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面向国产超算芯片的量子力学材料模拟高性能计算软件平台

成果类型:: 发明专利

发布时间: 2023-10-02 20:15:57

科技成果产业化落地方案
方案提交机构:“科创中国”工业互联网产业科技服务团| 金仁政 | 2023-11-28 15:43:38
该成果是全球首个“芯片+云+链”的落地架构,解决危化品安全生产场景下的可信体系,打造软硬一体的危化品全流程闭环管理解决方案。以安全风险管理需求为导向,以安全监测-预警-处置为主线,利用物联网、大数据、人工智能、区块链等多种新型技术手段全面提升安全生产安全监测、事故预防和应急管理能力,全面覆盖人、机、料、法、环等多个维度安全管理,保障危化安全生产,提安全管控能力;提高政府应急部门监管水平和执法水平,降低安全事故概率,创新安全生产监管方式。建立覆盖政府、园区、企业的安全生产协同监管、风险管控、监控预警、应急管理体系。
***可用于大体系高精度基于第一性原理的材料模拟,助力产业研发。得益于PWDFT采用了先进的本征值求解算法LOBPGG/PPCG,并结合MPI/OPENMP等并行工具,实现了高速的并行计算,可以在数万个CPU核心上并行,并实现数万原子的大规 模计算。相较而言,VASP仅能计算数百个原子体系。 2.软件计算精度更高,速度更快。团队开发的第一性原理计算软件从量子力学 密度泛函理论出发,采用平面波基组将连续的非线性问题转化为有限维的问题。由此, 在求解关键的Kohn-Sham方程时,连续的函数与算符都被表示为有限维向量与矩阵,加快理论模拟的计算速度。作为对比,使用GPU加速完成同样的任务,PWDFT比VASF的速度快上一个数量级。 3.软件操作简单,适用于从入门级到专业级所有用户群体使用。以KSSOLV为 例,该软件使用解释性语言编写,语法简单,因而既便于第一性原理算法工作的开发,又可用于高等院校中量子力学相关课程的教学。

公司志在打造面向国产超算芯片的第一性原理材料模拟平台,主要致力于产业软 硬件一体化集群销售、软件包销售、科研领域合作,研发合作及科普教育领域,具体 分析如下。

①科研需求方面,目前我国高校及科研院所每年采购第一性原理计算软件4000套以上,根据不同的需求情况,每套建设费用在六万元到数百万元。自然科学基金委 近五年来在理论化学方向资助项目150项左右,总经费1000万元左右,购买第一性原理计算软件占了其中绝大部分。而国外计算软件目前占据了95%以上的市场,而国 外的软件供应随时可能因为多变的国际形势戛然而止,例如理论化学模拟软件Gaussian就已经对包括北京航空航天大学在内的多所大学禁售。来自社会各界对国产 软件的越来越大的支持,定会使得科研市场的需求与日俱增。

②产业需求方面,生物制药、新能源汽车、化工行业等企业每年用于材料测试的研发费用在十亿元以上。根据财务报表,2020年华大基因财务报表中的研发费用为6 亿元,其中材料测试费7000万元;2020年比亚迪财务报表中的研发费用为74亿元, 其中物料消耗及检测费为24亿元;2020年宁德时代研发费用35亿元,其中的材料费 和开发设计费为12.3亿元。得益于计算机算力的提升与理论模拟方法的进步,基于 第一性原理的计算软件将为极大的推动产业研发,为企业节约科研开支。

③科普教育方面,目前基于量子力学的教育科普方兴未艾,团队打造了一款可在 PC端运行的第一性原理量子力学计算软件KSSOLV,该软件面向科技馆的科普教育和高等院校中量子力学的教学。基于此软件开发的软件及课程包,团队已与国内多个高 校及科技馆开展了广泛合作。

为突破关键软件“卡脖子”难题,实现第一性原理计算软件的国产化,罗骁博士团队潜心数十年,开发了适用于科研领域的大体系第一性原理材料模拟的PWDFT,专为超级计算机打造的高性能并行第一性原理材料模拟计算软件DGDFT,为个人家庭用户打造的适用于量子教育的KSSOLV,线性标度的第一性原理计算软件包DGDFT。基于自主研发的四大第一性原理计算软件,罗博士团队致力于打造面向国产超算芯片的第一性原理材料模拟平台,实现产业软硬件一体化集群销售、软件包销售、科研领域合作,研发合作及科普教育领域。

公司志在打造面向国产超算芯片的第一性原理材料模拟平台,主要致力于产业软 硬件一体化集群销售、软件包销售、科研领域合作,研发合作及科普教育领域,阶段 性成果描述如下。

1)  公司是全国首家全国产自主第一性原理计算软件开发与运营商,以PWDFT为 主打产品,为科研用户提供定制化解决方案。业务上,已与两家高校达成购销合同, 收入120万元,利润20万元。也已与英伟达、思腾合力签署合作代理协议,采取先交货再付款的合作方式减缓前期资金压力

2)公司为主流服务器厂商及超算中心提供硬件适配服务,和强渠道商合作已提 升品牌知名度。公司与知名硬件商中科曙光合作,在曙光DCU-HCP芯片上开发出了 PWDFT-DCU软件,已进入成果转化流程,预计收入150万元;正在推进神威太湖之光 SUNWAY架构上的移植,正与英伟达、天河、华为、寒武纪洽谈合作

3)  目前,PWDFT和KSSOLV软件已经部署在美国劳伦斯国家实验室,神威太湖之  光超算中心、合肥先进计算中心、中科大超算中心、天津超算中心等超大型计算平台累计服务用户281人次,国外高校18所,国内高校10所,其中世界QS排名前100 高校10所。通过与超算平台合作,提供科研代算业务,目前累计服务281人次。

4)  面向材料、微电子、新能源、生物医药等行业的研发用户,公司正开发材料 物性大数据平台,提供便捷的数据库服务。公司和北京深势科技、深圳晶泰科技和合 肥机数量子等数据研发公司取得了良好的沟通。

5)  针对教育科普领域,公司开发了可在个人PC上运行的KSSOLV软件,面向初  /高中生,大学生、科技馆等教育机构开展量子力学教育。目前相关课件及软硬件包  正在建设测试中,已在中国科学技术大学《材料物理》、《量子化学》等课程开展试点 与全象教育达成了合作关系。

融资金额1000万元,拟出让股权比例15%。