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信息高铁的低熵高通量性质验证

计算机学报 2023年第11期46卷 2302-2321页

作者：俞子舒李奉治郑守建王一帆张星洲彭晓晖徐志伟中国科学院计算技术研究所北京100190 中国科学院大学北京100049

针对“人机物”三元融合的万物智能互联时代需求,中国科学院计算技术研究所的学者提出了“信息高铁”高通量低熵算力网的设计构想,在基础设施层提供低熵有序的支持,从而显著提升性能与品质.但信息高铁构想尚缺乏实验数据支撑.本文量化... 详细信息

针对“人机物”三元融合的万物智能互联时代需求,中国科学院计算技术研究所的学者提出了“信息高铁”高通量低熵算力网的设计构想,在基础设施层提供低熵有序的支持,从而显著提升性能与品质.但信息高铁构想尚缺乏实验数据支撑.本文量化定义了通量、良率、CPU熵,分别用于刻画系统的性能、品质、无序程度;构建了信息高铁原型系统;并与基于Kubernetes容器编排的云计算系统进行对比.通过北京-南京的广域实验,验证了信息高铁原型系统可数量级提升良率和通量,其正则化后的CPU熵降至K8s系统的50%以下.本文通过提供实验数据分析结果,初步验证了信息高铁的低熵高通量潜力.

关键词：云计算算力网低熵计算高通量计算占而不用

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材料基因工程加速新材料设计与研发

北京航空航天大学学报 2022年第9期48卷 1575-1588页

作者：孙志梅王冠杰张烜广周健北京航空航天大学材料科学与工程学院北京100083 北京航空航天大学集成电路科学与工程学院北京100083

在未知材料化学成分和性能关系的情况下,通过传统的“试错-纠错”方法研发具有特定功能的新材料成本高且经常失败。随着人工智能和数据驱动的第四科学范式的发展,材料基因工程(MGE)已经成为材料设计与研发的新模式。综述了材料基因工程... 详细信息

在未知材料化学成分和性能关系的情况下,通过传统的“试错-纠错”方法研发具有特定功能的新材料成本高且经常失败。随着人工智能和数据驱动的第四科学范式的发展,材料基因工程(MGE)已经成为材料设计与研发的新模式。综述了材料基因工程中高通量计算、材料数据库和人工智能方法的研究进展。介绍了材料高通量计算常用的框架和方法;阐述了材料数据库在材料数据类型和数据标准两方面的发展现状和有待解决的难题;总结了人工智能方法在材料关键基础问题中的应用。从高通量可视化计算方法、材料多类型数据库和可视化机器学习框架三方面重点证述了自主开发的多尺度集成可视化的高通量自动计算和数据管理智能平台ALKEMIE。展望了材料基因工程未来的发展趋势。

关键词：材料基因工程(MGE) 高通量计算材料数据库机器学习智算平台

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密度泛函理论计算在荧光材料研究中的应用

硅酸盐学报 2023年第6期51卷 1640-1648页

作者：高金宝 ZHOU Han 慕楠刘宇坤谢赐桉杨晨光梅乐夫河北工业职业技术大学石家庄16204 Technical University of Denmark Copenhagen 1599Denmark 中国地质大学(北京)材料科学与工程学院矿物材料国家专业实验室非金属矿物与固废资源材料化利用北京市重点实验室地质碳储与资源低碳利用教育部工程研究中心北京100083

密度泛函理论是一种基于量子力学原理的电子结构计算方法,已经成为材料科学和化学领域中重要的计算工具之一。在荧光材料研究中,密度泛函理论计算可以确定晶体结构,计算材料的的能带结构、态密度等信息来帮助研究人员理解荧光材料的本... 详细信息

密度泛函理论是一种基于量子力学原理的电子结构计算方法,已经成为材料科学和化学领域中重要的计算工具之一。在荧光材料研究中,密度泛函理论计算可以确定晶体结构,计算材料的的能带结构、态密度等信息来帮助研究人员理解荧光材料的本质和特性,为材料的设计和优化提供依据,同时基于密度泛函理论计算的高通量计算可以快速评估大量材料的性质,加快新材料的开发过程,降低研究成本。本文介绍了密度泛函理论计算在荧光材料研究中的应用,并探讨了其未来发展前景。

关键词：密度泛函理论荧光材料高通量计算

一种新型信息基础设施:高通量低熵算力网(信息高铁)

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中国科学院院刊 2022年第1期37卷 46-52页

作者：徐志伟李国杰孙凝晖中国科学院计算技术研究所北京100190 计算机体系结构国家重点实验室北京100190 中国科学院大学计算机科学与技术学院北京100049

人类正在进入一个“人机物”三元融合的万物智能互联时代,需要一种新型信息基础设施,即全球规模的高通量低熵算力网,形象地简称为“信息高铁”。文章介绍了信息高铁的愿景,包括基础性需求、关键科学技术问题和系统结构。与互联网、云计... 详细信息

人类正在进入一个“人机物”三元融合的万物智能互联时代,需要一种新型信息基础设施,即全球规模的高通量低熵算力网,形象地简称为“信息高铁”。文章介绍了信息高铁的愿景,包括基础性需求、关键科学技术问题和系统结构。与互联网、云计算、大数据、物联网等现有网络计算系统相比,信息高铁的目标是原生支持“人机物”三元融合和低熵有序,降低系统无序的负面影响,提升系统通量与应用品质。

关键词： “人机物”融合系统低熵算力网高通量计算受限尾行为智能流

沸石分子筛对CH_(4)/H_(2)的吸附与分离性能

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物理学报 2021年第15期70卷 231-240页

作者：袁俊鹏刘秀英李晓东于景新河南工业大学理学院郑州450000

基于分子模拟的高通量计算方法,通过对199个沸石结构特征和吸附分离性能之间的关联性研究,发现具有超微孔结构的沸石材料对CH_(4)分子有良好的吸附分离性能,等摩尔CH_(4)/H2混合组份的CH_(4)吸附选择性和单组份的CH_(4)吸附量之间存在... 详细信息

基于分子模拟的高通量计算方法,通过对199个沸石结构特征和吸附分离性能之间的关联性研究,发现具有超微孔结构的沸石材料对CH_(4)分子有良好的吸附分离性能,等摩尔CH_(4)/H2混合组份的CH_(4)吸附选择性和单组份的CH_(4)吸附量之间存在明显的线性关系.通过使用巨正则蒙特卡罗模拟方法,获得了3个孔道形沸石对CH_(4)和H2的吸附等温线和等量吸附热等物理量.结果表明在相同外界环境下,孔道形沸石的孔结构(表面积和孔体积)对CH_(4)吸附量的影响高于能量效应(吸附热).结合甲烷蒸汽重整制氢的工业背景,进一步研究了CH_(4)/H2混合体系在不同组份下的分离选择性能,结果表明,超微孔沸石材料对CH_(4)的吸附选择性与体相压力和进料比无关.通过气体分子的质心分布密度发现,CH_(4)在孔道形沸石中优先占据更小孔窗的空间,而H2的分布范围更大但是未存在明显的优先吸附位点.

关键词：沸石分子筛高通量计算巨正则蒙特卡罗模拟吸附分离

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中国材料基因工程研究进展

金属学报 2020年第10期56卷 1313-1323页

作者：宿彦京付华栋白洋姜雪谢建新北京科技大学新材料技术研究院北京材料基因工程高精尖创新中心北京100083

材料基因工程是材料领域的颠覆性前沿技术,将对材料研发模式产生革命性的变革,全面加速材料从设计到工程化应用的进程,大幅度提升新材料的研发效率,缩短研发周期,降低研发成本,促进工程化应用。本文从基础理论与方法、关键技术与装备、... 详细信息

材料基因工程是材料领域的颠覆性前沿技术,将对材料研发模式产生革命性的变革,全面加速材料从设计到工程化应用的进程,大幅度提升新材料的研发效率,缩短研发周期,降低研发成本,促进工程化应用。本文从基础理论与方法、关键技术与装备、新材料研发与工程化应用、人才培养以及材料基因工程新理念的形成和推广等方面,综述了中国材料基因工程的研究进展,并提出了未来发展方向建议。

关键词：材料基因工程高通量计算高通量实验大数据技术

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电池材料数据库的发展与应用

物理学报 2020年第22期69卷 3-10页

作者：吴思远王宇琦肖睿娟陈立泉中国科学院物理研究所清洁能源实验室北京100190 中国科学院大学北京100049

基于自动化技术和计算机技术的高通量方法可快速提供数以万计的科研数据,对如何科学、高效的管理科研数据提出了新的挑战.可充放的二次电池作为一种清洁高效的能源存储器件,是电动汽车发展的关键,也是风/光电储能的首选.电池器件性能的... 详细信息

基于自动化技术和计算机技术的高通量方法可快速提供数以万计的科研数据,对如何科学、高效的管理科研数据提出了新的挑战.可充放的二次电池作为一种清洁高效的能源存储器件,是电动汽车发展的关键,也是风/光电储能的首选.电池器件性能的提升与电池新材料的研发密切相关,电池材料数据库的发展可在电池材料研发中引入基于大数据的新兴方法,加速电池材料的开发.本文从电池材料数据的获取、通用型及特定性质的电池材料数据库构建、大数据方法对电池材料研发的促进和发展电池材料数据库所面临的挑战等方面对电池材料数据库的发展和应用进行了介绍.

关键词：电池材料高通量计算数据库材料基因

两类润滑剂物性参数和摩擦系数的高通量分子动力学计算

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摩擦学学报 2021年第3期41卷 404-413页

作者：周峰鲍路瑶蔡美荣刘维民中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室甘肃兰州730000

提出了离子液体和酯类化合物两类润滑剂物性参数和摩擦系数的高通量分子动力学计算框架,建立了通过分子几何拓扑结构-力场参数分配-分子模型构建-参数计算的全流程高通量方法,利用充足的计算资源,可以实现万级规模的高通量并发计算.创... 详细信息

提出了离子液体和酯类化合物两类润滑剂物性参数和摩擦系数的高通量分子动力学计算框架,建立了通过分子几何拓扑结构-力场参数分配-分子模型构建-参数计算的全流程高通量方法,利用充足的计算资源,可以实现万级规模的高通量并发计算.创新性地提出了两层高通量并发-并行算法:第一层将润滑剂库分块,每一块并发计算;第二层单个润滑剂采用多CPU并行计算,大大提高了计算效率.以离子液体为例测试了高通量算法和代码,最大进行了100级高通量计算,结果表明,该高通量算法具有很好的稳定性和计算效率,得到的物性参数和摩擦系数与实验值相吻合.

关键词：高通量计算分子动力学离子液体酯类化合物物性参数摩擦系数

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材料基因工程技术在分子筛领域中的应用

高等学校化学学报 2021年第1期42卷 179-187页

作者：陈思琦李莉李乙于吉红吉林大学化学学院无机合成与制备化学国家重点实验室长春130012 吉林大学化学学院未来科学国际合作联合实验室长春130012

材料基因工程是近年来材料领域兴起的前沿技术,其基本理念是融合材料高通量计算、高通量实验和数据技术加速新材料的设计和研发.分子筛作为一种重要的化工材料,因其良好的热稳定性、较高的比表面积、独特的孔道结构及可调变的元素组成... 详细信息

材料基因工程是近年来材料领域兴起的前沿技术,其基本理念是融合材料高通量计算、高通量实验和数据技术加速新材料的设计和研发.分子筛作为一种重要的化工材料,因其良好的热稳定性、较高的比表面积、独特的孔道结构及可调变的元素组成和酸性,在气体吸附、分离、异相催化和离子交换等工业领域应用广泛.近年来,融合高通量计算、高通量实验和数据库技术的材料基因工程技术正逐步应用于分子筛研发等领域:高通量计算能够从理论上预测并筛选出具有优异性能的分子筛合成目标、高通量实验显著提升了分子筛材料合成与表征的效率、数据库技术则为未来挖掘分子筛材料的合成规律与构效关系奠定了数据基础.本文主要从这3个方面阐述材料基因工程技术在分子筛材料研发领域的应用及进展,总结以功能为导向、定向设计和构筑分子筛材料所面临的机遇与挑战,并对材料基因工程技术在分子筛领域的前景进行了展望.

关键词：分子筛高通量计算高通量实验数据库材料基因工程