踏雪觅径：探索材料软件的自主可控之路

踏雪觅径：探索材料软件的自主可控之路 报告要点 材料软件分为材料发现软件和材料计算软件，前者对应“预测”，后者对应 “仿真”。材料研发流程是“预测-验证”。在预测阶段，材料发现软件通过大数据和机器学习，找到材料成分、结构和性能参数之间关系的规律，由期望的性能参数，得到材料的预测列表。在验证阶段，材料计算软件通过初始材料和环境的数据计算出最终的性能参数，实现“模拟实验”。 联系人王何梦雅：13367000172：w anghemengya@wkzq.com.cn 材料软件能降本增效。传统的材料研发是“试错法”，费时费力，新材料从研发到产业化应用大约需要10-20年。根据美国材料基因组计划的报告，若应用先进的ICME研发模式和材料软件，能节省一半传统研发时间。 材料软件开发难度大。材料发现软件的核心是大数据和机器学习技术，有限的数据、昂贵的算力和算法的局限性是其发展的限制。材料计算软件发展较为成熟，核心是将不同场景的计算方法转化为代码，形成不同计算模块，发展的难点在于多尺度计算的融合。 全球：材料软件发展成熟，市场天花板不高。材料发现软件多创新企业，Citrine是领先者；材料计算软件市场基本被传统工业软件巨头公司垄断，如达索的Material Studio、新思的QuantumATK，“小而美”的公司在细分领域有一定地位。同时，国外材料软件的商业价值不高：Material Studio的母公司Accelry，2014年被达索收购的金额约为7.5亿美元，商誉为4. 5亿美元；2023年材料发现软件公司Citrine Informatics估值约仅不到1亿美元。 资料来源：Wind，聚源 国内材料软件公司与国际存在差距。我国企业材料研发数字化程度低，尚未开始使用材料发现软件，材料计算软件渗透率低，市占率最高的是MaterialStudio。国内产品在计算场景、计算方法和数据库的丰富程度上和国外仍有差距。目前Material Studio对我国军方禁用，对我国新材料产业的自主可控产生了不利影响。 材料软件作为新材料产业必不可少的效率工具，如何实现自主可控？材料软件的开发难度大，材料软件的商业价值不高，很难完全依靠市场化的方式实现材料软件的自主可控，可能需要非市场化的方式推动国产材料软件的发展。 风险提示： 1、材料计算、AI、算力等行业发展不及预期；2、国产化进程不及预期；3、第三方数据有失真实性。 内容目录 一、什么是材料软件？....................................................................................................................................4 （一）传统研发方式依赖人来试错，数字化研发方式极大提高了效率............................................................4（二）发现阶段：AI+材料大大提高效率，但目前局限明显............................................................................51、大数据和机器学习是材料发现软件的核心..........................................................................................52、有限的数据、昂贵的算力和算法的局限性，是材料发现阶段的限制...................................................6（三）验证阶段：材料计算软件可以计算多尺度问题，难点在于融合............................................................71、材料计算软件偏向微观和介观尺度的仿真..........................................................................................72、多尺度计算平台是大势所趋，但进展有限..........................................................................................83、材料计算软件产品成熟，将不同场景的计算模块化是核心.................................................................9 二、全球材料软件发展成熟，市场天花板不高..........................................................................................11 （一）材料发现软件多创新企业，材料计算软件多使用国外工业软件巨头的产品..........................................11（二）国外材料软件市场价值低，难以通过自身形成极具商业利润的公司...................................................12 四、国内材料软件公司的发展需要用非市场化手段解决..........................................................................13 附录1、材料软件和传统工业软件的区别...................................................................................................14 附录2、学术类材料软件多“小而美”............................................................................................................15 附录3、研发方式：从MGI到ICME，“数据驱动”是基础，“全生命周期”“集成”是进步.......................15 （1）ICME：概念的发展推动研发范式的转变.............................................................................................17（2）材料基因组计划：建设材料研发的基础设施........................................................................................18 风险提示..........................................................................................................................................................20 图表目录 图表1：数字化研发方式能降本增效........................................................................................................................................................................5图表2：材料发现软件Citrine工作原理..................................................................................................................................................................5图表3：材料发现软件Matminer工作原理.............................................................................................................................................................5图表4：高通量计算的典型案例1.............................................................................................................................................................................6图表5：高通量计算的典型案例2.............................................................................................................................................................................6图表6：QuantumATK晶界建模示例.......................................................................................................................................................................7图表7：Material Stuidio原子建模...........................................................................................................................................................................7图表8：微观、介观、宏观尺度刻画的时间与长度..............................................................................................................................................8图表9：微观、介观、宏观尺度研究对象................................................................................................................................................................8图表10：什么是多尺度？——以编织为例..............................................................................................................................................................9图表11：复合材料软件Digmat中编织模块Fiberism的示例..........................................................