高通量材料集成计算驱动引擎MatCloud在国际期刊上发表

【引言】
传统基于实验“试错法”的新材料设计，周期长，效率低。高通量材料计算和材料信息学的使用可以帮助加快新材料的研发，缩短研发周期。

通过高通量材料计算可以帮助快速寻找或筛选材料组成的基本构建单元，“搭建“新的化合物，并结合材料信息学相关技术将数据，代码，和材料计算软件流程集成，建立起材料组份，结构，和性能的定量关系模型，以一种有理论依据，可预测的方式，用于指导新材料设计。组合化学在新药的发现方面取得了极大地成功,它是一种并行、系统、反复地组合不同结构或组份的“构建单元(Building block)”,迅速得到大量化合物,从而进行高通量筛选(High-Throughput Screening)的一种策略与方法。材料信息学(Material informatics)是”运用计算的方法来处理和解释材料科学和工程数据“，它可以与材料计算相结合，通过已知的可靠实验数据，用理论模拟去尝试尽可能多的真实或未知材料，建立其组份，结构和各种物性的数据库，通过数据挖掘探寻材料组份，结构和性能之间的关系模式，用于指导新材料设计。
这需要一个有效的集网络化，图形化，集成化，流程化，自动化的高通量材料集成计算和数据管理的科研基础设施（e-Infrastructure）的支撑。

【成果简介】

由中科院计算机网络信息中心材料基因实验室研发的我国首个高通量材料集成计算和数据管理平台MatCloud (http://matcloud.cnic.cn )，其相关研究成果近期已在SCI国际期刊 Computational Material Science 上正式发表（Computational Materials Science 146 (2018) 319–333）。

MatCloud直接与超级计算集群和材料计算数据库相连，通过图形化的建模和流程设计，通过计算预测材料的电子结构、力学、热力学、光学、声子等多种物理化学性质，并能对计算模拟的结果方便直接地进行可视化分析和展示。通过MatCloud，使得基于大规模计算模拟，进行材料成分设计、性质预测、及机理解释等成为可能，并通过材料数据库实现对数据的集中管理和挖掘。无需下载任何软件和插件，只需网页浏览器即可使用。

文章了介绍了MatCloud所解决的材料计算模拟3 个问题，如何通过自动化并且有效地获取、存储和管理材料计算数据？对材料性能的模拟涉及到一系列的流程，如何让用户灵活地设计流程从而计算不同材料性能？如何让那些不熟悉DFT密度泛函理论的科研人员也能容易地开展DFT计算模拟从而快速地获取他们想要的数据，并且能容易地管理数据、数据可视化和开展数据挖掘？

文章还介绍了国外多个高通量计算驱动引擎和材料计算数据库，如AFLOW, Material Project, MedeA, VNL, OQMD , NIMS CompES-X , AiiDA, NoMad,Citrine , MatBase , NREL MatDB , Material Commons, and NIST-CHiMaD repository 等，并进行了比较。以 3 个案例介绍了MatCloud 如何进行复杂计算流程设计，基于能量的高通量筛选，以及材料计算数据库的构建。

A case study of high-throughput screening. Formation energies for 331 Fe1-xAlx structures from first principle calculations and high-throughput screening by MatCloud. Black solid circles denote energies from direct first principles, and all the red symbols denote energies predicted by MatCloud. Red open circles denote predicted energies of recommended structures, and the red solid stars emphasis the predicted energies of structures which have been confirmed as the ground state energy by first principles. Although for concentration>0.5 the “validated first-principles results” are significantly differ from the convex hull constructed using predicted energies, the ground state energies for these concentrations are indeed included in the recommended structures.

高通量材料集成计算和数据管理平台MatCloud已经上线 运行 半年多，已申请专利 3 件，软件著作权 4 件，文章发表5篇，注册用户 已接近500，举办用户培训4次，已实现 10000次级数据的汇交能力。国际上正与欧盟的NoMad项目 正开展合作，整个高通量计算驱动引擎的框架已越来越稳定。

MatCloud 的研发得到了中科院“百人计划”，国家自然科学基金，国家重点研发计划材料基因工程专项“材料基因工程专用数据库和大数据技术 ”，国家重点研发计划材料基因工程专项“ 高通量自动流程材料集成计算算法与软件及其在先进存储材料中的应用 ” 等项目的资助。

为了回馈大家，2018年4月22日 在中科院计算机网络信息中心（北京中关村）举办MatCloud培训。 欢迎大家参加。 可通过邮件和手机报名。详情可见 http://matcloud.cnic.cn/help/demo/detailShow?groupId=5&detailId=4 。