瀚海量子：基于量子力學的第一性原理材料模擬計算軟件開發與應用商業計劃書（24頁）.pdf

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1、合肥瀚海量子科技有限公司報 告 人：報告時間：2021.8.10基于量子力學的第一性原理材料模擬計算軟件開發與應用項目背景介紹為什么需要國產計算軟件計算軟件理論科學家的科研設備科研獨立的底線意識，打破國外壟斷計算化學將迎來變革性機遇基于國產超算平臺的軟件優化建立計算化學軟件開發人才梯隊科學軟件重大儀器理論科學家實驗科學家一、科學計算軟件的重要性科學計算軟件即為理論科學家視角中的“重大儀器”科學計算軟件即為理論科學家視角中的“重大儀器”化工產業在我國GDP中占比23.5%理性設計的缺乏導致低效率的“試錯”研發模式 將化學大國的科研成果凝練成為理論成就，需要以計算軟件為載體 人工智能算法的引入能大

2、幅提高理論計算的效率項目背景介紹GAUSSIAN的價格：美國本土學術機構，2500美元，每增加一個機器加1000美元。中國學術機構，4330美元，每增加一個機器加2850美元。印度學術機構，3475美元，每增加一個機器加1400美元。其他國家學術機構，2875美元，每增加一個機器加1150美元。以VASP為例計算費用：售價4000歐元（3年內免費更新），用戶數約1萬，中國大陸用戶約占25%（以發表文章數占比計算），我國購買軟件的費用約2500萬元人民幣/年。第一性原理計算需求量逐年增加 國外計算軟件價格高昂 基金委每年需要花費大量經費用于購買計算軟件基金委每年資助的經費：近5年來，理論化學方向

3、的國家自然科學基金資助數目約120160項/年，總經費約800012000萬元/年。其中相當一部分要用于購買國外計算軟件。二、科學計算軟件的廣泛需求2014201520162017201804080120160200Amount of NSFCYear 開發時間早，多開發于上世紀70到90年代 開源軟件的早期開發由政府資助，其他的多是商業軟件 現今主流軟件全部是國外軟件項目背景介紹三、主流量子化學計算軟件美國國家實驗室與中科院超算中軟件運行統計項目背景介紹截止18年1月1日，被列入限制實體名單的中國大陸實體統計：機構類型數量國家實驗室3高校5國有企業8個人18科研機構19民營企業36限制實體名

4、單的影響：以美國GAUSSIAN軟件公司為例，由于美國實體限制名單，我國西北工業大學、北京航空航天大學等學術單位和眾多企業購買GAUSSIAN 09系列產品均需要獲得美國政府授權，GAUSSIAN公司在其官方網站公開指出由于難以獲得授權，無法為中國眾多單位提供更多服務，類似的案例更是不計其數。國產軟件功能與特性BDF相對論量子化學計算，整體效率不如ADFXMVB基于價鍵理論LSQC大體系分子結構計算，依賴GAUSSIAN、MolproXYG3雙雜化密度泛函計算，依賴GAUSSIAN、NWChem、Q-CHEMMOMAP分析發光效率預測，依賴GAUSSIAN、Turbomole 國產軟件功能受限

5、，且“寄生”于國外計算軟件包 國外的出口管控隨時可以形成技術封鎖四、預防從創新的理論源頭被“卡脖子”20171990 19901950 19501920 Hartree-Fock Dirac Equation Schrodinger Equation RPMD Spin Flipped Method PCM Model QM/MM GAUSSIAN、VASP、PPP&CNDO Method DFT Method Hckel MethodEquation計算機超算大數據人工智能量子算法現狀國外商業軟件已經發展了30年國內計算化學領域起步晚，在計算軟件方面落后于國外大數據和AI技術愈發成熟，國內有

6、充足的技術積累，計算軟件即將迎來變革優勢化學大國的大數據積累充足的理論人才儲備比肩國際的理論發展機遇國外計算軟件處于變革期后發優勢，國產軟件能夠直接結合大數據和AI技術，利用新時代新技術的紅利，實現彎道超車人才儲備，培養一批計算軟件領域的人才，實現國產軟件可持續發展項目背景介紹五、自主計算軟件的挑戰與機遇產品介紹一、如何破局？自主開發計算軟件！為了扭轉我國第一性原理計算軟件的被”卡脖子”的局面，實現我國國產計算軟件的自主可控，中國科學技術大學楊金龍院士課題組、合肥微尺度國家實驗中心胡偉研究組團隊，潛心十余年，開發出一系列基于第一性原理高性能計算軟件。01KSSOLV是一套采用 MATLAB 語

7、言編寫、基于密度泛函理論的第一性原理計算軟件工具集，支持GPU加速。適用場景：高等教育教學；科學研究；量子力學科普產 品 特 色：領 域 內 稀 有 的 支 持Windows系統和類Unix系統的計算軟件，且性能優越，性價比高，可以打造量子領域科普軟件。KSSOLV03HONPAS是一款線性標度第一性原理電子結構計算軟件包。適用場景：物理化學、材料、生物等領域的科學研究；高性能計算產品特色：支持SIESTA 所有計算功能，能夠對周期性復雜大體系的基態電子結構實現線性標度高性能并行計算。HONPAS02PWDFT是致力于大體系的高性能第一性原理計算軟件。與流行的VASP、Quantum ESPR

8、ESSO具有相同的計算精度,支持GPU加速。適用場景：物理化學、材料、生物等領域的科學研究；高性能計算產品特色：計算速度非?？?，可以在短短幾分鐘實現幾千原子的雜化泛函計算。某些場景下計算速度優于目 前 世 界市 場 占 有率 第一 的VASP。PWDFT產品介紹在固體分子材料領域，可以實現數千原子的大規模計算PWDFT采用先進的本征值求解算法LOBPCG/PPCG、ISDF加速雙電子積分算法等技術，結合了MPI/OPENMP等并行工具，形成了高速并行計算模式?？梢栽跀等f個CPU核上并行運算，與VASP最多計算幾百個原子相比，PWDFT可以實現數千原子的大規模并行計算。與現有技術相比，軟件計算精

9、度更高和速度更快基于量子力學密度泛函理論第一性原理，采用平面波基組，通過離散平面波將連續的非線性問題轉化為有限維問題，于是在數值求解Kohn-Sham方程時，連續的函數與算符被離散為有限維的向量和矩陣，因此理論模擬的計算速度更快。相比于VASP，在相同規模的原子計算上，PWDFT速度更快，精度更高。軟件操作簡單，可滿足不同用戶群體的需求KSSOLV采用了MATLAB語言，語法簡單，線性代數功能強大，在實現DFT計算中的算法和公式時，可以極大程度降低開發難度和代碼量，解決主流第一性原理計算軟件可讀性差、操作復雜的問題，從而降低了學習第一性原理軟件的門檻，增強學生對量子力學密度泛函理論第一性原理的

10、興趣。二、產品創新點PWDFT vs VASP計算速度對比計算體系計算體系并行核數并行核數代碼語言代碼語言計算速度計算速度VASP數百原子數百核Fortran/C+100s-500sPWDFT數千原子CPU8000核，GPU卡上千塊C/C+10s以內PWDFT與目前市場占有率第一的VASP相比產品介紹三、世界領先的計算性能PWDFTKSSOLV與Quantum ESPRESSO具有相同的計算精度更大的計算體系：從數百原子到數千原子的飛躍更高的計算精度：基于第一性原理密度泛函理論計算速度更快：相同GPU加速下，比VASP更快的計算速度更強的可擴展性：優秀的并行程序架構，支持CPU、GPU加速計算

11、的準確性更快的計算速度8192 cores更強的可擴展性產品介紹五、量子力學科普教育KSSOLV 輕量化的計算軟件包：基于matlab編寫，能在windows/IOS系統中運行，操作簡單易學。對于小體系，計算速度超快，適合教學演示?？蒲屑壍挠嬎憬Y果：與PWDFT底層架構相同，計算結果精度高，可為探索量子物理化學領域提供平臺和解決方案。Kssolv 計算圖形用戶界面計算圖形用戶界面Material Studio可視化建?？梢暬atlab 計算結果可視化計算結果可視化輸入輸出該算例中，整個計算只需要該算例中，整個計算只需要2-3分鐘！分鐘！常規第一性原理計算需要具備基本條件（以Vasp為例）

12、：用戶需要使用Fortran/C+代碼操作；計算程序需要在Linux環境下運行，而非Windows系統。在沒有CPU/GPU并行加速條件下，一次計算時間單位通常為h/day。產品介紹五、量子力學科普教育KSSOLVKssolv 計算圖形用戶界面計算圖形用戶界面Material Studio可視化建?？梢暬atlab 計算結果可視化計算結果可視化輸入輸出項目意義：科研人員入門級教學軟件：第一性原理軟件的開發與學習過程中涵蓋了數學、物理、化學、計算機四大基礎學科，可深化高?；A學科建設，培養一批交叉學科復合型人才。中學生量子力學科教型軟件：打造量子領域科研與教育的科普平臺，將量子力學教育從高

13、等教育向普通教育（初、高級中學、職業學校）層面滲透。四、豐富的應用場景產品介紹KSSOLV模擬固體硅拉伸壓縮應變下的變化過程KSSOLV模擬水分子的結構優化利用HONPAS模擬計算石墨烯量子點（4000原子）室溫磁性和尺寸效應利用HONPAS模擬計算周期的三角石墨烯量子點擴展體系（2000原子）研發團隊已發表與軟件相關論文27篇，按照JCR分區，一區論文10篇，二區論文10篇，三區論文4篇。影響因子在5以上論文9篇。微電子科技生物醫藥新能源科技量子力學科教航天航空新材料化工材料公司介紹第一性原理高性能軟件材料模擬計算理論與計算化學量子力學科教融合合肥瀚海量子科技有限公司成立于2021年5月25

14、日，是一家致力于提供基于GPU加速第一性原理材料模擬軟件、GPU異構計算服務器、高性能計算集群和存儲等解決方案的廠商。公司自主研發多款第一性原理高性能軟件，能在材料模擬計算、理論與計算化學、計算物理等領域為客戶在教學和科研上提供成熟的整體解決方案和個性化定制服務。公司介紹公司目標 為高校理論與計算教學提供項目式和仿真式相結合的新模式 為理論與計算科研人員提供更易入門、更高效的軟硬件一體化計算平臺 為實驗團隊提供更快速的理論計算支持 打造量子領域科研與教育的科普平臺，推動量子技術普及原中科類腦事業部負責人，有九年計算機硬件銷售經驗，五年部門管理經驗，全面負責公司的經營決策。中國科學技術大學、精密

15、機械及儀器系博士負責公司技術框架總體設計。原中科類腦事業部經理，分管公司人事與市場部門，負責公司日常管理、日常運營工作。中南大學、碩士原中興通訊軟件架構設計師負責產品及項目的售前支持、方案設計、標書制定等。劉劉偉偉總經理總經理公司成員陳陳偉偉綜合部綜合部孟麗娟孟麗娟技術總監技術總監王王天天副總經理副總經理胡胡偉偉首席科學家首席科學家秦新明秦新明科學家科學家中科院“百人計劃”安徽省百人計劃中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家研究中心研究員博士生導師中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家研究中心博士后凌海峰凌海峰市場部市場部有近十年高教市場經驗，負責拓展教育&科研方向市場業務，制定市場策略，收集

16、競品信息。高蘊智高蘊智技術顧問技術顧問中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家研究中心博士研究生負責公司項目總體方案制定與實施。卓 越 的 研 發 團 隊科 學 的 管 理 團 隊陳皖平陳皖平財務部財務部初級會計師，有四年總賬會計工作經驗，負責公司全盤賬務處理，稅務籌劃、費用預算等。楊楊樂樂技術支持部技術支持部合肥工業大學、本科 主要負責公司硬件產品及項目的售后支持，軟件培訓，軟件升級，硬件的管理與維護。郭郭飛飛公共事務部公共事務部負責政府行業相關的重大項目&資源引入，拓展政府層面的政策支持落地。核心研發成員胡偉首席科學家首席科學家中科院“百人計劃”安徽省百人計劃中國科學技術大學合肥微尺度物質科

17、學國家研究中心研究員博士生導師致力于發展大規模密度泛函理論計算方法的開發與應用，與數學、物理、計算機理論學家和化學實驗學家展開了廣泛的合作，包括提出基于密度泛函理論的新理論算法，開發高性能并行計算軟件，并應用于多功能材料設計和催化化學等領域。研究方向 大規模密度泛函理論計算方法 復雜密度泛函理論方法（Hartree-Fock,TDDFT,GW/BSE,MP2,RPA等）密度泛函理論高性能計算軟件開發（HONPAS，KSSOLV，PWDFT和DGDFT）量子計算算法（CCSD，DMRG，Full CI等）機器學習、深度學習和神經網絡的算法與應用 高性能并行計算方法（CPU-MPI/OpenMP，

18、GPU-CUDA/OpenACC等）數值計算算法（矩陣計算、本征值算法、低秩分解等）秦新明科學家科學家中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家研究中心博士后致力于發展和實現低標度第一性原理計算方法和開發高性能計算軟件，并應用于新型納米多功能材料的設計，是國內線性標度電子結構軟件 HONPAS 的主要開發者之一，也是 KSSOLV,PWDFT 和 DGDFT 等軟件開發的主要參與人。研究方向 第一性原理計算軟件的開發（HONPAS，KSSOLV，PWDFT和DGDFT）低標度計算方法與數值算法(線性標度方法，低秩分解、稀疏矩陣算法)高精度電子結構計算方法的發展（post-Hartree-Fock，

19、GW/BSE等）高性能并行計算方法（CPU-MPI/OpenMP，GPU-CUDA，DCU-HIP 等）新型納米功能材料的設計模擬（二維異質結、量子點）技術實力視頻國內聯播快訊_CCTV節目官網-CCTV-1_央視網()視頻東方時空_CCTV節目官網_CCTV-1_央視網()習近平總書記在中國科學院第二十次院士大會、中國工程院第十五次院士大會、中國科協第十次全國代表大會上的講話（2021年5月28日），提到了十項戰略高技術領域取得的新跨越，其中一項在“神威太湖之光”超級計算機首次實現千萬核心并行第一性原理計算模擬即為我們科研團隊的成果。胡偉研究員及其科研團隊先后受到新聞聯播、東方時空專題采訪報

20、道，該科研成果受到國家自然科學基金委員會、中國科學報、安徽科技報等新聞媒體報道，論文成果發表于科學通報(Science Bulletin)。新聞及媒體宣傳習近平在兩院院士大會、中國科協第十次全國代表大會上的講話（全文）_央廣網()技術實力團隊參加第八屆全國并行應用挑戰賽（PAC2020)，獲得應用賽道金獎團隊研發的LR-TDDFT 參加了中科院“先導杯”并行計算應用大獎賽，獲得優勝獎團隊研發的PWDFT 參加了中科院“先導杯”并行計算應用大獎賽，獲得一等獎獲獎證書知識產權及資質建設1、正在進行KSSOLV軟件著作權的成果轉化。2、公司已提交3份以上自主產權相關軟著及專利申報。3、正在開展ISO

21、質量管理體系、CMMI軟件成熟度體系建設。4、組織高新技術企業、軟件企業、新型研發機構等資質申報。盈利模式一體機銷售通過將軟件產品部署在硬件服務器上進行一體銷售軟件產品銷售對已有服務器的客戶提供軟件產品的授權使用進行銷售技術服務為客戶提供代算服務、軟件培訓、系統運維、軟件服務等銷售盈利模式終端客戶：高校、科研院所、企業銷售渠道：主流服務器廠商、超算中心與全國性強渠道深度合作，突破區域化市場瓶頸瀚 海 量 子銷售模式和推廣策略市場推廣：已與第十四屆量化會議籌辦單位簽署參展協議，公司會持續加大在相關的行業展會、行業展覽以及相關大賽等平臺上的宣傳力度。開設相關專業的高校從事相關研究的科研院所從事相關

22、產業的企業經濟效益300200032005000800002,0004,0006,0008,00010,00012,00020212022202320242025預計預計銷售銷售收入（萬元）收入（萬元）財務現狀及市場規劃公司于2021年5月份成立，初始資金將主要用于產品研發、重點客戶的推廣和配套的技術服務，與多家硬件廠商建立合作伙伴機制，目前已與思騰合力簽署代理協議，采取先交貨延期付款方式，以減少現有資金壓力。財務現狀及預測2021.7-2021.12：重點推進5-10家科研、高校用戶，收集客戶需求，完善軟件產品。2022.1-2022.12：全面推進產品落地，計劃完成50所高校、10所科研院

23、所、15家企業的項目落地，銷售額超2000萬；對重點客戶支持定制化技術支持服務，提升產品適用范圍和深度。短期目標不斷根據收集的客戶需求，完善產品，提升產品適用的廣度和深度，對重點客戶支持定制化服務，提升支持力度；同時產品向普教市場延伸，打造適合學生學習的APP，簡單、易用、直觀，打開普教市場。預計每年總銷售額超5000萬。長期目標合作單位內蒙古超算“青城之光”內蒙古超算“青城之光”合肥先進計算中心合肥先進計算中心無錫超算“神威無錫超算“神威-太湖之光”太湖之光”底線底線意識意識人才人才建設建設 推動合肥軟件產業，加強合肥“中國軟件名城”建設 加強合肥作為“量子產業創新高地”的標志性作用量子量子中心中心公司未來規劃 深化高?；A學科建設，培養一批交叉學科復合型人才 推進量子力學在普教層面的科普教育，提升全民學科水平 將計算軟件與人工智能技術結合，發揮化學大國大數據優勢，優化產業研發模式。發展適配國產超算并行框架的計算軟件體系，反饋促進我國超算的發展。抓住抓住機遇機遇 擺脫計算軟件依賴態勢，開發出可以替代Vasp、Gaussian等商業軟件的通用計算軟件。從創新的理論源頭守住防線，預防被“卡脖子”問題謝謝聆聽合肥瀚海量子科技有限公司第一性原理計算軟件/量子科技助力者