MatCloud-QE:基于云原生理念的高通量第一性原理计算程序包  

MatCloud-QE:A Cloud-Native High-Throughput First-Principles Simulation Software Package

作　　者：杨小渝[1,2,3] 郝德博 舒城 许立芳 梁亚男 马新杰 YANG Xiaoyu;HAO Debo;SHU Cheng;XU Lifang;LIANG Yanan;MA Xinjie(Computer Network Information Centre,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100190,China;University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China;Beijing Maigao MatCloud Co.,Ltd.,Beijing 100190,China)

机构地区：[1]中国科学院计算机网络信息中心,北京100190 [2]中国科学院大学,北京100049 [3]北京迈高材云科技有限公司,北京100190

出　　处：《中国材料进展》2024年第11期1007-1015,共9页Materials China

基　　金：云南省材料基因工程专项资助项目(2019CLJY06,202002AB080001-6);国家自然科学基金资助项目(52142306);信息功能材料国家重点实验室开放课题项目(SKL2021)。

摘　　要：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。In China,carrying out first-principles simulation is always limited to 1~2 commercial softwares,these softwares not only require software licenses,but also need to be downloaded and manually deployed to high-performance computing clusters,which greatly restricts the application of first-principles simulations.Based on fundamental Quantum ESPRESSO first-principles simulation package,we developed AI-driven high-throughput first-principles simulation acceleration algorithm,parameter intelligent recommendation algorithm,input structure unifying algorithm,automatic postprocessing engine,component engine,graphical engine,more simulation functions,and application programming interface(API)to MatCloud+cloud platform,forming a Cloud-native first-principles simulation software package,namely MatCloud-QE.Through the MatCloud+cloud platform,users can carry out QE first-principles simulation and data management on-line only through the Web browser without downloading or installing any third-party softwares.This paper takes the first-principles simulation of material properties of inorganic perovskite Rb_(1-x)Cs_(x)PbI3 as an example,showing that the MatCloud-QE first-principles simulation package can be used through the MatCloud+cloud platform to calculate energy gap,state density and optical properties.The calculation results are not only consistent with the results from literatures,but also reduce the number of manual interventions by more than 90%during the entire computing process,which greatly improves efficiency.

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 

分 类 号：TB30[一般工业技术—材料科学与工程] TP319[自动化与计算机技术—计算机软件与理论]