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在2024至2025年的科技版图中,人工智能驱动的科学发现(AI for Science, AI4S)已跨越了概念验证的“死亡之谷”,正式进入工业化部署与基础设施整合的关键阶段。这一转变不仅是算法层面的迭代,更是科研范式从“经验试错”向“计算预测”的根本性迁移。
分析表明,AI4S领域正呈现出鲜明的“三层分化”格局:
基础设施与工业层(Infrastructure & Industry Layer): 以玻尔(Bohrium)和腾讯AI4S为代表。前者通过“深势·宇知”大模型体系确立了在微观粒子模拟与材料科学领域的操作系统地位,深度绑定宁德时代等行业巨头,解决新能源研发的“卡脖子”问题;后者依托腾讯云的强大算力与“混元”医疗大模型,通过与辉瑞(Pfizer)的战略合作,打通了从药物研发(湿实验)到患者服务(微信生态)的商业闭环。这一层级的业务紧迫性最高,直接关联产业生存与国家战略安全。
国家基座与学术层(National Foundation & Academic Layer): 以中国科学院自动化研究所发布的ScienceOne为核心。作为“科学大脑”,ScienceOne致力于构建自主可控的科学智能基座,通过多模态科学大模型解决跨学科复杂问题。其技术成熟度极高,具备处理亿级文献与调度数百种科学工具的能力,但在商业化路径上更侧重于国家科研效率的提升而非直接盈利。
用户工具与效用层(User Utility & Tool Layer): 以SCAICH和PaperRed为典型。SCAICH利用AI Agent技术重构了学术文献的检索路径,解决了Sci-Hub庞大数据库的自然语言交互问题;PaperRed则在学术诚信与AIGC检测的博弈中寻找生存空间。这一层级通过解决用户的具体痛点(如文献获取难、查重降重需求)获取流量,但在合规性与长期护城河构建上面临挑战。
本系列报告将严格遵循“技术成熟度”与“业务紧迫性”的双维评估框架,深入剖析各实体在算法演进、商业模式、生态构建及未来风险方面的表现,旨在为决策者提供一份兼具战略高度与执行细节的参考指南。
玻尔平台简介
摘要:
本研究旨在探讨在“AI for Science”范式驱动下,高性能计算基础设施向云原生模式转型的路径与价值。通过深入解构深势科技开发的玻尔(Bohrium)科研空间站,本研究采用技术架构分析与多维案例研究相结合的方法,从基础设施层与工业应用层两个维度进行了系统评估。结果表明,在基础设施层面,Bohrium通过Lebesgue Utility作业调度系统、容器化隔离技术及竞价实例动态计费模式,有效解决了科研算力的“潮汐效应”与成本瓶颈;其独创的“惰性计算”与“零拷贝”机制显著提升了异构计算效率。在应用层面,平台集成了DeepMD-kit与Uni-Mol等核心算法,成功助力宁德时代、中石化等企业实现了从微观机理模拟到宏观工业设计的跨尺度贯通,将研发周期缩短数倍并创造了显著经济效益。结论认为,Bohrium平台代表了科研计算的未来趋势,通过构建“算法-算力-数据”闭环,为材料科学与生物医药领域的数字化转型提供了关键支撑。
关键词:AI for Science;云原生高性能计算;玻尔平台;分子动力学;工业研发数字化Deep Analysis of Bohrium Platform: Cloud-Native HPC Architecture and AI4S Industrial Applications
Abstract:
This study aims to explore the transformation path and value of high-performance computing infrastructure towards a cloud-native model under the "AI for Science" paradigm. By deconstructing the Bohrium Scientific Research Space Station developed by DP Technology, this research adopts a combination of technical architecture analysis and multi-dimensional case studies to systematically evaluate the platform from both infrastructure and industrial application layers. The results indicate that at the infrastructure level, Bohrium effectively resolves the "tidal effect" of scientific computing power and cost bottlenecks through its Lebesgue Utility job scheduling system, containerized isolation technology, and spot instance dynamic billing model. Its original "Lazy Evaluation" and "Zero-Copy" mechanisms significantly improve heterogeneous computing efficiency. At the application level, the platform integrates core algorithms such as DeepMD-kit and Uni-Mol, successfully assisting enterprises like CATL and Sinopec in achieving cross-scale integration from microscopic mechanism simulation to macroscopic industrial design, shortening R&D cycles by several times and creating significant economic benefits. The conclusion suggests that the Bohrium platform represents the future trend of scientific computing, providing critical support for the digital transformation of materials science and biomedicine by constructing a closed-loop of "Algorithm-Compute-Data".
Keywords: AI for Science; Cloud-Native HPC; Bohrium Platform; Molecular Dynamics; Digital Industrial R&D执行摘要
在“AI for Science”(AI4S)范式重塑全球科研与工业研发格局的当下,高性能计算(HPC)基础设施正经历着从传统的“计算中心模式”向“云原生智能计算模式”的剧烈转型。传统的超算架构,受限于静态的资源调度、复杂的环境配置以及高昂的准入门槛,已难以适应现代分子动力学(MD)、电子结构计算以及科学大模型训练所需的弹性与高吞吐量需求。本报告旨在对深势科技(DP Technology)开发的 玻尔(Bohrium)科研空间站 进行详尽的解构与分析。
本研究将Bohrium平台剖析为两个核心维度: 基础设施层(Infrastructure Layer)与工业应用层(Industry Layer) 。在基础设施层面,Bohrium通过独创的Lebesgue Utility作业管理系统、容器化的环境隔离技术以及类似于公有云“竞价实例(Spot Instance)”的动态计费模式,成功解决了科研算力“潮汐效应”带来的成本与效率矛盾。其“惰性计算(Lazy Evaluation)”与“零拷贝(Zero-Copy)”通信机制,有效突破了异构计算中的PCIe带宽瓶颈,为Python原生科学计算提供了接近底层的执行效率。
在工业应用层面,Bohrium不仅仅是算力的堆砌,更是领域知识的载体。通过集成DeepMD-kit(深度势能)、Uni-Mol(分子表征大模型)等核心算法,以及Piloteye(电池设计)、Hermite(药物设计)等垂直应用平台,Bohrium实现了从微观机理模拟到宏观工业设计的跨尺度贯通。本报告通过深入剖析其在 新能源电池(宁德时代案例) 、 石油化工(中石化案例)以及生物医药 领域的落地实践,揭示了该平台如何帮助企业将研发周期缩短数倍,并创造出数千万美元的直接经济效益。第一章:科学计算的新范式与玻尔平台的诞生1.1 从试错实验到理性设计的演进
在过去的数个世纪里,科学发现主要依赖于以爱迪生为代表的“试错法”(Edisonian Approach)。无论是在寻找更耐用的灯丝,还是筛选更高效的电池电解液,研发人员往往需要在巨大的化学空间中进行随机游走式的实验。这种方法不仅成本高昂、周期漫长,而且产生的数据往往是碎片化、非结构化的,难以被复用。
随着量子力学与计算机科学的发展,基于第一性原理(First Principles)的计算模拟成为可能。通过求解薛定谔方程(如密度泛函理论DFT),科学家可以在原子层面预测材料的性质。然而,传统DFT计算的计算复杂度随原子数量呈立方级增长(O(N³)),这使得它难以处理超过数千个原子或纳秒级时间尺度的体系。
“AI for Science”范式的出现,打破了精度与效率的“跷跷板”困境。以DeepMD-kit为代表的深度势能方法,利用神经网络拟合第一性原理产生的势能面,既保留了量子力学的精度,又具备了经典力学的计算速度(线性复杂度 O(N))。这种能力的爆发,对底层计算设施提出了全新的挑战:计算不再是偶尔的辅助手段,而是研发流程的核心引擎;作业规模不再是单一的大型任务,而是海量的高通量并发任务。玻尔(Bohrium)平台正是在这一背景下应运而生。1.2 传统超算的局限性与云原生架构的崛起
传统的超算中心(Supercomputing Centers)通常采用SLURM或PBS等调度系统,用户需要预先申请机时、排队等待,且往往面临着软件环境配置的“依赖地狱”(Dependency Hell)。例如,一个复杂的MD模拟可能依赖于特定版本的CUDA、GCC编译器以及数十个Python库,环境的微小差异都可能导致结果无法复现。
此外,科研负载具有极强的“突发性”(Bursty)。在模型训练阶段,研究组可能在几天内需要数百张GPU卡;而在数据分析阶段,可能仅需要一台低配CPU服务器。传统自建集群或超算中心的静态配额模式,导致了严重的资源闲置或排队拥堵。
Bohrium平台采用了云原生(Cloud-Native)的PaaS(平台即服务)架构。它通过容器技术(Docker)实现了计算环境的标准化与可移植性,确保了“一次构建,到处运行”;通过对接公有云的弹性资源池,它能够实现近乎无限的算力扩容;通过按秒计费与竞价机制,它极大地降低了算力成本。Bohrium不仅是一个计算平台,更是一个连接算法开发者、算力提供方与工业用户的生态系统。第二章:基础设施层深度解析——架构逻辑与技术实现
Bohrium的核心价值在于其基础设施层对底层硬件复杂度的抽象。用户无需关心底层的服务器型号、网络拓扑或驱动版本,只需关注科研任务本身。这一层主要由Lebesgue Utility调度系统、异构计算虚拟化技术以及高效的数据存储与传输机制构成。2.1 核心调度引擎:Lebesgue Utility
Bohrium的作业管理系统被称为 Lebesgue Utility (简称 lbg)。与传统的批处理脚本不同,lbg 是一套基于命令行接口(CLI)的现代化作业编排工具。它的设计哲学借鉴了微服务架构中的任务分发理念,将复杂的科学计算任务封装为标准化的JSON对象。2.1.1 任务抽象与容器化
在Lebesgue体系中,每一个计算作业(Job)本质上都是在一个独立的容器(Container)中运行的。这种设计带来了两大优势:环境隔离与复现性:
传统的HPC环境中,全局安装的库经常发生冲突。而在Bohrium中,用户通过指定镜像(Image)来定义运行环境。例如,针对DeepMD-kit的任务,用户可以直接拉取 dp.tech/dptech/deepmd-kit:2.1.5-cuda11.6 镜像,该镜像内部已经预装了经过优化的LAMMPS、PLUMED以及所有必要的CUDA库。这种“代码即基础设施”(Infrastructure as Code)的实践,彻底解决了科研中的复现性危机。动态资源绑定:
作业提交时,用户无需指定物理节点的IP或队列。Lebesgue调度器会根据作业描述中的资源需求(如 gpu_type: "V100", number_of_gpu: 1),自动在云端资源池中寻找匹配的实例,并在几秒钟内完成容器的拉起。2.2 计算资源的双模态管理:管理节点与计算节点
为了优化成本结构,Bohrium将计算资源严格划分为 管理节点(Management Node)与计算节点(Compute Node) ,这种分离机制是其经济模型的核心。2.2.1 管理节点:持久化的指挥中心
管理节点类似于传统超算的“登录节点”(Login Node),但它是用户独享的轻量级虚拟机或容器。功能定位:
用于编写代码、准备输入文件、提交作业、监控进度以及进行轻量级的数据后处理(如绘图、简单统计)。成本特性:
通常配置较低(如2核CPU,4G内存),价格低廉。用户可以长时间保持开启状态,作为其在云端的“个人工作站”。交互方式:
支持Web Shell(浏览器内的终端)、SSH远程连接以及VS Code Remote开发。2.2.2 计算节点:弹性的算力引擎
计算节点是实际执行繁重科学计算任务的地方。生命周期:
它们是瞬态的(Ephemeral)。当作业开始时创建,作业结束时立即销毁。计费逻辑:
仅在作业运行期间计费。这意味着用户在准备数据或分析结果时,无需为昂贵的GPU(如A100/H100)支付每小时数美元的费用。硬件异构性:
Bohrium支持多种架构,包括多核CPU以及各类高性能GPU(NVIDIA V100, A100, H100等)。平台会自动适配不同硬件的驱动程序。2.3 极致性能优化:惰性通信与零拷贝机制
在Python生态中进行高性能计算,最大的瓶颈往往在于Python解释器与底层C/C++/CUDA内核之间的数据传输,以及全局解释器锁(GIL)带来的开销。Bohrium在运行时层面进行了深度优化。2.3.1 Lazy CPU/GPU Communication(惰性通信)
Bohrium运行时引入了“惰性求值”(Lazy Evaluation)策略。当Python代码调用Bohrium数组操作时,系统并不会立即执行计算,而是构建一个计算图(Computation Graph)。只有当数据被显式访问(如打印结果、保存文件)或必须进行流控制时,计算图才会被发送到后端引擎执行。
优势:这种机制允许运行时引擎对操作序列进行融合(Kernel Fusion),减少了内核启动的开销,并最小化了CPU与GPU之间的数据传输次数。对于迭代次数极多、单步计算量较小的MD模拟,这种优化至关重要。2.3.2 Zero-Copy Interoperability(零拷贝互操作)
为了融入现有的科学计算生态,Bohrium实现了与NumPy、PyTorch、CuPy等库的“零拷贝”互操作。
机制:Bohrium可以直接通过指针共享内存地址,而无需在不同库的内存空间之间复制数据。这不仅节省了内存,更极大地降低了延迟。
兼容性:用户只需使用 python -m bohrium 启动脚本,即可让标准的NumPy代码自动获得Bohrium的加速能力,无需修改源代码。2.4 文件系统与数据可视化架构
Bohrium的文件系统设计兼顾了性能与便利性。分层存储:/personal
:用户私有存储,默认500GB。用于存放个人代码、配置和草稿数据。/share
:项目共享存储,默认1TB。用于存放大型数据集、训练好的模型以及团队协作文件。这种设计天然支持多人协作的科研模式。智能文件识别:
平台内置了对科学数据格式的解析引擎。当用户在文件管理器中浏览时,系统会根据后缀名(如 .poscar, .lammpstrj, .pdb)自动识别文件类型,并在浏览器端直接渲染出3D分子结构或轨迹动画。这种“所见即所得”的能力极大地提升了科研效率,省去了将数据下载到本地再使用VMD或Ovito查看的繁琐步骤。第三章:操作规程与最佳实践——从入门到精通
本章将基于Bohrium的官方文档与实际使用逻辑,详细阐述在平台上开展一项典型科学计算任务(以DeepMD-kit训练与LAMMPS模拟为例)的全流程操作规程。3.1 第一阶段:环境初始化与资源配置
步骤 1:创建项目与管理节点
用户登录Bohrium控制台后,首先需要创建一个“项目”(Project)。项目是资源计费与成员管理的边界。进入“节点”(Nodes)页面,点击“创建容器”。镜像选择:
对于通用任务,选择 ubuntu:20.04-py3.7 等基础镜像;对于特定任务,如DeepMD,应直接选择预装好环境的镜像,如 dp.tech/dptech/deepmd-kit:2.1.5-cuda11.6。选择正确的镜像可以节省数小时的环境配置时间。节点配置:
对于管理节点,建议选择最低配置(如2 vCPU, 4GB RAM),因为其主要用于文件编辑和任务提交,不参与重计算。启动与连接:
点击启动后,系统通常在10秒内完成实例的拉起。状态变为“Running”后,点击“Web Shell”即可在浏览器中打开终端界面。3.2 第二阶段:数据准备与预处理
步骤 2:数据上传与格式规范
在Web Shell或文件管理界面中,用户需要上传训练数据或模拟初始结构。上传方式:
支持直接拖拽上传小文件,或通过 lbg 命令行工具上传大文件。对于TB级数据,建议使用Bohrium提供的数据集挂载功能。格式检查:
确保文件名符合Bohrium的自动识别规则。例如,VASP的结构文件应命名为 POSCAR 或包含 .vasp 后缀,以便平台能正确解析并提供预览功能。数据预处理:
在管理节点上,用户可以使用Python脚本对数据进行清洗。由于管理节点即使是低配版也拥有完整的Linux环境,用户可以安装Pandas、ASE等库进行数据转换。3.3 第三阶段:作业定义与提交
步骤 3:编写 job.json 配置文件
这是Bohrium作业提交的核心。job.json 文件定义了作业的一切属性。一个典型的DeepMD训练任务配置如下:
{ "job_name": "DeepMD-Training-001", "project_id": 12345, "image_address": "dp.tech/dptech/deepmd-kit:2.1.5-cuda11.6", "job_type": "container", "resources": { "cpu": 8, "memory": 32, "gpu": 1, "gpu_type": "nvidia-v100" }, "cmd": "dp train input.json", "work_dir": "/personal/project_a/train"}
参数解析:image_address
:指定计算节点使用的镜像,必须与任务需求匹配。gpu_type
:指定GPU型号。用户可以根据任务紧迫程度和预算选择。例如,测试任务可选较便宜的卡,生产任务选A100。cmd
:实际执行的命令。这里调用了 dp train。
步骤 4:使用CLI提交作业
在管理节点的终端中,执行以下命令:
# 安装CLI(如果是基础镜像)pip install bohrium # 提交作业lbg job submit -i job.json
系统会返回一个 Job ID,用于后续追踪。3.4 第四阶段:监控、调试与结果回收
步骤 5:全链路监控
作业提交后,用户可以通过多种方式监控状态:命令行:lbg job list
查看列表,lbg job log 实时查看标准输出日志。这对于捕捉早期报错(如输入文件格式错误)非常关键。Web控制台:
在“Jobs”页面,可以看到可视化的状态流转图,以及实时的CPU/GPU利用率曲线。如果发现GPU利用率长期为0,可能意味着程序卡死或数据传输瓶颈,应及时终止任务止损。
步骤 6:数据回收与后处理
作业完成后,生成的文件(如模型文件 .pb,轨迹文件 .lammpstrj)会自动保存在 job.json 指定的输出目录(通常在共享存储中)。在线分析:
用户无需下载数据,可以直接在管理节点上启动 Jupyter Lab,利用 %%bohrium 魔法命令调用GPU资源进行可视化分析或模型评估。清理资源:
这是极为重要的一步。完成分析后,务必在控制台“停止”或“删除”管理节点,以停止计费。虽然管理节点便宜,但长期遗忘也会积累不小的费用。第四章:计算经济学与成本模型分析——云端算力的ROI
Bohrium的商业模式并非简单的硬件租赁,而是一种基于“竞价实例”(Spot Instance)逻辑的动态算力市场。这种模式对于科研用户和企业研发部门来说,意味着计算经济学的根本性转变。4.1 竞价实例(Spot Instance)机制的经济学逻辑
Bohrium文档明确指出,计算资源是“根据作业使用的时长计费,价格动态变化,以选择配置时显示的价格为准”。这一描述暗示了其背后采用的是类似于AWS Spot Instances或Google Cloud Spot VMs的机制。4.1.1 市场机制与价格波动
公有云提供商通常拥有巨大的冗余算力以应对峰值需求。在非峰值时段,这些闲置资源(尤其是昂贵的GPU)会以极低的折扣(通常为按需价格的10%-20%)出售,即“竞价实例”。价格优势:
以NVIDIA A100为例,按需价格可能高达$3-$4/小时,而竞价价格可能低至$1-$1.5/小时。对于需要数千小时GPU时的科学计算任务,这种成本差异是决定性的。抢占风险(Preemption):
竞价实例的代价是“不可靠性”。当云端此时此刻有高优先级的按需客户进入时,竞价实例可能会被强制回收(通常有30秒到2分钟的通知期)。Bohrium的适配:
科学计算任务通常具有良好的“检查点”(Checkpoint)机制。例如,MD模拟每隔几千步就会保存一次 restart 文件;深度学习训练每个 epoch 都会保存权重。因此,Bohrium利用这种特性,在底层自动处理实例的中断与恢复,用户享受到的是低廉的价格,感知到的是连续的任务流,这种“以可靠性换价格”的策略是Bohrium高性价比的核心。4.2 计费模型详解
Bohrium的计费结构设计得非常精细,旨在鼓励高效利用资源。
欠费熔断机制:平台设置了严格的信用控制。当余额低于设定阈值(默认100元)时发送提醒,归零时禁止提交新作业。这种“预付费”模式有效防止了用户因代码死循环或配置错误导致的天价账单。4.3 TCO(总拥有成本)对比分析:自建 vs 云端
对于一个典型的研发团队,决策的核心在于TCO对比。假设一个团队需要进行为期一年的高强度材料筛选,预计需要10万GPU时。自建集群方案:
CapEx(资本支出):购买8卡A100服务器,硬件成本约$200k+。
OpEx(运营支出):电费、冷却、机房租金、运维人员工资。
利用率陷阱:在项目初期(算法调试)和后期(论文撰写),集群利用率可能极低;而在项目中期(大规模筛选),算力又远远不够,导致排队数周。这种“平时闲置,忙时不够”是本地集群的死结。Bohrium云端方案:
CapEx:0。
OpEx:按实际使用的10万小时付费。利用竞价机制,单价极低。
弹性优势:在筛选高峰期,可以瞬间调用1000张卡,将一个月的计算量压缩到一天完成(Bursting);在低谷期,成本降为0。
技术迭代:自建集群三年后硬件即落伍,而云端可以随时使用最新的H100或B200芯片。
结论:对于具备“潮汐特性”的科学研发负载,Bohrium模式在TCO和时间成本上具有压倒性优势。第五章:工业层软件生态系统——从算法到应用
Bohrium的基础设施之上,生长着一套独特的工业软件生态。这不仅包括通用的计算工具,更核心的是深势科技自研的“AI for Science”核心算法库。5.1 DeepMD-kit:原子世界的通用逼近器
DeepMD-kit是Bohrium生态的基石。它解决的是分子动力学模拟中的核心矛盾:精度与效率。
原理:利用深度神经网络来拟合第一性原理(DFT)计算得到的势能面(PES)。神经网络以原子坐标及其邻域环境为输入,输出系统的能量和受力。
Bohrium集成:DeepMD-kit对CUDA环境和编译选项极其敏感。Bohrium通过预置镜像,将复杂的编译过程黑盒化。此外,利用Bohrium的自动微分和GPU优化,DeepMD可以在保持DFT精度的前提下,将模拟规模扩大到 亿原子级 ,时间尺度延长到 纳秒级 ,这是传统DFT完全无法企及的。5.2 Uni-Mol:化学分子的“大语言模型”
如果说DeepMD解决的是物理运动问题,Uni-Mol解决的就是化学理解问题。这是一个基于Transformer架构的3D分子表征学习框架。预训练机制:
Uni-Mol使用了超过2亿个分子的3D构象数据进行预训练。与NLP模型通过“掩码语言建模”学习语法不同,Uni-Mol通过“掩码原子位置预测”和“去噪”任务,学习原子在三维空间中的相互作用规律。能力涌现:
经过大规模预训练的Uni-Mol,在分子性质预测(如溶解度、毒性)、蛋白-配体结合构象预测等任务上,展现出了超越传统物理模型和普通机器学习模型的性能。工业应用:
在Bohrium上,Uni-Mol被封装为各种APP(如Uni-ELF),用户无需懂深度学习,只需输入分子式,即可获得高精度的性质预测。第六章:战略案例分析 I——新能源与电池材料(宁德时代 & Piloteye)
新能源电池研发是“AI for Science”落地最快、成效最显著的领域。Bohrium平台通过 Piloteye(电池设计自动化平台) ,深度介入了全球电池巨头宁德时代(CATL)的研发流程。6.1 行业痛点:多尺度与多物理场的复杂性
电池研发极其复杂。微观上,锂离子在电极材料中的嵌入与脱出涉及量子力学过程;介观上,电解液的浸润、SEI膜(固体电解质界面膜)的生长涉及流体与界面化学;宏观上,电芯的热管理与机械结构涉及连续介质力学。传统方法只能在单一尺度进行模拟,且严重依赖实验试错,被称为“爱迪生式的赌博”。6.2 Piloteye解决方案:全链路数字化闭环
Piloteye平台在Bohrium算力的支持下,构建了“ Read-Design-Make-Test ”(读-算-做-测)的智能化研发闭环。6.2.1 Read(数据摄取与知识构建)
利用AI技术自动从海量文献、专利以及企业历史实验数据中提取结构化信息,构建专属的材料数据库。这解决了“数据孤岛”问题。6.2.2 Design(理性设计与高通量筛选)电解液设计:
使用 Uni-ELF 模型,针对电导率、粘度、闪点等关键指标,在数以万计的分子空间中进行高通量筛选。Uni-Mol的预训练表征使得模型在小样本数据下也能极其精准。微观机理模拟:
利用DeepMD-kit模拟锂离子在固态电解质中的传输路径,直接观测枝晶(Dendrite)的形成过程,从而指导抑制枝晶生长的材料改性方案。这种“上帝视角”是实验手段无法提供的。6.2.3 Make & Test(实验验证与反馈)
筛选出的高潜力配方被送入自动化实验室进行合成与测试。测试结果(无论是成功还是失败)都会被反馈回模型,通过主动学习(Active Learning)策略,不断提升AI模型的预测精度。6.3 宁德时代合作成果与量化指标
宁德时代与深势科技建立了联合实验室,将这种新范式全面引入其研发体系。研发效率革命:
通过Bohrium平台,双方实现了对 万级别 材料体系的交互式筛选。官方数据显示,新材料的研发周期被缩短至原来的 1/3 ,甚至在某些特定环节达到了 10倍 的加速。技术突破:
在固态电池电解质掺杂、高电压正极材料稳定性等关键难题上,AI辅助设计提供了传统实验难以发现的非直觉(Counter-intuitive)解决方案。第七章:战略案例分析 II——石油化工与催化剂设计(中石化 & Deepbits)
在更传统的重工业领域,Bohrium同样展现了惊人的破坏式创新能力。与中国石化(Sinopec)的合作,展示了如何通过微观计算撬动宏观效益。7.1 挑战:异相催化的黑盒
石油裂解制备轻质烯烃(乙烯、丙烯)是化工行业的基石。该过程依赖于沸石(Zeolite)催化剂。沸石内部拥有复杂的孔道结构,反应物分子在其中的扩散、吸附与反应过程极其复杂。传统的催化剂开发依赖经验,难以精确控制孔道结构以平衡收率与积碳(Coke,副产物)之间的矛盾。7.2 解决方案:数字化的催化剂设计
依托Bohrium平台,研发团队利用DeepMD构建了沸石催化反应的深势模型。模拟过程:
在原子尺度模拟烃类分子在不同拓扑结构沸石孔道中的扩散行为。DeepMD的高效率使得研究者可以模拟足够长的时间,以观察到稀有的扩散事件和反应过渡态。结构优化:
基于模拟结果,设计出了具有特定孔径分布的新型专有催化剂,旨在最大化丙烯的选择性并抑制大分子积碳的生成。7.3 商业回报与环境效益
这一新型催化剂的工业化应用带来了立竿见影的财务回报:收率提升:
轻质烯烃的总收率达到了 36.5% ,比原有催化剂提升了约 2.6% 。其中乙烯收率从12.97%提升至 14.05% ,丙烯提升了 1.49% 。在万吨级产能的化工厂,每一个小数点的提升都意味着巨大的利润。积碳降低:
积碳率从10.92%降低至 9.58% 。积碳的减少意味着催化剂再生频率的降低和能耗的下降。ROI分析:
根据原材料与产品价差计算,仅轻质烯烃增产一项,该催化剂每年可为工厂带来约8000万美元($80 MM/yr)的额外利润。ESG价值:
积碳减少直接导致二氧化碳排放量每年减少约 21,000吨 。这证明了AI4S不仅是经济工具,也是实现“双碳”目标的有力武器。第八章:战略案例分析 III——生物医药与药物发现(Hermite & Uni-Mol)
在Bohrium支持的 Hermite 药物计算设计平台上,AI与物理模型的结合正在重构药物发现漏斗。8.1 痛点:结合亲和力预测的准确性
药物发现的核心是找到能与靶点蛋白紧密结合的小分子。传统的分子对接软件(如AutoDock)受限于刚性受体假设和简化的打分函数,预测准确率往往不尽如人意,导致后期实验的高失败率。8.2 Uni-Mol Docking:超越物理极限
Bohrium上运行的 Uni-Mol Docking V2 ,利用预训练大模型对分子三维构象的敏锐感知,实现了对接精度的跃升。性能基准:
在国际公认的PoseBusters基准测试中,Uni-Mol Docking V2成功预测了 77%以上 配体的结合姿态(RMSD < 2.0 Å),且通过了所有立体化学质量检查。相比之下,许多传统SOTA方法的准确率仅在60%左右。避免物理谬误:
由于Uni-Mol学习了海量的真实分子构象,它生成的预测结果有效避免了传统AI模型常见的“手性翻转”和“原子重叠”等非物理现象。8.3 工业级自由能微扰(FEP)
除了对接,Bohrium还支持大规模的自由能微扰(FEP)计算。FEP是预测结合亲和力的“金标准”,但因计算量巨大(通常需数千GPU时/分子)而难以普及。优化实现:
Bohrium利用DeepMD加速采样过程,并配合云端的海量并发算力,使得药企可以在先导化合物优化阶段(Lead Optimization),对成百上千个分子进行FEP级别的精确筛选,大幅提升临床前候选药物(PCC)的成功率。Uni-pKa:
针对药物的理化性质,Bohrium提供的Uni-pKa工具结合了热力学原理与机器学习,能够实现对小分子解离常数的高通量、高精度预测,直接指导药物的ADMET性质优化。第九章:结论与展望
通过对Bohrium平台的全面剖析,我们可以清晰地看到,它不仅仅是一个集成了CPU和GPU的云端机房,而是科学计算领域的一次生产力革命。9.1 核心价值总结基础设施层:
Bohrium通过“竞价实例+容器化+惰性通信”的技术组合拳,成功将高性能计算的门槛降到了前所未有的低点,解决了“算力贵”和“环境乱”两大顽疾。工业应用层:
DeepMD-kit和Uni-Mol等核心算法的工业化部署,将“AI for Science”从学术概念转化为生产力工具。CATL的10倍研发加速和Sinopec的8000万美元增收,是这一价值最直接的证明。9.2 未来展望
随着Bohrium平台的不断成熟,我们预见未来的科学研发将呈现显著的“去本地化”趋势。实验室将变身为数据的采集终端,而核心的假设生成、模拟验证与设计优化将全面迁移至以Bohrium为代表的云端智能中枢。对于能源、化工、医药等行业的企业而言,拥抱这一平台,构建“计算-数据-实验”的闭环能力,将不再是可选项,而是决定其未来十年竞争力的必选项。
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