新，主要解决两方面的关键共性技术问题：（1）在信息技术领域，依托超级计算，利用新一代软硬件信息技术，研发构建高通量多尺度计算、高效材料数据库、可视化共享的一体化融合环境，实现计算数据融合驱动材料设计，降低材料研发成本。（2）在新材料研发领域，挖掘结构-性能-物性参数的数学映射关系，基于内禀关联突破物理上多尺度、高通量计算的瓶颈，推动新材料高效研发。本项目完成了新材料研发的高通量计算平台建设，获国家发明专利22项，软著14项，制定标准3个，发表高水平论文12篇。项目成果在在能源、核电、航天、绿色化工等领域得到广泛应用。项目平台注册用户超1200个，为超400项新材料研发领域项目提供平台和技术支撑，依托项目平台产生直接经济效益超过9亿元，累计产生经济效益超20亿元。

本平台充分把握新材料研发产学研协同要求，立足国产新一代超算设施，主要技术亮点在于 （1）突破了材料基因驱动的材料研发高通量计算技术。针对材料基因工程提升研发效率降低研发成本目标，突破超级计算环境下材料计算大规模高并发计算任务调度、任务多流程自动计算、工作流可视化交互等技术，实现支持超百级用户并发在线和超万级任务并发计算。（2）系统性实现新材料研发中计算与数据高效融合。突破底层超级计算与大数据融合环境设计，实现了具备十亿亿次以上计算、十亿亿字节以上数据存储的高通量材料计算平台，中间研发构建了完备势函数库、大规模结构数据库、高精度专题数据库，上层研发了数据交换统一标准接口系统，并高效对接高通量计算系统，系统性实现新材料研发中的计算与数据高效融合。（3）研发了内禀关联的材料跨尺度模型统一耦合技术。建立了完备的材料计算软件体系，开发了第一性原理、分子动力学、计算热力学、微结构演变、宏观有限元等多尺度计算软件集成引擎，解决了多组元材料体系的成分、组织结构、性能和服役行为等耦合关联的全流程多尺度计算挑战，实现在高强度硬质合金等多相复合材料力学服役行为中的应用。

本平台基于材料基因工程思想，研究层次化建模技术、大规模高通量计算任务调度系统、任务多流程自动计算技术、多源异构数据统一处理技术、内禀关联的材料跨尺度模型统一耦合模型、材料计算工具统一集成接口和转换中间件、构建势函数库和材料结构性质专题数据库，实现自动流程建模、高通量、多尺度材料模拟计算及数据结果提取与交互显示。此外，本项目探索形成“需求提出-技术供给-平台支撑-成果产出”的交互、迭代的新材料研发产学研协同的创新机制。立足材料基因工程思想，以产业和创新需求为驱动，实现用户为中心的“业务流+软件+算力”的Web云化环境，形成“需求提出-技术供给-平台支撑-成果产出”的交互、迭代模式，打造产学研用协同平台、协同团队、协同机构，构建产学研用协同新机制。

本平台由国家超级计算天津中心、北京工业大学、中国工程物理研究院计算机应用研究所和天津大学、国防科技大学、湖南源科创新科技有限公司、中国科学院武汉物理与数学研究所、北京航空航天大学、北京市计算中心、苏州大学10家单位共同完成，在项目执行中按照计划组织了由正高、副高、中级等不同层次的研究人团队，给予了充足的人力投入，有力保障了课题的顺利执行。课题负责人朱小谦，主要负责课题总体统筹，包括研究方案的制定、关键技术路线的确定和评测方案的制定等，参与人数达到了60人，其中高级职称27人，中级职称19人，初级职称5人，具有博士学位人员28人，具有硕士学位人员20人，具有学士学位人员15人。

朱小谦，男，国防科技大学气象海洋学院院长，研究员，博士生导师，军队高层次科技创新人才工程学科拔尖人才，银河/天河超级计算机系统副总设计师。曾任国家超级计算天津中心副主任。国家重点研发计划“材料基因工程关键技术与支撑平台”重点专项“产学研用协同的高通量材料计算融合服务平台”项目负责人。现任全国气象专业学位研究生教育指导委员会委员、中国海洋学会常务理事、军委科技委XX领域专家委员会委员、中国军事科学学会会员、中国计算机学会高级会员等。长期从事高性能计算数值模拟和大数据处理技术研究，先后主持或参与完成以银河/天河超级计算机系统和XX天气预报系统为代表的30余项国家、军队重大科研任务和工程型号项目。获国家科技进步特等奖1项、湖南省科技进步特等奖1项、军队科技进步一等奖1项、军队（省部）级科技进步二等奖5项，发表高水平学术论文40余篇。

本平台打造了国产超算上进行材料模拟计算的新模式，成为国家级的新材料研发开放创新平台，项目平台注册用户超1200个，为超400项新材料研发领域项目提供平台和技术支撑。项目平台产生直接经济效益超过9亿元，累计产生经济效益超20亿元。同时围绕平台建设也取得了卓有成效的典型示范应用工作，平台服务了天津全国先进制造研发基地建设，并在天津市工信局指导依托项目平台联合天津新材料企业着力打造“材料基因组研究中心”。项目支撑了天津市物质绿色创造与制造、信创海河实验室建设，依托高通量计算平台获批“先进功能材料多尺度高效计算平台”项目支持，并协同天津捷威动力工业有限公司共建天津市先进能源动力电池工程研究中心。项目成果得到国内十多家主流媒体报道。通过设立津·天河科学计算奖和CNMGE青年开放研究基金，资助青年学者依托平台产生科研创新成果，赋能中国材料基因工程创新突破。项目还实现了高端信息技术资源的集约利用，为企业和研发机构节省研发经费超千万元。

根据成果转化服务需求，我们需要获得一定规模的投资支持，用于项目平台建设及技术研发、人才引进以及市场推广等方面的支出，共计1500万元。具体来说：1.平台建设及技术研发：计划在未来的三年内开展高通量计算、机器学习、工作流等方面的技术研发，提升我们的核心竞争力和市场影响力以及完成材料预测和材料发现的综合性平台的建设，所需的投资额度为1000万元人民币。2.人才引进：为了保证项目的发展和实施，需要引进一支稳定的研发队伍，包括博士后、研究生、研究助理等。预计在未来三年内，需要投入约300万元人民币用于研发团队的建设和管理。3.市场推广：计划通过多种途径进行市场推广，包括进行线上培训讲座、参加行业会议、发布研究报告和论文、与相关企业或研究机构建立合作关系等。