高通量材料计算数据平台相关功能设计与实现

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美国总统奥巴马提出的“材料基因组计划”(materials genome initiative,MGI)融合了多个学科,其主要的三个要素是:高通量材料计算、高通量材料实验以及材料数据库。材料数据库为高通量实验以及计算提供了基础数据,在计算完成以后,其结果数据也会作为新的数据存入数据库,为下一次计算提供输入数据。高通量材料计算和材料数据库是密不可分的。  目前,国内也有团队针对高通量材料计算和材料数据库进行研发。中国科学院计算机网络信息中心杨小渝老师带领其团队研发了名为MatCloud的高通量材料计算平台。目前,MatCloud2.0版本的部分功能已经推出,并且已经有用户在使用。MatCoud2.0平台在计算材料数据库方面已经有了一定的基础,实现了计算材料数据的存储与查询。但是MatCloud2.0平台将材料数据的计算与存储一体化,不能有效支持在线构建晶体结构、用户本地数据结构上传以及文献数据录入等获取材料数据的方式;并且其实现的数据查询以及展示功能较为简单,只是实现了按照化学元素和化学式查询这两种方法;且MatCloud2.0平台数据库设计不能有效支持高通量材料计算的流程可视化。  针对以上问题,本课题以高通量材料计算平台MatCloud3.0平台为基础,对平台的数据模块的相关功能进行了设计与实现。MatCloud3.0平台是一个以材料数据为中心的高通量计算平台,支持用户定制计算流程,由中科院网络信息中心材料基因信息技术实验室自主研发而成。本文详细介绍了平台数据模块及其相关功能的设计与实现,主要包括了平台材料数据库的设计与构建,丰富了材料数据的查询功能,并实现了在线构建晶体结构、本地晶体结构上传、文献数据录入的功能。此外,为了保证平台可视化计算流程的稳定运行,本课题对不同的作业调度系统命令进行了统一封装。以上功能的实现,保证了平台数据库对材料数据的高效管理,扩充了材料数据的来源,提高了数据的查询速度,并且为用户定制的可视化计算流程的执行提供了稳定的环境。最后,本文介绍了一个具体应用案例的设计与实现,其主要内容是利用高通量方法寻找表面吸附时最稳定的吸附结构,验证了本课题实现的数据相关功能的稳定性。
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