（一）Materials Studio材料模拟软件介绍

Materials Studio（简称MS）是分子模拟领域内的多种模拟方法以及建模可视化性质分析工具。提供三维结构模型，对各种晶体、无定型以及高分子材料的性质及相关过程进行深入的研究。可以从电子、原子以及高分子的角度去分析物质的结构与性质 利用的主要方法为：以密度泛函为主的量子力学模拟方法、分子力学和分子动力学模拟方法、蒙特卡罗模拟法、介观动力学(MesoDyn)和耗散粒子动力学（DPD）、统计方法QSAR等多种先进算法和X射线衍射分析等仪器分析方法，根据系统中的原子、分子的类型和数目，研究、预测材料的相关性质。模拟的内容包括了催化剂、聚合物、固体及表面、界面、晶体与衍射、化学反应等材料和化学研究领域的主要课题。

（二）Materials Studio软件计算特点

2.1 MS求解器支持单机CPU、GPU卡、MPI多机集群情况

如何配置一台具有高性能能力的图形工作站（CPU、内存、硬盘、显卡），需要对其算法特点、以及计算规模进行分析

No	分类	模块	功能描述	CPU并行	GPU加速	集群
1	可视化分析	Materials Visualizer	材料可视化工具 搭建分子、晶体及高分子材料结构模型
2	量子力学类	DMol³	密度泛函量子力学程序原子轨道线性组合法，计算能带、态密度	√		√
		CASTEP	材料科学量子力学程序平面波赝势密度泛函法，模型较小，包含数十、乃至数百个原子	√		√
		NMR CASTEP	MS CASTEP的扩展模块 晶胞进行几何优化，若精度要求较高	√
		ONETEP	进行线性标度密度泛函模拟	√		√
		DFTB+	半经验量子力学程序 密度泛函的紧束缚法模拟体系大,对数千个原子体系进行模拟	√		√
		VAMP	半经验量子力学程序 原子轨道线性组合方法，对于涉及电子得失或转移的过程（诸如涉及化学反应的过程）的模拟
		Cantera	化学反应速率方程求解器
		QMERA	量子力学与分子力学的杂化方法	√
3	分子力学与分子动力学类	COMPASS	对凝聚态材料进行原子水平模拟的功能强大的力场，模型中等大小，包含数千至数万个原子	√
		Forcite Plus	分子和周期性体系的经典力学模拟工具	√	√	√
		GULP	基于分子力场的晶格模拟程序	√		√
		Equilibria	计算烃类化合物单组分体系或多组分混合物的相图
		Sorption	预测基础性质，比如吸附等温线（或加载曲线）和亨利常数
		Mesocite		√	√	√
4	蒙特卡洛类	Amorphous Cell	对复杂的无定型系统建立有代表性的模型，并对主要性质进行预测，模型较大，包含大量的原子（数万乃至更多）
		Adsorption Locator	蒙特卡洛退火方法
		Blends
		Conformers	为柔性分子结构提供构像搜索算法和分析工具
		Sorption	巨正则蒙特卡洛法 预测基础性质，比如吸附等温线（或加载曲线）和亨利常数
5	高分子与介观模拟类	Synthia	提供对聚合物材料性质的快速预测：包括热力学、力学和输运性质等。
		Blends	预测相的行为及得到相图。
		DPD
		Mesocite	分子力学工具集，粗粒化分子动力学以及耗散粒子动力学两种方法	√	√	√
		MesoDyn	动态平均场密度泛函方法	√		√
		MesoPro
6	晶体、结晶与X射线衍射类	Polymorph Predictor	蒙特卡洛模拟退火法 多晶型预测	√
		Morphology	形态学
		X-Cell	指示中等和高质量的粉末衍射数据，包括来自 X 光、中子或是电子辐射源的衍射数据
		Reflex	模拟晶体材料的X光、中子以及电子等多种粉末衍射图谱
		Reflex Plus
		Reflex QPA
		CCDC
7	定量结构-性质关系类	QSAR
		QSAR Plus	利用光学物理化学性质来鉴定化合物
		Synthia

计算规模划分

≤ 100个原子  ab initio/DFT
100~200个原子  半经验
＞200个原子   用QM/MM模型
从而找出更好的算法，通过分析算法，给出最佳的硬件配置

2.2 MS材料模拟建模计算特点
如何既保证建模模型流畅，又保证配置合理，计算速度理想具体情况具体分析，
建模就是画出三维图形，创建原子3D模型、流畅旋转、移动等，对应硬件要求：
CPU ：更高的主频，
内存容量：≥48GB
显卡：容量≥8GB，支持OpenGL，nvidia图卡
显示器：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 量子力学类算法计算特点
主要算法是密度泛函理论（DFT），计算规格是平面波数量的3 次方成正比（N3），
硬件配置特点：CPU有限多核并行、内存带宽、内存容量是重点

第一类，密度泛函（DFT）: 内存容量大，大量I/O临时文件
第二类：平面波赝势密度泛函: CPU算力、内存容量、内存带宽
如果追求最快算力，只有四路Xeon架构最合适（高主频+并行核数+24通道）

2.4 分子力学与分子动力学类算法计算特点
经典分子动力学模拟中，计算成本取决于原子数N，分子动力学不会占用太多内存，以CPU算力为主，由于输出大量轨迹数据，需要大容量硬盘，
硬件配置特点：CPU  算力越大越好， GPU  Mesocite、Forcite模块支持单GPU卡，加速，硬盘配备大容量

（三）Materials Studio工作站硬件配置推荐

西安坤隆计算机科技有限公司专注于图形工作站应用，为软件要求提供合理计算架构，我们通过对Materials Studio材料模拟软件和其主要算法计算特点资料查阅、分析和重要功能模块测试，以intel最新计算架构为主，给出高效率精准配置工作站硬件配置方案，每台计算工作站通过经验丰富的工程师整机、系统级优化，以及在线技术支持，保证机器三年内处于高速、高效、可靠运行状态。

相关机型 A300/H390、EX650i、Alpha730/Alpha750

3.1 Materials Studio三维建模可视化硬件配置推荐
配置关键点：CPU高主频，内存容量尽可能高，高显存专业图卡，高分辨率显示器

NO	品牌与型号	配置规格	价格	备注
1.1	AX300 14964-MAC	Intel 11代高频处理器（6核@4.9GHz）/64GB/RTX4000 8GB /1TB PCIeSSD /4TB SATA企业级/塔式(750w)/24寸-2K图显	36500	高性价比
1.2	AX300 150128-MAC	Intel 11代高频处理器（8核@5.0GHz）/128GB/RTX A4000 16GB/1TB PCIeSSD /4TB SATA企业级/塔式(750w)/24寸-2K图显	46500	高性能型
1.3	H390 151128-MBD	Intel 11代高频处理器(10核@5.1GHz)/128GB/ RTX A5000 24GB/2TB PCIeSSD /4TB SATA企业级/塔式(750w)/24寸-2K图显	67000	极致型
1.4	EX650i 233256-MBB	2颗Xeon 金牌4316(40核@4.1GHz)/256GB DDR4 /RTX  A5000 24GB/2TB Pcie-SSD /6TB SATA企业级/塔式(750w)/27寸-4K图显	88000	全能高效型
1.5	Alpha730 441384-SCC	4颗Xeon 金牌6246(48核@4.1GHz)/384GB DDR4 /RTX A4000 16GB /3.84TB SSD /16TB SATA企业级/塔式(750w)/27寸-4K高清图显	218000	全能高速型
1.6	Alpha750 441768-SCD	4颗Xeon 金牌6328H(64核@3.7GHz)/768GB DDR4 /RTX A5000 24GB /3.84TB SSD /16TB SATA企业级/塔式(750w)/27寸-4K图显	226000	全能多用户多任务型

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