龍訊曠騰 2022.01.18

2022年1月15日至16日，第四屆平面波密度泛函材料模擬研討會在北京舉行。本次會議由北京龍訊曠騰科技有限公司（下稱龍訊曠騰）主辦，林海青院士、魏蘇淮教授、汪林望博士等多位業(yè)界知名專家出席。會議主要介紹了平面波密度泛函理論計算方法新發(fā)展及其在材料模擬領(lǐng)域應(yīng)用，主題涵蓋原子尺度器件模擬與仿真、含時密度泛函理論及其應(yīng)用、機器學(xué)習(xí)在材料模擬中應(yīng)用、基于國產(chǎn)超級計算機大規(guī)模材料計算軟件研發(fā)等領(lǐng)域。會議線上直播觀看人數(shù)過萬，受到科研界和企業(yè)界相關(guān)領(lǐng)域人士的廣泛關(guān)注。

中國科學(xué)院院士、北京計算科學(xué)研究中心林海青為會議作開幕致辭。林海青院士指出，本次會議報告涵蓋材料模擬的各個領(lǐng)域，尤其是涉及國產(chǎn)材料模擬軟件的開發(fā)，希望本次會議能促進(jìn)企業(yè)與科研學(xué)術(shù)界有更多交流和合作、推動國產(chǎn)材料計算軟件的進(jìn)一步發(fā)展。

林海青院士作開幕致辭

龍訊曠騰首席科學(xué)家汪林望則展望了后工業(yè)時代計算材料學(xué)的發(fā)展方向。汪林望博士在2007年當(dāng)選美國物理學(xué)會會士，并于2008年成為戈登貝爾獎首位華人獲獎?wù)?，他指出，在碳達(dá)峰、碳中和、生物醫(yī)藥行業(yè)迅速發(fā)展及摩爾定律即將終結(jié)的大背景下，基于連續(xù)介質(zhì)和牛頓力學(xué)的傳統(tǒng)工業(yè)設(shè)計CAD軟件已經(jīng)無法滿足相關(guān)行業(yè)的研發(fā)需求，需要把更加微觀的量子效應(yīng)考慮其中。汪林望博士由此提出了Q-CAD（Quantum-Computer Aided Design）的概念，將能夠計算量子效應(yīng)的模塊加入到工業(yè)設(shè)計軟件，打造后工業(yè)時代原子尺度材料設(shè)計軟件，革新傳統(tǒng)材料研發(fā)模式，改變工業(yè)設(shè)計制造的面貌。他指出，基于量子力學(xué)的第一性原理計算是發(fā)展Q-CAD軟件必不可少的一部分，然而目前的計算規(guī)模和計算時間尺度極大得限制了第一性原理計算方法在工業(yè)界各個領(lǐng)域的應(yīng)用，所以迫切需要第一性原理計算在計算規(guī)模以及計算時間尺度上取得突破。在報告中汪林望博士給出了一些可行方案，例如機器學(xué)習(xí)力場，線性標(biāo)度三維分塊算法LS3DF等。將第一性原理計算與機器學(xué)習(xí)結(jié)合，發(fā)展平面波精度的機器學(xué)習(xí)力場，從而打通不同尺度計算之間的障礙。LS3DF則基于分而治之的思想，將大體系劃分成許多小片段，每個小片段獨立用DFT算法進(jìn)行計算，然后將計算完成的小片段拼接起來，從而得到大體系的電子結(jié)構(gòu)性質(zhì)。

汪林望博士報告：后工業(yè)時代的材料研究Q-CAD軟件開發(fā)

中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所副研究員賈偉樂博士以智能科學(xué)計算為主題，介紹了HPC+AI在第一性原理分子動力學(xué)中的應(yīng)用。他指出，隨著研究的物理系統(tǒng)尺寸的增加，計算復(fù)雜度呈指數(shù)級增長，單純依靠堆砌算力已力不從心；而機器學(xué)習(xí)方法對于高維問題的抽象能力，可在現(xiàn)有計算資源下，大幅拓展所研究體系的空間和時間尺度。這一思路已為第一性原理分子動力學(xué)模擬帶來質(zhì)變。相比于先前工作，引入機器學(xué)習(xí)的模擬方法將模擬的時間尺度提高了至少1000倍，體系規(guī)模提升至少100倍。賈偉樂博士與合作者因通過機器學(xué)習(xí)將分子動力學(xué)極限從基線提升到了 1 億原子的驚人數(shù)量，同時仍保證了第一性原理的高精度，而榮獲2020年戈登貝爾獎。

賈偉樂博士報告：智能科學(xué)計算—HPC+AI在第一性原理分子動力學(xué)中的應(yīng)用

會上，北京龍訊曠騰科技有限公司田洪鎮(zhèn)工程師介紹了龍訊曠騰在PWmat軟件新功能發(fā)展、機器學(xué)習(xí)軟件包開發(fā)、網(wǎng)頁版圖形化界面開發(fā)以及網(wǎng)頁版三維可視化和建模軟件開發(fā)等方面的工作。田洪鎮(zhèn)工程師亦提到，龍訊曠騰近期與騰訊量子實驗室以及鹽城工學(xué)院石林教授團隊合作，利用汪林望博士研發(fā)的線性標(biāo)度三維分塊算法（LS3DF），實現(xiàn)了對100萬硅原子體系的平面波精度電子結(jié)構(gòu)計算。他介紹道，龍訊曠騰將于2022年3月推出機器學(xué)習(xí)力場軟件包，同時支持線性模型和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，并將PWmat軟件獨特的能量分解算法加入其中。此外，使用更加簡便的PWmat圖形界面也將于2022年6月份上線。

此外，北京計算科學(xué)研究中心教授魏蘇淮教授也深入淺出地介紹了第一性原理計算方法在透明導(dǎo)電材料設(shè)計方面的應(yīng)用。魏蘇淮教授指出，透明導(dǎo)電材料是一類非常特殊的材料，既具有很好透光性，又具有導(dǎo)電性，在光電領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。但是透光性和導(dǎo)電性是無法共融的屬性，如何通過理論設(shè)計來同時提高透光性和導(dǎo)電性是迫切需要解決的問題。魏蘇淮教授以TiO2、SnO2和鈣鈦礦、Ga2O3等材料為例，分別介紹了能帶工程和缺陷控制在n型號半導(dǎo)體摻雜和p型半導(dǎo)體摻雜在透明導(dǎo)電材料設(shè)計中的應(yīng)用。中科院半導(dǎo)體所駱軍委研究員、北京理工大學(xué)姚裕貴教授、中科院物理所翁紅明研究員等人也就各自的研究成果做了精彩報告。

第四屆平面波密度泛函材料模擬研討會全體合影

北京龍訊曠騰科技有限公司是成立于2015年4月的國家高新技術(shù)企業(yè)。公司自主開發(fā)的量子材料計算軟件PWmat（平面波贗勢方法并基于GPU加速）可以進(jìn)行電子結(jié)構(gòu)計算和從頭算分子動力學(xué)模擬，適用于晶體、缺陷體系、半導(dǎo)體體系、金屬體系、納米體系、量子點、團簇和分子體系等。

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