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　　在此次論壇上，專家、學(xué)者共同探討了在新一代信息技術(shù)創(chuàng)新變革驅(qū)動下，如何探索發(fā)展計算—數(shù)據(jù)—智能融合驅(qū)動的材料創(chuàng)新研究范式，變革傳統(tǒng)材料研究模式。

　　新一代信息技術(shù)帶來新材料研發(fā)變革

　　隨著新一輪信息技術(shù)的蓬勃發(fā)展，云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能、超級計算等信息技術(shù)不斷賦能各類行業(yè)，帶動了行業(yè)模式的深度變革。

　　新材料的設(shè)計和研發(fā)越來越依賴超級計算機(jī)，材料的模擬計算已經(jīng)成為超級計算主要應(yīng)用領(lǐng)域之一。“信息技術(shù)與新材料深度融合，共同推動制造業(yè)向高端化發(fā)展。”國家超算天津中心黨組書記孟祥飛說，由于材料是一個復(fù)雜的高維多尺度耦合系統(tǒng)，現(xiàn)有的基礎(chǔ)理論還不能準(zhǔn)確地描述材料成分—組織/結(jié)構(gòu)—性能—服役行為的構(gòu)效關(guān)系，一些深層次的機(jī)理還不清楚，導(dǎo)致材料研發(fā)長期基于經(jīng)驗(yàn)，依靠“試錯法”推進(jìn)。隨著計算機(jī)的發(fā)展和計算能力的提高，計算材料學(xué)快速興起，推動了材料研發(fā)由“經(jīng)驗(yàn)+試錯”的模式向計算驅(qū)動模式轉(zhuǎn)變。計算驅(qū)動模式是現(xiàn)代材料研發(fā)的重要手段，可以有效提升材料研發(fā)的效率并降低研發(fā)成本。

　　“在最近十多年，隨著材料計算數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的爆炸式增長，以及人工智能技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)和智能驅(qū)動的材料研發(fā)分析和性質(zhì)預(yù)測已成為材料研究的新手段。”孟祥飛介紹。

　　在美國、歐洲等國家和地區(qū)，超級計算機(jī)在材料計算與數(shù)據(jù)庫建設(shè)方面起步早，已經(jīng)取得了一定成效。比如由美國能源部主導(dǎo)建設(shè)的在線開源材料計算與數(shù)據(jù)庫平臺，可有效加速新材料的篩選;美國杜克大學(xué)建立的AFLOW數(shù)據(jù)庫可提供基本的材料搜索、分析等服務(wù)，并集成了材料性質(zhì)預(yù)測的機(jī)器學(xué)習(xí)模塊。

　　國內(nèi)也有不少科研團(tuán)隊(duì)和公司正在開展高通量計算與材料數(shù)據(jù)挖掘等工作，國家超級計算天津中心研發(fā)了中國材料基因工程高通量計算平臺CNMGE，該平臺實(shí)現(xiàn)了催化等多種材料的自動高通量計算以及多元多相復(fù)合材料力學(xué)行為的多尺度計算。

　　超級計算驅(qū)動新材料創(chuàng)新發(fā)展

　　在新一代信息技術(shù)創(chuàng)新變革驅(qū)動下，探索發(fā)展計算—數(shù)據(jù)—智能融合驅(qū)動的材料創(chuàng)新研究新范式，變革傳統(tǒng)材料研究模式尤為重要。

　　特別是要依托我國新一代百億億次超級計算系統(tǒng)，將傳統(tǒng)的計算材料學(xué)與新興的人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)相融合，通過構(gòu)建高通量、多尺度計算與高精度專題數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)研究設(shè)施平臺，開發(fā)基于機(jī)器學(xué)習(xí)的材料快速性能預(yù)測方法及模型，從而提高能源、化工、電子、環(huán)境等領(lǐng)域新材料的“綠色”創(chuàng)造與制造研發(fā)效率。

　　以近年來國際材料領(lǐng)域興起的前沿技術(shù)材料基因工程為例，它包括3種模式：一是高通量實(shí)驗(yàn)技術(shù)，通過高通量實(shí)驗(yàn)加速新材料研發(fā);二是高通量計算，通過理論計算，減少實(shí)驗(yàn)次數(shù)，再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證;三是數(shù)據(jù)與智能驅(qū)動，通過對材料領(lǐng)域大量數(shù)據(jù)(即材料數(shù)據(jù)庫)的挖掘和深度學(xué)習(xí)建立模型，預(yù)測候選材料，大幅降低實(shí)驗(yàn)試錯成本。“在材料基因工程思想的引領(lǐng)下，國內(nèi)外也涌現(xiàn)出一批計算、數(shù)據(jù)與智能相結(jié)合的研究成果。”孟祥飛說。

　　“首創(chuàng)性、獨(dú)創(chuàng)性的科學(xué)研究不僅需要快速驗(yàn)證，更需要頻繁試錯、迭代，找準(zhǔn)新的方向，這就更需要算法和算力的支撐。”物質(zhì)綠色創(chuàng)造與制造海河實(shí)驗(yàn)室常務(wù)副主任、中國科學(xué)院院士、南開大學(xué)副校長陳軍表示。

　　由此可見，超級計算平臺作為“超級算力供給+大規(guī)模數(shù)據(jù)支撐+系統(tǒng)性算法集成”的融合載體，在新材料創(chuàng)新研發(fā)方面正發(fā)揮著日益強(qiáng)勁的驅(qū)動作用，特別是伴隨天河等新一代超級計算機(jī)的研制成功，通過將高性能計算方法、機(jī)器學(xué)習(xí)方法與第一性原理計算方法相融合，將實(shí)現(xiàn)更高精度、更大尺度的分子層面模擬計算以及開展上萬級任務(wù)并發(fā)的高通量材料篩選等工作。因此，計算和智能技術(shù)融合將會為新材料創(chuàng)新研發(fā)帶來新機(jī)遇、新發(fā)展。

　　天河超算系統(tǒng)服務(wù)上千材料研發(fā)團(tuán)隊(duì)

　　目前，國家超算天津中心已經(jīng)在平臺上開發(fā)了多款適合先進(jìn)材料研發(fā)、科研成果驗(yàn)證的App。天河超級計算系統(tǒng)支撐數(shù)百家機(jī)構(gòu)上千個材料研發(fā)團(tuán)隊(duì)，開展了多項(xiàng)超級計算支撐的計算—數(shù)據(jù)—智能驅(qū)動的新材料研究工作，取得了良好的應(yīng)用創(chuàng)新成效。

　　例如，支持北京大學(xué)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)核量子效應(yīng)誘導(dǎo)二維冰，并首次觀測到氫離子在水中的原子級分辨圖像，為通過改進(jìn)電極材料提升產(chǎn)氫效率帶來全新思路。

　　支持深圳大學(xué)在《科學(xué)》上發(fā)表關(guān)于相變存儲材料與器件設(shè)備的論文，該成果將有助于大力推進(jìn)基于先進(jìn)微電子技術(shù)的高性能神經(jīng)元感知芯片的開發(fā)。

　　截至目前，國家超算天津中心已經(jīng)與各大高校、科研機(jī)構(gòu)合作在各類材料領(lǐng)域的國際期刊及主流期刊上發(fā)表論文超過1500余篇。

　　在支持科研成果上“書架”的同時，國家超算天津中心還助力成果轉(zhuǎn)化，讓幾十項(xiàng)科研成果上了“貨架”。

　　2021年底，天津市成立信創(chuàng)海河實(shí)驗(yàn)室，國內(nèi)知名的新能源動力電池和汽車部件生產(chǎn)商天津市捷威動力工業(yè)有限公司也成為海河實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)新聯(lián)合體的一員。“一年來，依靠同為海河實(shí)驗(yàn)室成員的國家超算天津中心的幫助，企業(yè)研發(fā)的新產(chǎn)品續(xù)航能力大幅提升，即將進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段。”天津市捷威動力工業(yè)有限公司研究院副院長馬華說。

　　國家超算天津中心黨組書記孟祥飛表示，現(xiàn)在利用天河系列超級計算機(jī)從事材料研發(fā)的科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)規(guī)模超千家，在硬質(zhì)合金、電池材料、高分子材料等領(lǐng)域已經(jīng)產(chǎn)出了一系列有代表性的成果。

　　目前，用戶通過手機(jī)或電腦登錄中國材料基因工程高通量計算平臺，點(diǎn)擊選擇參數(shù)，就可以將所需材料計算研發(fā)的任務(wù)，提交到天河系列超級計算機(jī)，并隨時可以監(jiān)控其計算任務(wù)的進(jìn)度。通過最先進(jìn)的計算技術(shù)、軟件工程技術(shù)、人工智能技術(shù)，超級算力將成為材料領(lǐng)域創(chuàng)新的強(qiáng)大生產(chǎn)力。