计算机行业-踏雪觅径：探索材料软件的自主可控之路-240718-五矿证券-22页_2mb

材料软件自主可控发展分析

核心结论

材料软件分为材料发现软件（对应“预测”）与材料计算软件（对应“仿真”），在研发流程中分别负责“预测”与“验证”环节。材料软件可显著降低研发成本、缩短周期，但开发难度大、商业价值有限。

主要内容

一、材料软件工作流程

1. 预测阶段：
   材料发现软件通过机器学习分析材料成分、结构与性能的关联，基于期望性能生成候选材料列表。

2. 验证阶段：
   材料计算软件可在多尺度（微观、介观、宏观）模拟材料性能，实现**“模拟实验”**。

   • 微观尺度：原子/电子层面，使用量子力学（如QuantumATK）。
   • 介观尺度：分子/晶界行为，需解决尺度融合难题（当前产品多限于独立模块）。
   • 宏观尺度：传统CAE软件（如ANSYS）主导，以经验模型为主。

二、全球发展现状

1. 材料计算软件

• 市场由达索（MaterialStudio）、新思（QuantumATK）等巨头主导，但商业价值低。
• 2014年Accelrys被达索收购，估值高达75亿美元，而其材料计算业务仅为部门之一。
• 材料发现软件公司Citrine估值仅约1亿美元，市场天花板明显。

2. 材料发现软件

• 多为初创企业或“小而美”公司（如Citrine）开发，但应用范围有限。
• 技术核心为大数据与机器学习，受限于数据量、计算资源与算法透明度。

三、国内发展差距

1. 技术滞后：

   • 国内材料软件在计算场景、多尺度融合、数据库丰富度等方面与国际存在明显差距。
   • 材料发现软件应用率极低，产品多集中于微观尺度模拟。

2. 制约因素：

   • 研发人员习惯传统实验方法，数字化工具使用率低。
   • 国防领域受限：MaterialStudio禁运政策影响新材料研发自主性。

四、发展建议

1. 技术路径

• 多尺度融合是核心挑战，需解决跨尺度数据接口问题。
• 推动ICME（集成计算材料工程）框架落地，实现全生命周期数据驱动。

2. 政策支持

• 由于市场化路径受阻，建议非市场化推动（如国家专项基金、军民融合项目）加速国产替代。
• 政策应鼓励产学研结合，突破核心算法与数据库壁垒。

五、风险提示

1. 多尺度计算技术进展不及预期。
2. 国际技术封锁或合作受限。
3. 国产软件用户接受度不足、生态建设滞后。

附录

1. 材料软件与传统工业软件边界：

   • 工业软件本可分为CAD/CAM/CAE，材料计算软件横跨多个子类。
   • 学术型软件多“精专但小众”，商业软件则追求易用性与广泛适用性。

2. 美国材料基因组计划（MGI）：

   • 强调数据驱动和高通量计算，为材料研发提供体系化方法。

结论要点

• 材料软件是新材料产业的效率关键工具，但商业化推广难解自主可控难题。
• 未来需通过政策引导、技术攻关（尤其是多尺度集成）实现国产突破。