快訊：第四屆平面波密度泛函材料模擬研討會(huì)成功舉辦

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(huì)在北京舉行。本次會(huì)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(huì)議主要介紹了平面波密度泛函理論計(jì)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(shí)密度泛函理論及其應(yīng)用、機(jī)器學(xué)習(xí)在材料模擬中應(yīng)用、基于國(guó)產(chǎn)超級(jí)計(jì)算機(jī)大規(guī)模材料計(jì)算軟件研發(fā)等領(lǐng)域。會(huì)議線上直播觀看人數(shù)過萬(wàn)，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(guó)科學(xué)院院士、北京計(jì)算科學(xué)研究中心林海青為會(huì)議作開幕致辭。林海青院士指出，本次會(huì)議報(bào)告涵蓋材料模擬的各個(gè)領(lǐng)域，尤其是涉及國(guó)產(chǎn)材料模擬軟件的開發(fā)，希望本次會(huì)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(dòng)國(guó)產(chǎn)材料計(jì)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(shí)代計(jì)算材料學(xué)的發(fā)展方向。汪林望博士在2007年當(dāng)選美國(guó)物理學(xué)會(huì)會(huì)士，并于2008年成為戈登貝爾獎(jiǎng)首位華人獲獎(jiǎng)?wù)撸赋?，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(jì)CAD軟件已經(jīng)無(wú)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(jì)算量子效應(yīng)的模塊加入到工業(yè)設(shè)計(jì)軟件，打造后工業(yè)時(shí)代原子尺度材料設(shè)計(jì)軟件，革新傳統(tǒng)材料研發(fā)模式，改變工業(yè)設(shè)計(jì)制造的面貌。他指出，基于量子力學(xué)的第一性原理計(jì)算是發(fā)展Q-CAD軟件必不可少的一部分，然而目前的計(jì)算規(guī)模和計(jì)算時(shí)間尺度極大得限制了第一性原理計(jì)算方法在工業(yè)界各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，所以迫切需要第一性原理計(jì)算在計(jì)算規(guī)模以及計(jì)算時(shí)間尺度上取得突破。在報(bào)告中汪林望博士給出了一些可行方案，例如機(jī)器學(xué)習(xí)力場(chǎng)，線性標(biāo)度三維分塊算法LS3DF等。將第一性原理計(jì)算與機(jī)器學(xué)習(xí)結(jié)合，發(fā)展平面波精度的機(jī)器學(xué)習(xí)力場(chǎng)，從而打通不同尺度計(jì)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(gè)小片段獨(dú)立用DFT算法進(jìn)行計(jì)算，然后將計(jì)算完成的小片段拼接起來(lái)，從而得到大體系的電子結(jié)構(gòu)性質(zhì)。

汪林望博士報(bào)告：后工業(yè)時(shí)代的材料研究Q-CAD軟件開發(fā)

中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所副研究員賈偉樂博士以智能科學(xué)計(jì)算為主題，介紹了HPC+AI在第一性原理分子動(dòng)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(jì)算復(fù)雜度呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，單純依靠堆砌算力已力不從心；而機(jī)器學(xué)習(xí)方法對(duì)于高維問題的抽象能力，可在現(xiàn)有計(jì)算資源下，大幅拓展所研究體系的空間和時(shí)間尺度。這一思路已為第一性原理分子動(dòng)力學(xué)模擬帶來(lái)質(zhì)變。相比于先前工作，引入機(jī)器學(xué)習(xí)的模擬方法將模擬的時(shí)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(jī)器學(xué)習(xí)將分子動(dòng)力學(xué)極限從基線提升到了 1 億原子的驚人數(shù)量，同時(shí)仍保證了第一性原理的高精度，而榮獲2020年戈登貝爾獎(jiǎng)。

賈偉樂博士報(bào)告：智能科學(xué)計(jì)算—HPC+AI在第一性原理分子動(dòng)力學(xué)中的應(yīng)用

會(huì)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(jī)器學(xué)習(xí)軟件包開發(fā)、網(wǎng)頁(yè)版圖形化界面開發(fā)以及網(wǎng)頁(yè)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(shí)驗(yàn)室以及鹽城工學(xué)院石林教授團(tuán)隊(duì)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(shí)現(xiàn)了對(duì)100萬(wàn)硅原子體系的平面波精度電子結(jié)構(gòu)計(jì)算。他介紹道，龍訊曠騰將于2022年3月推出機(jī)器學(xué)習(xí)力場(chǎng)軟件包，同時(shí)支持線性模型和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，并將PWmat軟件獨(dú)特的能量分解算法加入其中。此外，使用更加簡(jiǎn)便的PWmat圖形界面也將于2022年6月份上線。

此外，北京計(jì)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(jì)算方法在透明導(dǎo)電材料設(shè)計(jì)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(wú)法共融的屬性，如何通過理論設(shè)計(jì)來(lái)同時(shí)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(hào)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(jì)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(bào)告。

第四屆平面波密度泛函材料模擬研討會(huì)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(guó)家高新技術(shù)企業(yè)。公司自主開發(fā)的量子材料計(jì)算軟件PWmat（平面波贗勢(shì)方法并基于GPU加速）可以進(jìn)行電子結(jié)構(gòu)計(jì)算和從頭算分子動(dòng)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(diǎn)、團(tuán)簇和分子體系等。

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