Materials Studio材料建模与模拟计算工作站方案2021v4
重点
（1）Materials Studio材料模拟软件计算特点
（2）Materials Studio三维建模/可视化硬件配置推荐
（3）Materials Studio量子力学工作站硬件配置推荐
（4）Materials Studio分子力学与分子动力工作站硬件配置推荐
（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 |
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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 |
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| Cantera | 化学反应速率方程求解器 | |||||
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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 |
√ |
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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） |
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| 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 |
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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 |
√ |
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| 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 |
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| 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 |
3.2 Materials Studio量子力学工作站硬件配置推荐
配置特点：CPU理想核数和高主频，内存带宽最大化、容量尽可能高
NO |
品牌与型号 |
配置规格 |
价格 |
备注 |
2.1 |
EX650i 235192-MAA |
2颗Xeon 金牌4314(32核@3.5GHz)/192GB DDR4 /Quador P620 /1TB Pcie-SSD /6TB SATA企业级/塔式(750w)/24寸-2K图显 |
48500 |
超值型 |
2.2 |
EX650i 235256-MAA |
2颗Xeon 金牌4316(40核@4.1GHz)/256GB DDR4 /Quador P620 /1TB Pcie-SSD /6TB SATA企业级/塔式(750w)/24寸-2K图显 |
59000 |
高性能型 |
2.3 |
EX650i 233256-MBA |
2颗Xeon 金牌5320(52核@3.3GHz)/256GB DDR4 /Quador T600 /2TB Pcie-SSD /8TB SATA企业级/塔式(750w)/24寸-2K图显 |
72000 |
高性能加强型 |
2.4 |
EX650i 233512-MBA |
2颗Xeon 金牌6348(56核@3.3GHz)/512GB DDR4 /Quador T600 /2TB Pcie-SSD /10TB SATA企业级/塔式(750w)/24寸-2K图显 |
110000 |
超大规模计算型 |
2.5 |
Alpha730 441384-SCB |
4颗Xeon 金6246（48核@4.1GHz）/384GB /QuadroP2000 /3.84TB SSD/16TB SATA企业级/双塔式(双1000w)/27寸-4K图显 |
210000 |
超大规模计算完美型 |
2.6 |
Alpha730 443768-SCB |
4颗Xeon 金6256（48核@4.3GHz）/768GB /QuadroP2000 /3.84TB SSD/2*16TB SATA企业级/双塔式(双1000w)/27寸-4K图显 |
268000 |
超大规模计算极致型 |
2.7 |
Alpha750 433768-SCB |
4颗Xeon 金5320H（80核@3.3GHz）/768GB /QuadroP2000 /3.84TB SSD/2*16TB SATA企业级/双塔式(双1000w)/27寸-4K图显 |
185000 |
超大规模计算多任务型 |
2.8 |
Alpha750 4331T-PCB |
4颗Xeon 铂金8360H（96核@3.8GHz）/1.5TB /QuadroP2000 /4TB PCIeSSD/2*16TB SATA企业级/双塔式(双1000w)/27寸-4K图显 |
355000 |
超大规模计算极致多任务型 |
3.3 Materials Studio分子力学与分子动力工作站硬件配置推荐
配置特点：CPU理想核数和高主频、或GPU加速，硬盘高io大容量
NO |
品牌与型号 |
配置规格 |
价格 |
备注 |
3.1 |
EX650i 23596-MBA |
2颗Xeon 金牌4314(32核@3.5GHz)/96GB DDR4 /Quador P620 /2TB Pcie-SSD /8TB SATA企业级/塔式(750w)/24寸-2K图显 |
44500 |
超值型 |
3.2 |
EX650i 235128-MBA |
2颗Xeon 金牌4316(40核@4.1GHz)/128GB DDR4 /Quador P620 /2TB Pcie-SSD /10TB SATA企业级/塔式(750w)/24寸-2K图显 |
53990 |
高性能型 |
3.3 |
EX650i 235128-MBC |
2颗Xeon 金牌4316(40核@3.5GHz)/128GB DDR4 /RTX A4000 16GB /2TB Pcie-SSD /10TB SATA企业级/塔式(865w)/24寸-2K图显 |
66500 |
高性能GPU加速型 |
3.4 |
EX650i 233256-MBA |
2颗Xeon 金牌6348(56核@3.3GHz)/256GB DDR4 /Quador T600 /2TB Pcie-SSD /16TB SATA企业级/塔式(865w)/24寸-2K图显 |
95000 |
超大规模计算型 |
3.5 |
EX650i 235256-MCD |
2颗Xeon 金牌6342(48核@3.5GHz)/256GB DDR4 /RTX A5000 24GB/4TB Pcie-SSD /16TB SATA企业级/塔式(865w)/24寸-2K图显 |
122000 |
超大规模计算高性能全能型 |
3.6 |
Alpha750 433384-PCC |
4颗Xeon 金5320H（80核@3.3GHz）/384GB /RTX A4000 16GB/960G SSD/4TB PCIeSSD /16TB SATA企业级/双塔式(双1000w)/27寸-4K图显 |
179990 |
超大规模计算全能多任务型 |
3.7 |
Alpha730 443384-PCD |
4颗Xeon 金6256（48核@4.3GHz）/384GB /RTX A5000 24GB/960GB SSD/4TB PCIeSSD/2*16TB SATA企业级/双塔式(双1000w)/27寸-4K图显 |
275000 |
超大规模计算极致全能型 |
3.8 |
Alpha750 438768-PCE |
4颗Xeon 铂金8360H（96核@3.8GHz）/768GB / RTX A6000 48G /960GB SSD/ 4TB PCIeSSD/3*16TB SATA企业级/双塔式(双1000w)/27寸-4K图显 |
355000 |
超大规模计算极致多任务型 |
上述所有配置，代表最新硬件架构，欢迎交流；欲咨询机器处理速度如何、技术咨询、索取详细技术方案，提供远程测试，请联系
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