Materials Studio材料建模與模擬計算工作站方案2021v4

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重點
（1）Materials Studio材料模擬軟件計算特點
（2）Materials Studio三維建模/可視化硬件配置推薦
（3）Materials Studio量子力學工作站硬件配置推薦
（4）Materials Studio分子力學與分子動力工作站硬件配置推薦

（一）Materials Studio材料模擬軟件介紹

Materials Studio（簡稱MS）是分子模擬領域內的多種模擬方法以及建模可視化性質分析工具。提供三維結構模型，對各種晶體、無定型以及高分子材料的性質及相關過程進行深入的研究。可以從電子、原子以及高分子的角度去分析物質的結構與性質利用的主要方法為：以密度泛函為主的量子力學模擬方法、分子力學和分子動力學模擬方法、蒙特卡羅模擬法、介觀動力學(MesoDyn)和耗散粒子動力學（DPD）、統計方法QSAR等多種先進算法和X射線衍射分析等儀器分析方法，根據系統中的原子、分子的類型和數目，研究、預測材料的相關性質。模擬的內容包括了催化劑、聚合物、固體及表面、界面、晶體與衍射、化學反應等材料和化學研究領域的主要課題。
Materials Studio材料建模與模擬計算工作站方案2021v4的圖1

（二）Materials Studio軟件計算特點

2.1 MS求解器支持單機CPU、GPU卡、MPI多機集群情況

如何配置一臺具有高性能能力的圖形工作站（CPU、內存、硬盤、顯卡），需要對其算法特點、以及計算規模進行分析

No	分類	模塊	功能描述	CPU并行	GPU加速	集群
1	可視化分析	Materials Visualizer	材料可視化工具搭建分子、晶體及高分子材料結構模型
2	量子力學類	DMol3	密度泛函量子力學程序原子軌道線性組合法，計算能帶、態密度	√		√
		CASTEP	材料科學量子力學程序平面波贗勢密度泛函法，模型較小，包含數十、乃至數百個原子	√		√
		NMR CASTEP	MS CASTEP的擴展模塊晶胞進行幾何優化，若精度要求較高	√
		ONETEP	進行線性標度密度泛函模擬	√		√
		DFTB+	半經驗量子力學程序密度泛函的緊束縛法模擬體系大,對數千個原子體系進行模擬	√		√
		VAMP	半經驗量子力學程序原子軌道線性組合方法，對于涉及電子得失或轉移的過程（諸如涉及化學反應的過程）的模擬
		Cantera	化學反應速率方程求解器
		QMERA	量子力學與分子力學的雜化方法	√
3	分子力學與分子動力學類	COMPASS	對凝聚態材料進行原子水平模擬的功能強大的力場，模型中等大小，包含數千至數萬個原子	√
		Forcite Plus	分子和周期性體系的經典力學模擬工具	√	√	√
		GULP	基于分子力場的晶格模擬程序	√		√
		Equilibria	計算烴類化合物單組分體系或多組分混合物的相圖
		Sorption	預測基礎性質，比如吸附等溫線（或加載曲線）和亨利常數
		Mesocite		√	√	√
4	蒙特卡洛類	Amorphous Cell	對復雜的無定型系統建立有代表性的模型，并對主要性質進行預測，模型較大，包含大量的原子（數萬乃至更多）
		Adsorption Locator	蒙特卡洛退火方法
		Blends
		Conformers	為柔性分子結構提供構像搜索算法和分析工具
		Sorption	巨正則蒙特卡洛法預測基礎性質，比如吸附等溫線（或加載曲線）和亨利常數
5	高分子與介觀模擬類	Synthia	提供對聚合物材料性質的快速預測：包括熱力學、力學和輸運性質等。
		Blends	預測相的行為及得到相圖。
		DPD
		Mesocite	分子力學工具集，粗粒化分子動力學以及耗散粒子動力學兩種方法	√	√	√
		MesoDyn	動態平均場密度泛函方法	√		√
		MesoPro
6	晶體、結晶與X射線衍射類	Polymorph Predictor	蒙特卡洛模擬退火法多晶型預測	√
		Morphology	形態學
		X-Cell	指示中等和高質量的粉末衍射數據，包括來自 X 光、中子或是電子輻射源的衍射數據
		Reflex	模擬晶體材料的X光、中子以及電子等多種粉末衍射圖譜
		Reflex Plus
		Reflex QPA
		CCDC
7	定量結構-性質關系類	QSAR
		QSAR Plus	利用光學物理化學性質來鑒定化合物
		Synthia

計算規模劃分

Materials Studio材料建模與模擬計算工作站方案2021v4的圖2

≤ 100個原子 ab initio/DFT
100~200個原子半經驗
＞200個原子用QM/MM模型
從而找出更好的算法，通過分析算法，給出最佳的硬件配置

2.2 MS材料模擬建模計算特點
如何既保證建模模型流暢，又保證配置合理，計算速度理想具體情況具體分析，
建模就是畫出三維圖形，創建原子3D模型、流暢旋轉、移動等，對應硬件要求：
CPU ：更高的主頻，
內存容量：≥48GB
顯卡：容量≥8GB，支持OpenGL，nvidia圖卡
顯示器：高分辨率最佳
2560*1440（2K）
3840*2160（4K）
7680*4320（8K）…
19200*4320（拼接超高分辨率）

2.3 量子力學類算法計算特點
主要算法是密度泛函理論（DFT），計算規格是平面波數量的3 次方成正比（N3），
硬件配置特點：CPU有限多核并行、內存帶寬、內存容量是重點

第一類，密度泛函（DFT）: 內存容量大，大量I/O臨時文件
第二類：平面波贗勢密度泛函: CPU算力、內存容量、內存帶寬
如果追求最快算力，只有四路Xeon架構最合適（高主頻+并行核數+24通道）

2.4 分子力學與分子動力學類算法計算特點
經典分子動力學模擬中，計算成本取決于原子數N，分子動力學不會占用太多內存，以CPU算力為主，由于輸出大量軌跡數據，需要大容量硬盤，
硬件配置特點：CPU 算力越大越好， GPU Mesocite、Forcite模塊支持單GPU卡，加速，硬盤配備大容量

（三）Materials Studio工作站硬件配置推薦

西安坤隆計算機科技有限公司專注于圖形工作站應用，為軟件要求提供合理計算架構，我們通過對Materials Studio材料模擬軟件和其主要算法計算特點資料查閱、分析和重要功能模塊測試，以intel最新計算架構為主，給出高效率精準配置工作站硬件配置方案，每臺計算工作站通過經驗豐富的工程師整機、系統級優化，以及在線技術支持，保證機器三年內處于高速、高效、可靠運行狀態。

Materials Studio材料建模與模擬計算工作站方案2021v4的圖3
相關機型 A300/H390、EX650i、Alpha730/Alpha750

3.1 Materials Studio三維建模可視化硬件配置推薦
配置關鍵點：CPU高主頻，內存容量盡可能高，高顯存專業圖卡，高分辨率顯示器

NO	品牌與型號	配置規格	價格	備注
1.1	AX300 14964-MAC	Intel 11代高頻處理器（6核@4.9GHz）/64GB/RTX4000 8GB /1TB PCIeSSD /4TB SATA企業級/塔式(750w)/24寸-2K圖顯	36500	高性價比
1.2	AX300 150128-MAC	Intel 11代高頻處理器（8核@5.0GHz）/128GB/RTX A4000 16GB/1TB PCIeSSD /4TB SATA企業級/塔式(750w)/24寸-2K圖顯	46500	高性能型
1.3	H390 151128-MBD	Intel 11代高頻處理器(10核@5.1GHz)/128GB/ RTX A5000 24GB/2TB PCIeSSD /4TB SATA企業級/塔式(750w)/24寸-2K圖顯	67000	極致型
1.4	EX650i 233256-MBB	2顆Xeon 金牌4316(40核@4.1GHz)/256GB DDR4 /RTX A5000 24GB/2TB Pcie-SSD /6TB SATA企業級/塔式(750w)/27寸-4K圖顯	88000	全能高效型
1.5	Alpha730 441384-SCC	4顆Xeon 金牌6246(48核@4.1GHz)/384GB DDR4 /RTX A4000 16GB /3.84TB SSD /16TB SATA企業級/塔式(750w)/27寸-4K高清圖顯	218000	全能高速型
1.6	Alpha750 441768-SCD	4顆Xeon 金牌6328H(64核@3.7GHz)/768GB DDR4 /RTX A5000 24GB /3.84TB SSD /16TB SATA企業級/塔式(750w)/27寸-4K圖顯	226000	全能多用戶多任務型

3.2 Materials Studio量子力學工作站硬件配置推薦
配置特點：CPU理想核數和高主頻，內存帶寬最大化、容量盡可能高

NO	品牌與型號	配置規格	價格	備注
2.1	EX650i 235192-MAA	2顆Xeon 金牌4314(32核@3.5GHz)/192GB DDR4 /Quador P620 /1TB Pcie-SSD /6TB SATA企業級/塔式(750w)/24寸-2K圖顯	48500	超值型
2.2	EX650i 235256-MAA	2顆Xeon 金牌4316(40核@4.1GHz)/256GB DDR4 /Quador P620 /1TB Pcie-SSD /6TB SATA企業級/塔式(750w)/24寸-2K圖顯	59000	高性能型
2.3	EX650i 233256-MBA	2顆Xeon 金牌5320(52核@3.3GHz)/256GB DDR4 /Quador T600 /2TB Pcie-SSD /8TB SATA企業級/塔式(750w)/24寸-2K圖顯	72000	高性能加強型
2.4	EX650i 233512-MBA	2顆Xeon 金牌6348(56核@3.3GHz)/512GB DDR4 /Quador T600 /2TB Pcie-SSD /10TB SATA企業級/塔式(750w)/24寸-2K圖顯	110000	超大規模計算型
2.5	Alpha730 441384-SCB	4顆Xeon 金6246（48核@4.1GHz）/384GB /QuadroP2000 /3.84TB SSD/16TB SATA企業級/雙塔式(雙1000w)/27寸-4K圖顯	210000	超大規模計算完美型
2.6	Alpha730 443768-SCB	4顆Xeon 金6256（48核@4.3GHz）/768GB /QuadroP2000 /3.84TB SSD/2*16TB SATA企業級/雙塔式(雙1000w)/27寸-4K圖顯	268000	超大規模計算極致型
2.7	Alpha750 433768-SCB	4顆Xeon 金5320H（80核@3.3GHz）/768GB /QuadroP2000 /3.84TB SSD/2*16TB SATA企業級/雙塔式(雙1000w)/27寸-4K圖顯	185000	超大規模計算多任務型
2.8	Alpha750 4331T-PCB	4顆Xeon 鉑金8360H（96核@3.8GHz）/1.5TB /QuadroP2000 /4TB PCIeSSD/2*16TB SATA企業級/雙塔式(雙1000w)/27寸-4K圖顯	355000	超大規模計算極致多任務型

3.3 Materials Studio分子力學與分子動力工作站硬件配置推薦
配置特點：CPU理想核數和高主頻、或GPU加速，硬盤高io大容量

NO	品牌與型號	配置規格	價格	備注
3.1	EX650i 23596-MBA	2顆Xeon 金牌4314(32核@3.5GHz)/96GB DDR4 /Quador P620 /2TB Pcie-SSD /8TB SATA企業級/塔式(750w)/24寸-2K圖顯	44500	超值型
3.2	EX650i 235128-MBA	2顆Xeon 金牌4316(40核@4.1GHz)/128GB DDR4 /Quador P620 /2TB Pcie-SSD /10TB SATA企業級/塔式(750w)/24寸-2K圖顯	53990	高性能型
3.3	EX650i 235128-MBC	2顆Xeon 金牌4316(40核@3.5GHz)/128GB DDR4 /RTX A4000 16GB /2TB Pcie-SSD /10TB SATA企業級/塔式(865w)/24寸-2K圖顯	66500	高性能GPU加速型
3.4	EX650i 233256-MBA	2顆Xeon 金牌6348(56核@3.3GHz)/256GB DDR4 /Quador T600 /2TB Pcie-SSD /16TB SATA企業級/塔式(865w)/24寸-2K圖顯	95000	超大規模計算型
3.5	EX650i 235256-MCD	2顆Xeon 金牌6342(48核@3.5GHz)/256GB DDR4 /RTX A5000 24GB/4TB Pcie-SSD /16TB SATA企業級/塔式(865w)/24寸-2K圖顯	122000	超大規模計算高性能全能型
3.6	Alpha750 433384-PCC	4顆Xeon 金5320H（80核@3.3GHz）/384GB /RTX A4000 16GB/960G SSD/4TB PCIeSSD /16TB SATA企業級/雙塔式(雙1000w)/27寸-4K圖顯	179990	超大規模計算全能多任務型
3.7	Alpha730 443384-PCD	4顆Xeon 金6256（48核@4.3GHz）/384GB /RTX A5000 24GB/960GB SSD/4TB PCIeSSD/2*16TB SATA企業級/雙塔式(雙1000w)/27寸-4K圖顯	275000	超大規模計算極致全能型
3.8	Alpha750 438768-PCE	4顆Xeon 鉑金8360H（96核@3.8GHz）/768GB / RTX A6000 48G /960GB SSD/ 4TB PCIeSSD/3*16TB SATA企業級/雙塔式(雙1000w)/27寸-4K圖顯	355000	超大規模計算極致多任務型