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MatCloud-QE:基于云原生理念的高通量第一性原理计算程序包
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作者 杨小渝 郝德博 +3 位作者 舒城 许立芳 梁亚男 马新杰 《中国材料进展》 CAS CSCD 北大核心 2024年第11期1007-1015,共9页
国内开展第一性原理计算总是局限于某一两个商业软件,不仅需要软件使用许可,而且还需要下载、安装到本地,再通过人工部署到高性能计算集群才能开展使用,极大地限制了科研人员开展第一性原理计算。为了解决这个问题,作者团队基于Quantum ... 国内开展第一性原理计算总是局限于某一两个商业软件,不仅需要软件使用许可,而且还需要下载、安装到本地,再通过人工部署到高性能计算集群才能开展使用,极大地限制了科研人员开展第一性原理计算。为了解决这个问题,作者团队基于Quantum ESPRESSO第一性原理计算内核,进一步开发了高通量第一性原理计算加速算法、参数智能推荐算法、输入结构统一算法、自动后处理引擎、组件化引擎、图形化引擎、更多物性计算功能以及MatCloud+接口等算法程序,形成了具有云原生特点的第一性原理计算程序包:MatCloud-QE;进一步通过接入MatCloud+材料云,使用户仅通过浏览器就可在线开展第一性原理计算和数据自动化采集和管理,极大地方便了用户开展第一性原理计算以及高通量计算筛选,且无需软件使用许可。以面向太阳能电池应用的无机钙钛矿Rb_(1-x)Cs_(x)PbI3的材料特性的第一性原理计算为例,说明通过MatCloud+材料云平台使用MatCloud-QE第一性原理计算程序包可进行能隙、态密度和光学性质的计算,计算结果不仅和文献报道结果相符,且整个计算过程减少人工干预次数可达90%以上,极大地提高了效率。目前,MatCloud-QE第一性原理计算程序包深度集成在MatCloud+材料云平台,用户通过云端才能使用,该模式为用户提供了丰富的计算资源和一站式第一性原理计算服务。 展开更多
关键词 matcloud-QE第一性原理计算程序包 matcloud+材料云 第一性原理计算 高通量材料计算 云原生
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MatCloud+材料云:高通量多尺度全流程的国产材料集成设计工业软件
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作者 杨小渝 马新杰 +3 位作者 许立芳 郝德博 孛志尧 昌志成 《软件导刊》 2022年第10期36-47,共12页
人们对工业软件的理解大多为基于宏观有限元的模拟仿真,然而计算模拟很多时候还需深入到电子、原子和分子层次。为此,研发了微观多尺度材料集成设计工业软件MatCloud+材料云,不仅将建模、计算流、材料数据库、计算集群以及AI算法等一体... 人们对工业软件的理解大多为基于宏观有限元的模拟仿真,然而计算模拟很多时候还需深入到电子、原子和分子层次。为此,研发了微观多尺度材料集成设计工业软件MatCloud+材料云,不仅将建模、计算流、材料数据库、计算集群以及AI算法等一体化置于云端,而且研发了自主可控的第一原理计算和分子动力学程序包,积累材料数据近千万。高校和科研院所用户无需下载安装,通过浏览器即能开展高通量多尺度模拟。企业用户可部署私有云,通过“软件定义”方式,快速将碎片化的实验数据结构化,并与高通量计算数据融合开展材料智能设计。MatCloud+材料云的开发,打破了微观多尺度材料集成设计工业软件被国外垄断的局面。 展开更多
关键词 材料研发工业软件 微观多尺度材料集成设计 高通量材料计算 材料基因编码 matcloud+
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Properties of Single-Layer Boron Sheets: First-Principle Study through MatCloud Platform
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作者 Zong-Guo Wang Xiao-Yu Yang +1 位作者 Shao-Jing Qin Chui-Lin Wang 《Communications in Theoretical Physics》 SCIE CAS CSCD 2017年第7期125-130,共6页
Electronic structures in two kinds of boron structures are investigated by the first-principle density func- tional theory (DFT) calculations. One structure is from theoretical prediction, and the other is from expe... Electronic structures in two kinds of boron structures are investigated by the first-principle density func- tional theory (DFT) calculations. One structure is from theoretical prediction, and the other is from experimental in- vestigation. Binding energy calculations suggest that the boron structure designed from theory is more stable than that made by experiment. Elastic constants calculations show that both structures are mechanically stable. The electronic structure results show that the theoretical designed structure exhibits semi-metal behavior, while the other structure exhibits metMlic character. No magnetic phenomenal is discovered from them. All the calculations are carried out by the first principles calculation through the MatC1oud platform, which is developed by our research group. 展开更多
关键词 first principles Boron monolayer structure electronic properties matcloud
原文传递
支撑材料基因工程的高通量材料集成计算平台 被引量:16
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作者 杨小渝 王娟 +7 位作者 任杰 宋健龙 王宗国 曾雉 张小丽 黄孙超 张平 林海青 《计算物理》 CSCD 北大核心 2017年第6期697-704,共8页
总结材料计算和数据管理面临的挑战,阐述高通量材料集成计算的内涵,介绍我们在国内率先研制出的高通量材料集成计算平台和软件框架Mat Cloud.平台支持与不同高性能计算集群的动态绑定,基于图形化界面的第一性原理计算流程设计、持久化... 总结材料计算和数据管理面临的挑战,阐述高通量材料集成计算的内涵,介绍我们在国内率先研制出的高通量材料集成计算平台和软件框架Mat Cloud.平台支持与不同高性能计算集群的动态绑定,基于图形化界面的第一性原理计算流程设计、持久化、解析和执行;大批量计算作业的生成、提交、运行监控,及容错和纠错的自动流程实现;支持数据的提取、规范化加工、及自动存储等.Mat Cloud形成了一个高通量材料集成计算软件框架,支持个性化插件的快速研发. 展开更多
关键词 材料基因组计划 材料信息学 高通量材料计算 材料基因组工程 MAT CLOUD
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SQS二元合金设计的高通量方法和技术研究 被引量:5
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作者 王娟 杨小渝 +3 位作者 王宗国 王幸阳 张小丽 曾雉 《计算机工程与科学》 CSCD 北大核心 2016年第3期401-410,共10页
自2011年6月美国提出"材料基因组计划"以来,构建集成的高通量材料计算平台和数据库平台以加快新材料的研发已成为重要的基础性工作。高通量材料计算平台MatCloud提供了一个集成的材料自动流程计算框架,旨在为新材料的设计和... 自2011年6月美国提出"材料基因组计划"以来,构建集成的高通量材料计算平台和数据库平台以加快新材料的研发已成为重要的基础性工作。高通量材料计算平台MatCloud提供了一个集成的材料自动流程计算框架,旨在为新材料的设计和计算提供一套通用的方法和技术。二元合金设计涉及到批量结构建模、结构筛选和性质计算问题,为了支持目前在合金设计中应用较广的特殊准随机结构SQS方法,研发了支持基于SQS二元合金设计的高通量自动流程计算相关算法和插件,并在MatCloud平台上进行了实现。该插件支持基于SQS的二元合金结构建模,高通量筛选和性质计算。实现了ZrxTi(1-x)合金弹性模量的自动流程计算,取得了预先设定的效果,提升了计算性能,从而帮助加快二元合金设计。 展开更多
关键词 MatClod 集成材料计算平台 高通量计算方法 自动流程计算 二元合金结构建模
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材料数据挖掘与机器学习工具的集成与优化 被引量:1
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作者 董家源 杨小渝 《数据与计算发展前沿》 2020年第4期105-120,共16页
【目的】针对材料科学工作者开展机器学习工作门槛较高这一现状,本文基于MatCloud研发一个用户友好、自动化的材料数据挖掘与机器学习模块Auto-Mat。【方法】本文对MatMiner和scikit-learn中一些已有的获取数据的方法和机器学习算法进... 【目的】针对材料科学工作者开展机器学习工作门槛较高这一现状,本文基于MatCloud研发一个用户友好、自动化的材料数据挖掘与机器学习模块Auto-Mat。【方法】本文对MatMiner和scikit-learn中一些已有的获取数据的方法和机器学习算法进行了集成,并定义了数据字典以读取不同材料计算数据库的数据。同时,自主研发了一些特征筛选和处理方面的算法。【结果】能够提供一个具有可视化交互和展示界面的材料数据挖掘与机器学习模块,并将数据以统一的格式呈现。同时,自主研发的算法,对模型的性能均有一定提升。【局限】对于数据的获取,目前仅仅能获取到通过MatMiner API中的数据,相关代码的编写也完全和MatMiner API保持同步,因此可扩展性较差。而且,目前一些核心算法的执行速度有待提升。【结论】通过该模块与MatCloud的集成,用户可以“一站式”地读取Materials Project等几个主流数据库中的数据,并快速构建属于自己的材料数据挖掘与机器学习工作流程。并在最后通过2个案例的对比分析,说明了该模块对于降低用户开展材料数据挖掘与机器学习的使用门槛有着积极作用。 展开更多
关键词 材料科学 数据挖掘 可视化交互界面 数据汇总 特征提取 模拟退火算法 matcloud
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基于材料基因组计划的计算和数据方法 被引量:13
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作者 杨小渝 任杰 +3 位作者 王娟 赵旭山 王宗国 宋健龙 《科技导报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第24期62-67,共6页
材料基因组计划的核心理念,是通过计算、数据和实验"三位一体"的方式,变革传统的主要基于经验和实验的"试错法"材料研发模式,把发现、开发、生产和应用新材料的速度提高到目前的两倍。它旨在建立一个新的以计算模... 材料基因组计划的核心理念,是通过计算、数据和实验"三位一体"的方式,变革传统的主要基于经验和实验的"试错法"材料研发模式,把发现、开发、生产和应用新材料的速度提高到目前的两倍。它旨在建立一个新的以计算模拟和理论预测优先、实验验证在后的新材料研发文化,从而取代现有的以经验和实验为主的材料研发的模式。本文论述如何通过计算和数据的方法加快新材料研发,介绍帮助加快新材料发现的高通量集成计算基础平台和软件框架MatCloud。 展开更多
关键词 高通量材料计算 材料基因组计划 材料信息学 matcloud
原文传递
一个高可用的高通量材料计算任务管理系统 被引量:5
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作者 刘一骏 杨小渝 +1 位作者 任杰 王宗国 《科研信息化技术与应用》 2015年第6期74-82,共9页
我们设计与实现了一种高可用的高通量第一性原理材料计算任务管理系统。该系统支持第一性原理计算任务的自动化流程管理,包括计算任务动态管理、状态监控、容错、纠错处理等功能。尤其是实现了计算任务在自动流程中计算出错的情况下的... 我们设计与实现了一种高可用的高通量第一性原理材料计算任务管理系统。该系统支持第一性原理计算任务的自动化流程管理,包括计算任务动态管理、状态监控、容错、纠错处理等功能。尤其是实现了计算任务在自动流程中计算出错的情况下的纠错处理,能够有效的提高任务的成功率与高通量计算平台的可用性。在整个过程中不需要人工干预,实现整个计算自动流程化。该系统在结构推演的测试案例中进行了测试,如当能量不收敛时,能够自动调整相关计算参数,使能量计算能够收敛,取得了预期的效果。 展开更多
关键词 高通量计算 高可用系统 matcloud 任务容错 纠错方法
原文传递
在晶体表面寻找最佳吸附位点的高通量算法 被引量:3
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作者 王军 杨小渝 +2 位作者 王宗国 孙雪姣 武帅 《科研信息化技术与应用》 2016年第5期3-12,共10页
在研究原子在晶体表面的吸附现象时,研究者们往往需要依赖已有的经验与知识寻找出所有可能的吸附位点,再通过运行基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算模拟软件最终找到最佳吸附位点,这是较为浪费时间的。借助于材料基因组计划(MGI)... 在研究原子在晶体表面的吸附现象时,研究者们往往需要依赖已有的经验与知识寻找出所有可能的吸附位点,再通过运行基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算模拟软件最终找到最佳吸附位点,这是较为浪费时间的。借助于材料基因组计划(MGI)中的高通量筛选这一概念,本文提出了一个寻找晶体表面最佳吸附位点的自动化的高通量计算方法。本文主要阐述了该高通量方法中的一个重要的算法,即如何自动寻找所有可能吸附位点的算法,然后将该算法与第一性原理计算模拟软件整合,它们一起构成了寻找最佳吸附位点的高通量方法。该高通量方法的创新之处在于能够在不依赖于研究者经验与知识的前提下,自动地找出所有可能的吸附位点,并利用第一性原理计算模拟引擎,最终找到最佳吸附位点。此外,这个方法被应用于MatCloud平台。MatCloud平台是一个高通量材料计算平台,它使得整个寻找最佳吸附位点的流程自动化。 展开更多
关键词 吸附位置 最佳吸附位点 高通量计算筛选 第一性原理计算 matcloud
原文传递
基于Web的二元化合物结构推演自动流程实现 被引量:3
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作者 陈晓婕 杨小渝 +3 位作者 张平 李孜 王宗国 宋建龙 《科研信息化技术与应用》 2016年第1期67-75,共9页
结构原型是通过任一定义的具有代表性的条件筛选出来的具有相同条件的结构类型。结构推演是一种理论上预测新化合物的方法。首先用特定元素替换大量的结构原型中的元素,得到很多化合物结构;然后,利用第一性原理对这些结构进行结构优化... 结构原型是通过任一定义的具有代表性的条件筛选出来的具有相同条件的结构类型。结构推演是一种理论上预测新化合物的方法。首先用特定元素替换大量的结构原型中的元素,得到很多化合物结构;然后,利用第一性原理对这些结构进行结构优化和能量计算,得到每个结构的能量值、形成焓等物理量;最终以形成焓为依据预测这些结构是否有可能形成稳定化合物。这一系列的处理和计算就是一次结构推演。结构推演是一种典型的高通量筛选,涉及到多通道,多任务,高并发的计算。MatCloud材料计算平台是一个国内自主研发的高通量材料计算平台,其中一个主要功能就是实现了这些多通道,多任务,高并发作业的自动计算流程。为了更为有效及高效地开展结构推演,本论文的工作是在MatCloud材料计算平台已有的工作基础上,开发出一个基于Web的结构推演自动流程计算模块。 展开更多
关键词 结构原型 结构推演 计算平台 高通量材料计算 matcloud
原文传递
一种计算材料数据库系统 被引量:4
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作者 王幸阳 杨小渝 迟学斌 《科研信息化技术与应用》 2015年第1期12-17,共6页
在传统的材料数据库中,内容是实验的积累、计算结果的整理、文献的搜集等,都需要人力的介入。随着材料科学对加快新材料设计的需求日益增加以及计算机计算能力的不断加强,基于人工整理的方式已经不能满足材料数据库的建设需求。本文研... 在传统的材料数据库中,内容是实验的积累、计算结果的整理、文献的搜集等,都需要人力的介入。随着材料科学对加快新材料设计的需求日益增加以及计算机计算能力的不断加强,基于人工整理的方式已经不能满足材料数据库的建设需求。本文研究的材料数据库系统数据全部来自计算,是基于云计算的理念设计,可以为科研人员提供可定制的"云端"计算环境,计算生成的结果直接存入到数据库中,不需要人工干预。同时数据库支持基于化学元素和化学表达式的灵活查询,用非常简洁的方式满足用户精确查询和宽泛查询的需求。另外借助数据库计算、存储、查询一体化的优势,本文也在材料数据共享方面进行了一定程度的探索。 展开更多
关键词 材料数据库 一体化系统 matcloud 数据共享 材料基因组计划
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基于高通量计算平台的过渡态搜索算法及自动流程实现 被引量:1
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作者 武帅 杨小渝 +3 位作者 王宗国 赵旭山 王军 孙雪姣 《科研信息化技术与应用》 2016年第4期46-55,共10页
本文针对寻找反应过程中过渡态结构的问题,基于高通量计算平台设计并实现了一种过渡态搜索算法及其自动计算流程。实现了包括中间结构自动产生功能在内的过渡态搜索的自动流程计算,具体包括计算的准备文件产生、结构筛选、结果后处理等... 本文针对寻找反应过程中过渡态结构的问题,基于高通量计算平台设计并实现了一种过渡态搜索算法及其自动计算流程。实现了包括中间结构自动产生功能在内的过渡态搜索的自动流程计算,具体包括计算的准备文件产生、结构筛选、结果后处理等各个流程。同时,在整个自动计算过程中还引入自动纠错机制,可以实现自动根据错误类型实现对错误的恢复与处理功能,以提高过渡态搜索计算的可靠性。最后,本文进行了H原子在Mg晶体表面扩散的研究,将计算结果与文献数据进行了对照,以验证计算结果的合理性。 展开更多
关键词 过渡态搜索 自动计算流程 第一性原理计算 matcloud
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基于高通量计算平台的晶体表面切割设计与实现
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作者 孙雪姣 杨小渝 +2 位作者 王宗国 王军 武帅 《科研信息化技术与应用》 2016年第4期18-28,共11页
在进行晶体表面性质的理论研究时,周期性薄膜(slab)结构模型用在基于密度泛函理论的第一性原理计算中,用来模拟表面体系结构。本文详细描述了如何从一个晶体结构切割出指定晶面的周期性薄膜结构模型的算法,特别的,该算法能够为所切表面... 在进行晶体表面性质的理论研究时,周期性薄膜(slab)结构模型用在基于密度泛函理论的第一性原理计算中,用来模拟表面体系结构。本文详细描述了如何从一个晶体结构切割出指定晶面的周期性薄膜结构模型的算法,特别的,该算法能够为所切表面指定裸露原子。MatCloud材料计算平台是一个国内自主研发的高通量材料计算平台,基于MatCloud平台,我们开发了晶体表面切割模块,实现了对晶体的低密勒指数表面建模。并将该模块与高通量表面吸附模块进行集成,为自动寻找所有可能的表面活性位点,以及不同吸附位点的晶体结构的高通量筛选和性质计算提供了初始模型。 展开更多
关键词 matcloud 高通量材料计算平台 slab模型 表面切割算法 表面吸附
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Integrated materials design and informatics platform within the materials genome framework 被引量:3
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作者 Zhuo Wang Xiaoyu Yang +3 位作者 Yufei Zheng Qilong Yong Hang Su Caifu Yang 《Chinese Science Bulletin》 SCIE EI CAS 2014年第15期1755-1764,共10页
The fundamental idea of materials genome initiative is the integration of computing platform,experimental platform,and data platform to speed up the material innovation hence reduce time and cost.This paper describes ... The fundamental idea of materials genome initiative is the integration of computing platform,experimental platform,and data platform to speed up the material innovation hence reduce time and cost.This paper describes the basic concept of building an integrated computational platform and data platform for material innovation from the perspective of high-throughput simulation and materials knowledge management.The material data platform that can integrate material database,heterogeneous material data,various scripts,and open-source material simulation code together is particularly discussed.Taking metallic materials as an example,a brief introduction to metallic materials data management is given,and how to manage the semi-structure and unstructured iron and steel material data is also presented. 展开更多
关键词 合材料 基因组 信息平台 材料数据库 设计 框架 数据平台 计算平台
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