购买与服务热线:400-810-0466

服务邮箱:Support@sugon.com


历史上,每次新材料的发现都标志着社会文明进化。如今,环境污染和化石能源匮乏的问题日益显著,为了人类的可持续发展,寻求开发新能源和可再生资源迫在眉睫。

1643333641214809.jpeg

第一性原理的计算软件加速新能源的探索

太阳能和风能等新型能源虽然便利清洁,但受时空分布不均匀的特点限制,不能广泛使用;这使得开发具有高能量密度和大功率密度的新型金属离子电池尤为重要。

随着计算机科学技术的迅猛发展,计算模拟在二次电池研究中扮演着越来越重要的角色,其中基于密度泛函理论的第一性原理计算模拟在分析和解释锂、钠、铝离子电池材料电池热力学和动力学问题以及预测新型电极材料方面作用日益突出。

第一性原理方法是指不依赖于实验输入,直接从量子力学的基本原理出发,直接计算材料物理性质的方法。第一性原理方法的发展促进了材料科学研究模式由试错法向智能设计的转变,大大降低了新材料发展的周期和成本。

1643333684642133.jpeg

完全自主知识产权的第一性原理计算软件ABACUS

作为材料计算最重要的工具,现在国际上已经有很多第一性原理的计算软件,包括大家非常熟悉的软件如VASP, QE, CP2K等等。但遗憾的是目前还缺乏具有国际影响力的国产第一性原理计算软件。何力新、陈默涵等主导,由中科大中国科学院量子信息重点实验室与中科大网络信息中心及中国科学院计算机网络信息中心联合的研究2007年开始着手,经过十几年的不断发展和完善,开发了一款具有完全自主知识产权的第一性原理计算软件ABACUS,目前ABACUS已经成为具有功能完善、计算效率高等特点。

ABACUS拥有完全自主知识产权的一款DFT软件,主要针对凝聚态材料模拟计算,通过求解Kohn-Sham方程得到材料基态电荷密度分布,并由此计算目标材料的各项物理性质。

1643333726796024.jpeg

ABACUS程序架构图

ABACUS软件与当前流行的其他DFT软件相比,有一显著的特征是同时支持平面波(Plane-wave,简称PW)和数值原子轨道(Numerical Atomic Orbitals)两种基矢量。其中,该程序创新性地通过利用溢出函数(Spillage Function)来构造数值原子轨道,有效地提高了计算的精度和可移植性,并在复杂大体系的模拟中表现出高精度和高效率,可以研究包含数千原子的系统的物理性质。

1643333768939771.jpeg

ABACUS与VASP对比,计算效率高达VASP的10倍以上

“智算+”API生态接口为Deep Modeling社区提供海量算力

DFT软件理论上可以通过数值模拟来直接预测新材料,但是目前还面临一些困难。例如对交换关联泛函近似的方法有许多种,不同的近似对于不同的材料计算精度各有千秋,若要达到更高精度,往往意味着更大的计算量。

ABACUS采取了依据LGPL协议的开源合作的开发方式,加入了Deep Modeling社区。深势科技服务中台和Lebesgue平台已经通过“智算+”API生态接口与海量计算资源成功对接,深势科技服务中台能将作业提交到曙光计算服务平台AC.sugon.com,Lebesgue平台可以实现监控、调度作业和文件上传下载等功能,成功构建了Deep Modeling社区“新理论+新算法+海量算力”的国内第一性原理理论发展平台。

基于机器学习的深度势能方法,可以模拟很多大尺寸、高精度的系统,比如水的相图(可模拟14中冰相)、高熵合金、表面化学反应、结构动力学、燃烧、温稠密物质等,利用DFT训练数据,原子间的相互作用数可以实现很大的原子尺度模拟,同时加大模拟的时间尺度。

国内第一性原理理论的发展和应用展望

在计算技术与机器学习方法飞速发展的今天,理论计算有望真正突破科学边界,解决接近现实世界的复杂问题。第一性原理理论完备,兼具准确性与灵活性,正释放出巨大的潜力。

未来,ABACUS软件平台将会结合Deep Modeling社区中的各种开源工具,基于曙光计算服务海量算力的支撑,将第一性原理方法打造成为能解决实际问题的软件工程,拓展电子、能源、化工、生物医药等工业领域的应用,发挥更大的科学和社会价值。


上一篇:曙光亮相“人民质量高峰论坛”:产业协同赋能“碳中和”

下一篇:温暖回家路 平安顺泰年

联系我们