Разработка компьютерных технологий

и создание центра предсказательного

многоуровневого моделирования современных материалов,

процессов и устройств Борис Потапкин

ООО «Лаборатория Кинтех»

Представлено на заседании Рабочей Группы РСПП по проекту «Сколково»

Москва, 2011 г

Состояние дел на сегодня и цель проектаСостояние дел на сегодня и цель проекта

Традиционный способ создания новых материалов и технологий: эмпирический перебор

ИдеяИдея ПрототипПрототип ИспытанияИспытания Материал,технология

Материал,технология

Дорого Долго Отсутствие прямой связи с фундаментальной наукой Дорого Долго Отсутствие прямой связи с фундаментальной наукой

Роль моделирования сводится к описанию данных и экстраполяции в рамках модельных представленийРоль моделирования сводится к описанию данных и экстраполяции в рамках модельных представлений

ИдеяИдея МоделированиеМоделирование ПрототипПрототип Материал,технология

Материал,технология

Сокращение стоимости и времени разработки Снижение рисков Сокращение стоимости и времени разработки Снижение рисков

Предсказательное моделирование, основанное на детальном понимании структуры и механизма на атомистическом

уровне, предшествует созданию прототипа

Предсказательное моделирование, основанное на детальном понимании структуры и механизма на атомистическом

уровне, предшествует созданию прототипа

ИспытанияИспытания

многократно

Интегрированный подход, основанный на предсказательном моделировании

Результаты фундаментальных исследованийРезультаты фундаментальных исследований

Проблемы предсказательного моделирования Проблемы предсказательного моделирования и предпосылки их решенияи предпосылки их решения

Проблемы

Большие потребности в вычислительных ресурсах даже в рамках одного уровня

Невозможность прямой интеграции масштабов Отсутствие во многих случаях методов многоуровневого

моделирования Когнитивные проблемы (различные форматы данных,

языки программирования и т.п.) Научные исследования направлены на специализацию,

а не на интеграцию областей науки Нет эффективных программных средств

для управления распределёнными проектами

Разработка методов и инструментов для

нтегрированного многоуровневого моделирования

Разработка методов и инструментов для

нтегрированного многоуровневого моделирования

Предпосылки решения Экспоненциальный рост вычислительных мощностей (закон Мура), появление суперкомпьютеров

Разработка высокоэффективных компьютерных алгоритмов Развитие предсказательных теоретических методов

Использование высокопроизводительных

компьютерных вычислений и систем

Использование высокопроизводительных

компьютерных вычислений и систем

Решение

Эксперименты

Механизм горения

CWBCWB

Детальный дизайн камеры

сгорания

Эксперименты с моделью

Технология многоуровневого моделирования кинетики Технология многоуровневого моделирования кинетики и разработки механизмов процессов в химически активных средахи разработки механизмов процессов в химически активных средах

Термохимичес-кие и кинетические

данныеХимераХимера

Гидродинамика

FLUENTFLUENT

Квантово-химические

расчетыFireflyFirefly

Эксперименты

Уд

ар

ные

тр

убы

Пл

ам

ена

, пр

ото

чные

р

еа

ктор

ы

Уста

новка

б

ыстр

ого

сж

ати

я

База данных

KintechDB

База данных

KintechDB

Цикл разработки камер сгорания с использованием предсказательного моделированияЦикл разработки камер сгорания с использованием предсказательного моделирования

Эксперименты с моделью

Фундаментальные эксперименты

Эксперименты с моделью

Результаты расчетов эмиссионных характеристик камеры сгорания ГТУ

Результаты расчетов эмиссионных характеристик камеры сгорания ГТУ

температура

NO

Концентрация NO и CO в выхлопе турбины

при мощности ГТУ от 50% до 100%

Разработанная модель показала хорошее согласие с экспериментальными измерениями (различие не превышает 18%, а в номинальном режиме составляет 6%)

Основной источник эмиссии NO – диффузионное пилотное пламя Снижение расхода метана через пилотное пламя способствует снижению эмиссии NO

Технология многоуровневого моделирования кинетики и Технология многоуровневого моделирования кинетики и разработки механизмов процессов в химически активных средахразработки механизмов процессов в химически активных средах

Оценка рынка технологий многоуровневого моделированияОценка рынка технологий многоуровневого моделирования

Динамика рынка молекулярного моделирования в энергетике, нанотехнологиях и биомедицине

Полный объем рынка в промышленном секторе на 2010 год составляет $5.6 млрд., ежегодный рост ~50%

Распределение высокопроизводительных вычислений по областям применения (TOP500)

“… совокупная окупаемость инвестиций в инструменты и методы моделирования составляет до $9 на каждый вложенный

$1 ” Аналитический отчет IDC, 2004

“… совокупная окупаемость инвестиций в инструменты и методы моделирования составляет до $9 на каждый вложенный

$1 ” Аналитический отчет IDC, 2004

Доля молекулярного моделирования в общем объеме рынка высокопроизводительных вычислений 40%.

Технология многоуровневого моделирования кинетики и разработки механизмов процессов в химически активных средах для эффективной энергетики и получения новых материалов: $400 млн., ежегодный рост 15%

Технология многоуровневого моделирования и автоматизированного проектирования оптических метаматериалов и устройств на их основе: $490 млн., ежегодный рост 50%

Рынок M3T технологий, разрабатываемых в первой фазе проекта

Место на рынке

Дви

гате

ли,

пол

учен

ие м

атер

иало

в, х

имич

ески

е ре

акто

ры

Material Studio Material Studio (Accelrys, USA),(Accelrys, USA),

VASP (Wien University),VASP (Wien University),Gromacs Gromacs

((Свободный софтСвободный софт))

Micro Meso MacroА нм мкм мм см м

Сле

дую

щие

шаг

иТе

кущ

аая

фаз

а пр

оект

а

Сол

нечн

ые

бата

реи,

све

тоди

оды

,оп

тиче

ские

хем

осен

соры

Gaussian (Gaussian, USA), Gaussian (Gaussian, USA), Jaguar (Schrodinger, USA),Jaguar (Schrodinger, USA),

Material Studio Material Studio (Accelrys, USA)(Accelrys, USA)

Технология многоуровневого моделирования и автоматизированного проектирования оптических метаматериалов (Кинтех Лаб)

SETFOS SETFOS (Fluxim, Switzerland),(Fluxim, Switzerland),

SimOLED SimOLED (Sim4tec, Germany),(Sim4tec, Germany),

GEMS (2COMU, USA),GEMS (2COMU, USA),EMPro (AT, USA)EMPro (AT, USA)

Вычислительная Вычислительная гидродинамикагидродинамика::

CFX (Ansys, USA),CFX (Ansys, USA),FLUENT FLUENT

(Ansys, USA),(Ansys, USA),Star CD Star CD

(Adapco, USA)(Adapco, USA)

Эле

ктри

ческ

ие б

атар

еи,

супе

ркон

денс

атор

ы,

MEM

S, н

аноэ

летр

оник

а

Технология многоуровневого моделирования…

Технология многоуровневого моделирования кинетики и разработки механизмов процессов (Кинтех Лаб)

ChemkinChemkin ( (Reaction Reaction Design, USA),Design, USA),

Cosilab (ROTEXO, Cosilab (ROTEXO, Germany)Germany)

Предлагаемые технологии не имеют прямых аналогов на рынке по многоуровневости, степени интеграции, широте охвата, простоте и удобству пользования

Предлагаемые технологии не имеют прямых аналогов на рынке по многоуровневости, степени интеграции, широте охвата, простоте и удобству пользования

Задел и партнеры проектаЗадел и партнеры проекта

Команда проекта имеет большой опыт в выполнении НИОКР в области многоуровневого моделирования по заказам ведущих международных компаний (GE, Intel, Motorola,…) и исследовательских центров (> 80 контрактов за последние 7 лет). Разработаны программы, являющиеся компонентами технологий многоуровневого моделирования: Chemical Workbench и Khimera (> 200 пользователей), FDTD-II, MD-kMC, KintechDB.

Исследовательский центр компании General ElectricЗаключено соглашение, гарантирующее компании «Лаборатория Кинтех» заказы на выполнение НИР на сумму $600,000 ежегодно в течение трех лет по тематике проекта.Интел Ведутся совместные разработки моделирующих программ в микроэлектронике и биомедицине.

НИЦ «Курчатовский Институт»Ведущий научно-исследовательский центр в области индустрии наносистем и материалов, а также энергетики и энергосбережения.

Центр фотохимии Российской Академии Наук

Уве Ридель, профессор, руководитель отдела кинетики Института технологий горения, Центра Аэрокосмических Исследований,

Штуттгарт, Германия.

Михаил Фрэнклах, профессор Калифорнийского Университета, Беркли, США.

Проекты: автор механизма GRIMECH, интернет-платформа PRIME.

Сатурн, GE, Intel, Freescale, Siemens, Qualcomm, Daimler AG, UOP, ExxonMobil, Лукойл.

Иностранные участники:

Ключевые партнеры:

Основные заказчики:

Схема коммерциализации и бизнесСхема коммерциализации и бизнес--модельмодель

Программное обеспечение. Продажа компьютерных программ, поддержка клиентов, разработка дополнительных программных модулей по заказу.

Программное обеспечение как услуга (SaaS). Предоставление удаленного доступа через веб-интерфейс к программным продуктам, базам данных, системе запуска расчетов на суперкомпьютере.

Сервис-проекты. Выполнение НИОКР по заказам высокотехнологичных компаний с использованием разработанных технологий.

Сервис-данные. Предоставление результатов расчетов свойств материалов и характеристик процессов через Центр Данных (e-Data Center) в сети Интернет.

Создание экспертного центра по предсказательному моделированию на базе Сколково.

Планируемый годовой оборот компании через 5 лет $30-$100 млн

Планируемый годовой оборот компании через 5 лет $30-$100 млн

Первая фаза. Средства для обеспечения работ на первом этапе будут получены от выполнения исследовательских проектов по заказам компаний, грантовое финансирование (гранты МинОбрНауки, Европейского союза, Сколково).

Винчестерный механизм: средства и базовые компоненты ПО, полученные в результате успешного выполнения первой фазы проекта, будут использованы для последующего развития в новых областях.

Основные направления коммерциализации технологий М3Т технологий

Бизнес-модель

Конкурентные преимуществаКонкурентные преимущества

Технология М3Т в десятки раз уменьшает количество вариантов, подлежащих экспериментальной реализации, существенно сокращая стоимость и время разработки и снижая риски, связанные с инновационными исследованиями и разработками.

Методы многоуровневого моделирования устанавливает связь между фундаментальной наукой на атомном масштабе и инженерными разработками, обеспечивая их ценной информацией, которая зачастую является критической для развития современных технологий.

Высокие темпы роста рынка (до 50% в год) с высоким коэффициентом возврата инвестиций.

Проект основывается на уникальном опыте выполнения проектов в предметной области по заказу промышленных высокотехнологических компаний командой экспертов мирового уровня.

Участниками проекта построена успешно работающая компания с оборотом > $1 млн. в предметной области проекта. Компоненты предлагаемых технологий имеют более 200 пользователей по всему миру.

Предлагаемые технологии не имеют прямых аналогов на рынке по многоуровневости, степени интеграции, широте охвата, простоте и удобству пользования.

Высокий интерес ведущих западных и российских компаний к разрабатываемым технологиям.