[發明專利]一種圖形化及網絡化的高通量第一性原理計算工作流系統

在審

• 申請號: 201710487194.6
• 申請日: 2017-06-23
• 公開（公告）號: CN107357971A
• 公開（公告）日: 2017-11-17
• 發明（設計）人: 楊小渝;任杰;孫雪嬌;劉海東;張明明;趙旭山;王宗國;宋健龍
• 申請（專利權）人: 中國科學院計算機網絡信息中心
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06F19/00
• 代理公司: 北京輕創知識產權代理有限公司11212
• 代理人: 楊立,王灝增

技術領域

本發明涉及材料基因工程領域，尤其涉及一種圖形化及網絡化的高通量第一性原理計算工作流系統，用于幫助用戶在線構建第一性原理計算流程并進行第一性原理計算作業的提交、監控和結果數據的自動處理，極大地方便用戶開展第一性原理計算和計算結果數據的管理。

背景技術

目前，常用于計算材料第一性原理的系統主要有AFLOW、MaterialProject等，但是這些系統僅支持單次第一原理計算和固定化流程設計。對于大規模的，涉及多次第一性原理計算的量子力學計算，不支持自定義計算流程，并需要下載安裝才能使用；不支持通過網絡基于圖形化方式構建流程并遠程提交大規模計算任務進行計算，使得計算變得冗余和繁瑣；還不支持對計算過程的自動監控和糾錯，無法及時處理系統運行過程中出現的故障。現有的系統計算數據和計算流程也呈離散化狀態，不便管理和共享。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提供一種圖形化及網絡化的高通量第一性原理計算工作流系統。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：

一種圖形化及網絡化的高通量第一性原理計算工作流系統，用于幫助用戶在線構建第一性原理計算流程并進行第一性原理計算作業的提交、監控和結果數據的自動處理，極大地方便用戶開展第一性原理計算和計算結果數據的管理，包括：

前端的工作流設計器，用戶不需下載任何客戶端軟件，通過瀏覽器便可基于圖形化方式構建第一性原理計算流程、設置流程所涉及的計算參數、啟動所述流程以及監控所述流程的執行情況；構建第一性原理計算流程有兩種方式：用戶自己從頭構建第一性原理計算流程，或調用預存的第一性原理計算流程模板；

后端的工作流引擎，用于解析和執行所述第一性原理計算流程，包括將所述大量晶體結構數據發送給超級計算機進行第一性原理計算，自動下載計算結果，及對計算結果的規范化加工。

本發明的有益效果是：本發明提供的一種圖形化及網絡化的高通量第一性原理計算工作流系統，通過前端的工作流設計器獲取待計算材料的晶體結構數據，并設計構建新的計算流程或調用已有的計算流程，后端的工作流引擎根據計算流程解析和執行針對晶體結構數據的第一性原理計算，并通過數據庫對各項數據進行存儲，實現了對第一性原理計算流程的圖形化設計和持久化使用，并且實現了通過自定義流程對大量材料進行第一性原理計算，可以根據用戶的需求設計定制化的計算流程，具有計算過程簡便快捷，便于計算流程共享復用的優點。

在上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進。

進一步地，所述前端的工作流設計器包括：

獲取模塊，用于獲取目標材料晶體結構數據；

材料計算工具存儲模塊，用于存儲用于進行第一性原理計算的材料計算工具；

材料計算工具調用模塊，用于調用所述材料計算工具；

計算流程構建模塊，用于組合用戶所選取的計算工具，構建成用于進行第一性原理計算的工作流，得到用戶自定義流程；

計算流程模板存儲模塊，用于存儲所述計算流程模板；

圖形化顯示模塊，用于將所述材料計算工具和所述第一性原理計算流程以圖形的形式進行顯示。

采用上述進一步方案的有益效果是：前端的工作流設計器中的材料計算工具調用模塊可以為用戶提供多種第一性原理材料計算工具，這些工具可以通過計算流程構建模塊自由組合設計成計算流程，并通過圖形化顯示模塊進行可視化和圖形化的顯示，實現了通過前端的工作流設計器就可以配置圖形化的計算流程，具有配置過程簡便靈活的優點。

進一步地，所述材料計算工具存儲模塊包括：

晶體結構建模工具箱，用于晶體結構建模，產生大量晶體結構數據；

第一性原理計算工具箱，包含第一性原理計算的7種基本計算單元，用于構建所述流程，及第一性原理計算的參數配置及結果查看；

數據處理分析工具箱，用于對所述計算流程的計算結果進行分析和處理。

進一步地，所述材料計算工具存儲模塊還可以包括高通量篩選工具箱，所述高通量篩選工具箱用于對所述晶體結構數據進行篩選，包括基于物理模型篩選等篩選工具。

進一步地，所述晶體結構建模工具箱包括：基礎建模工具箱和高通量建模工具箱，其中，所述基礎建模工具箱包括但不限于：超胞構建工具、晶格對稱性解析工具、變形晶胞工具和晶胞元胞轉換工具；

所述高通量建模工具箱包括但不限于：固溶摻雜工具、表面結構剖切工具、表面吸附結構構建工具和團簇結構構建工具。