CN107357971A - 一种图形化及网络化的高通量第一性原理计算工作流系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种图形化及网络化的高通量第一性原理计算工作流系统，包括：前端的工作流设计器，用户不需下载任何客户端软件，通过浏览器便可基于图形化方式构建第一性原理计算流程、设置流程所涉及的计算参数、启动所述流程以及监控所述流程的执行情况；后端的工作流引擎，用于解析和执行所述第一性原理计算流程，包括将所述大量晶体结构数据发送给超级计算机进行第一性原理计算，自动下载计算结果，及对计算结果的规范化加工。本发明能够有效地帮助用户通过浏览器便可基于图形化方式构建第一性原理计算工作流，用于开展材料成分设计、预测实验难以获取的材料性质，及机理解释。

Description

一种图形化及网络化的高通量第一性原理计算工作流系统

技术领域

本发明涉及材料基因工程领域，尤其涉及一种图形化及网络化的高通量第一性原理计算工作流系统，用于帮助用户在线构建第一性原理计算流程并进行第一性原理计算作业的提交、监控和结果数据的自动处理，极大地方便用户开展第一性原理计算和计算结果数据的管理。

背景技术

目前，常用于计算材料第一性原理的系统主要有AFLOW、MaterialProject等，但是这些系统仅支持单次第一原理计算和固定化流程设计。对于大规模的，涉及多次第一性原理计算的量子力学计算，不支持自定义计算流程，并需要下载安装才能使用；不支持通过网络基于图形化方式构建流程并远程提交大规模计算任务进行计算，使得计算变得冗余和繁琐；还不支持对计算过程的自动监控和纠错，无法及时处理系统运行过程中出现的故障。现有的系统计算数据和计算流程也呈离散化状态，不便管理和共享。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种图形化及网络化的高通量第一性原理计算工作流系统。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种图形化及网络化的高通量第一性原理计算工作流系统，用于帮助用户在线构建第一性原理计算流程并进行第一性原理计算作业的提交、监控和结果数据的自动处理，极大地方便用户开展第一性原理计算和计算结果数据的管理，包括：

前端的工作流设计器，用户不需下载任何客户端软件，通过浏览器便可基于图形化方式构建第一性原理计算流程、设置流程所涉及的计算参数、启动所述流程以及监控所述流程的执行情况；构建第一性原理计算流程有两种方式：用户自己从头构建第一性原理计算流程，或调用预存的第一性原理计算流程模板；

后端的工作流引擎，用于解析和执行所述第一性原理计算流程，包括将所述大量晶体结构数据发送给超级计算机进行第一性原理计算，自动下载计算结果，及对计算结果的规范化加工。

本发明的有益效果是：本发明提供的一种图形化及网络化的高通量第一性原理计算工作流系统，通过前端的工作流设计器获取待计算材料的晶体结构数据，并设计构建新的计算流程或调用已有的计算流程，后端的工作流引擎根据计算流程解析和执行针对晶体结构数据的第一性原理计算，并通过数据库对各项数据进行存储，实现了对第一性原理计算流程的图形化设计和持久化使用，并且实现了通过自定义流程对大量材料进行第一性原理计算，可以根据用户的需求设计定制化的计算流程，具有计算过程简便快捷，便于计算流程共享复用的优点。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步地，所述前端的工作流设计器包括：

获取模块，用于获取目标材料晶体结构数据；

材料计算工具存储模块，用于存储用于进行第一性原理计算的材料计算工具；

材料计算工具调用模块，用于调用所述材料计算工具；

计算流程构建模块，用于组合用户所选取的计算工具，构建成用于进行第一性原理计算的工作流，得到用户自定义流程；

计算流程模板存储模块，用于存储所述计算流程模板；

图形化显示模块，用于将所述材料计算工具和所述第一性原理计算流程以图形的形式进行显示。

采用上述进一步方案的有益效果是：前端的工作流设计器中的材料计算工具调用模块可以为用户提供多种第一性原理材料计算工具，这些工具可以通过计算流程构建模块自由组合设计成计算流程，并通过图形化显示模块进行可视化和图形化的显示，实现了通过前端的工作流设计器就可以配置图形化的计算流程，具有配置过程简便灵活的优点。

进一步地，所述材料计算工具存储模块包括：

晶体结构建模工具箱，用于晶体结构建模，产生大量晶体结构数据；

第一性原理计算工具箱，包含第一性原理计算的7种基本计算单元，用于构建所述流程，及第一性原理计算的参数配置及结果查看；

数据处理分析工具箱，用于对所述计算流程的计算结果进行分析和处理。

进一步地，所述材料计算工具存储模块还可以包括高通量筛选工具箱，所述高通量筛选工具箱用于对所述晶体结构数据进行筛选，包括基于物理模型筛选等筛选工具。

进一步地，所述晶体结构建模工具箱包括：基础建模工具箱和高通量建模工具箱，其中，所述基础建模工具箱包括但不限于：超胞构建工具、晶格对称性解析工具、变形晶胞工具和晶胞元胞转换工具；

所述高通量建模工具箱包括但不限于：固溶掺杂工具、表面结构剖切工具、表面吸附结构构建工具和团簇结构构建工具。

进一步地，所述第一性原理材料计算工具箱包括：晶体结构优化工具、基态总能材料计算工具、弹性性质材料计算工具、能带材料计算工具、电子态密度材料计算工具、磁学性质材料计算工具和光学性质材料计算工具。

进一步地，所述数据处理分析工具箱包括：公式模型和统计分析模型。

进一步地，所述后端的工作流引擎包括：

解析模块，对计算流程进行自动解析和执行，监控运行过程，及时通过容错和纠错机制处理运行出现的故障；

计算任务生成模块，用于根据所述第一性原理计算流程、所述计算参数和所述晶体结构数据，生成计算任务；

提交模块，用于将所述计算任务提交至所述超级计算机，通过所述超级计算机对所述晶体结构数据进行高通量第一性原理计算，得到计算结果；

数据处理分析模块，用于对所述计算结果进行分析和处理；

监控模块，用于对第一性原理计算的计算过程进行监控，并当计算过程中出现错误时，自动纠错。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过后端的工作流引擎对第一性原理计算任务进行计算，可以通过前端的工作流设计器随时随地提交计算任务进行计算，并对计算过程进行监控，具有计算效率高、计算方便的优点。

进一步地，所述解析模块对计算流程的自动解析和执行分为3个层面：分别为workflow、activity以及task，它们最开始的状态都为New，当任一workflow开始执行时，所述workflow的状态变为Running，所述workflow包括的所有的activity的状态从New变为Pending，第一个activity首先执行，此时，所述activity的状态再次变为Running，开始执行的所述activity会根据数据项的个数实例化出对应的task，每个所述task的最初状态也为New，当一个任务被触发时，所述task的状态变为Running，如果能够顺利执行完成，所述task的状态变为Finished，否则，变为Terminated。

进一步地，对所述晶体结构数据进行高通量第一性原理计算具体包括：晶体结构优化、基态总能计算、弹性性质计算、能带计算、电子态密度计算、磁学性质计算和光学性质计算。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过多个计算子单元独立地对计算任务进行计算，可以通过自动流程的方式，实现同时处理大量的计算任务，提高计算效率，降低开展第一性原理计算的门槛。

进一步地，所述监控模块具体用于自动监控计算过程中出现的收敛性错误、输入文件不合理错误和资源配置不合理错误；

当计算过程中出现收敛性错误时，对所述计算参数进行调整和修改；

当计算过程中出现输入文件不合理错误时，对所述晶体结构数据进行调整和修改；

当计算过程中出现资源配置不合理错误时，重新分配所述计算任务；

或，当任一计算任务出现错误时，跳过当前计算任务，自动执行下一计算任务，并将错误信息反馈给所述前端的工作流设计器。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过对计算过程中出现的错误进行监控，并自动纠错，提高计算的效率和系统的实用性。

本发明附加的方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明实践了解到。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种图形化及网络化的高通量第一性原理计算工作流系统的结构框架图；

图2为本发明另一实施例提供的一种图形化及网络化的高通量第一性原理计算工作流系统的结构图；

图3为本发明另一实施例提供的一种图形化及网络化的高通量第一性原理计算工作流系统的材料计算工具存储模块示意图；

图4为本发明另一实施例提供的一种图形化及网络化的高通量第一性原理计算工作流系统的工作流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，为本发明实施例提供的一种图形化及网络化的高通量第一性原理计算工作流系统的结构框架图，该系统用于帮助用户在线构建第一性原理计算流程并进行第一性原理计算作业的提交、监控和结果数据的自动处理，极大地方便用户开展第一性原理计算和计算结果数据的管理，包括：

前端的工作流设计器110，用户不需下载任何客户端软件，通过浏览器便可基于图形化方式构建第一性原理计算流程、设置流程所涉及计算任务的计算、启动所述流程以及监控所述流程的执行情况；构建第一性原理计算流程有两种方式：用户自己从头构建第一性原理计算流程，或调用预存的第一性原理计算流程模板；

后端的工作流引擎120，用于解析和执行所述第一性原理计算流程，包括将所述大量晶体结构数据发送给超级计算机进行第一性原理计算，自动下载计算结果，及对计算结果的规范化加工。

上述实施例提供的一种图形化及网络化的高通量第一性原理计算工作流系统，通过前端的工作流设计器获取待计算材料的晶体结构数据，并设计构建新的计算流程或调用已有的计算流程，后端的工作流引擎根据计算流程解析和执行针对晶体结构数据的第一性原理计算，并通过数据库对各项数据进行存储，实现了对第一性原理计算流程的图形化设计和持久化使用，并且实现了通过自定义流程对大量材料进行第一性原理计算，可以根据用户的需求设计定制化的计算流程，具有计算过程简便快捷，便于计算流程共享复用的优点。

在另一实施例中，如图2所示，为本发明另一实施例提供的一种图形化及网络化的高通量第一性原理计算工作流系统的结构图，该系统包括：

多个前端的工作流设计器110，用户可以通过这些前端的工作流设计器110输入新的晶体结构或者选择已有的晶体结构，并通过前端的工作流设计器110设计新的计算流程或选择已有的计算流程，然后将待计算的晶体结构和计算流程发送到后端的工作流引擎120对计算流程进行解析后，发送到超级计算机进行第一性原理计算。

前端的工作流设计器110是为了实现获取晶体结构数据并发送至后端的工作流引擎120，以及供用户自定义设计计算流程的功能，因此，用户不需要下载或安装任何软件，通过一个网络浏览器就可以开展计算工作，使用方便，计算快捷，系统操作简单。

以任一前端的工作流设计器110为例进行说明，前端的工作流设计器110可以为计算机，用户通过任意浏览器打开计算页面，计算页面中包括：

获取模块111，用于获取用户输入的或选择的待计算材料的晶体结构数据，获取模块111可以为输入框和选择框等；

材料计算工具存储模块112，用于存储用于进行第一性原理计算的材料计算工具；

材料计算工具调用模块113，用于供用户调用材料计算工具存储模块112中预先存储的材料计算工具；

计算流程构建模块114，用于组合用户所选取的计算工具，构建成用于进行第一性原理计算的工作流，得到用户自定义流程，用户自定义流程指的是用户自行配置的整个计算流程，用户可以通过鼠标拖拽材料计算工具的方式，对材料计算工具进行组合，形成工作流，并保存以便下次使用；

计算流程模板存储模块115，用于存储计算流程模板，其中，计算流程模板指的是预存配置好的，常用的计算流程，通过提前存储，可以在用户计算时直接供用户调用，十分方便，例如，计算流程模板可以为“超胞构建-固溶掺杂建模-基态总能计算”这一工作流；

图形化显示模块116，用于将材料计算工具和第一性原理计算流程以图形的形式进行显示，用户通过简单的鼠标操作对材料计算工具进行组合就可以实现工作流的构建，十分直观方便。

优选地，如图3所示，材料计算工具存储模块112包括：

晶体结构建模工具箱1121，用于晶体结构建模，产生大量晶体结构数据；

第一性原理材料计算工具箱1122，用于对基本第一性原理计算的参数配置及结果查看；；

数据处理分析工具箱1123，用于对计算流程的计算结果进行分析和处理。

优选地，晶体结构建模工具箱1121包括：基础建模工具箱和高通量建模工具箱，其中，基础建模工具箱包括：超胞构建工具、晶格对称性解析工具、变形晶胞工具和晶胞元胞转换工具，在进行基础建模时，通常会用到上述一个或多个工具。

其中，超胞构建工具用于通过超级计算机实现：根据3个方向设定的重复单元数量，生成用户需要的晶体结构；

晶格对称性解析工具用于通过超级计算机实现：解析输入结构的对称性，根据容差因子的对称性产生修正结构；

变形晶胞工具用于通过超级计算机实现：施加任意方向应变，产生一个多个变形结构；

晶胞元胞转换工具用于通过超级计算机实现：晶胞和元胞的转换。

高通量建模工具箱包括：固溶掺杂工具、表面结构剖切工具、表面吸附结构构建工具和团簇结构构建工具，在进行高通量建模时，通常会用到上述一个或多个工具。

其中，固溶掺杂工具用于通过超级计算机实现：替代用户输入或在线创建的初始晶体结构的某一类或某一个原子，产生大量结构；或在某一类或某一个晶格(堆垛)间隙中插入原子，产生大量结构；

表面结构剖切工具用于通过超级计算机实现：基于一个或多个方向，经过某一个原子排列面或一系列原子排列面产生大量结构；

表面吸附结构构建工具用于通过超级计算机实现：用于大量产生游离原子或基团在晶体表面顶位、棱位、穴位吸附的结构；对于基团，在建模时还考虑组成基团的各个原子与表面原子不同配位情况，以及基团吸附的方向性(水平位，竖直位，斜位)；

团簇结构构建工具用于通过超级计算机实现：用于产生不同形状的团簇模型，如二维材料结构，三维规则形状结构(方形，圆形，正多边形)，和其它三维不规则形状。

优选地，第一性原理材料计算工具箱1122包括：晶体结构优化工具、基态总能材料计算工具、弹性性质材料计算工具、能带材料计算工具、电子态密度材料计算工具、磁学性质材料计算工具和光学性质材料计算工具。

其中，以晶体结构优化工具为例进行说明，晶体结构优化工具用于通过超级计算机实现对晶体的结构进行优化操作，例如去除结构中的等价结构等，其实现的功能与工具的名称一致。其他工具也均通过超级计算机实现其名称所限定的功能。

优选地，数据处理分析工具箱1123包括：公式模型和统计分析模型，用于通过预存在算法库中的公式和模型，对计算得到的结果进行二次计算。

该系统还包括：

后端的工作流引擎120，用于解析第一性原理计算流程或计算流程模板，并根据第一性原理计算流程或计算流程模板配置计算参数，将晶体结构数据发送给超级计算机进行高通量第一性原理计算，得到计算结果；

后端的工作流引擎120与前端的工作流设计器110通信连接，后端的工作流引擎120可以包括：

解析模块126，对计算流程进行自动解析和执行，监控运行过程，及时通过容错和纠错机制处理运行出现的故障；

计算任务生成模块121，用于根据第一性原理计算流程、计算参数和晶体结构数据，生成计算任务，例如，用户通过前端的工作流设计器110配置设计的计算流程为“超胞构建-固溶掺杂建模-基态总能计算”，晶体结构是“bcc Fe单胞晶体结构”，共计算100次该结构的基态总能，则计算任务有100个，都是对“bcc Fe单胞晶体结构”执行“超胞构建-固溶掺杂建模-基态总能计算”这一计算过程；

提交模块122，用于用于将计算任务提交至超级计算机，通过超级计算机对晶体结构数据进行高通量第一性原理计算，得到计算结果；

数据处理分析模块123，用于对计算结果进行分析和处理，例如，将计算结果进行整合，整理在同一张表上进行输出向用户展示；

监控模块124，用于对第一性原理计算的计算过程进行监控，并当计算过程中出现错误时，自动纠错。

优选地，所述解析模块126对计算流程的自动解析和执行分为3个层面：分别为workflow、activity以及task，它们最开始的状态都为New，当任一workflow开始执行时，所述workflow的状态变为Running，所述workflow包括的所有的activity的状态从New变为Pending，第一个activity首先执行，此时，所述activity的状态再次变为Running，开始执行的所述activity会根据数据项的个数实例化出对应的task，每个所述task的最初状态也为New，当一个任务被触发时，所述task的状态变为Running，如果能够顺利执行完成，所述task的状态变为Finished，否则，变为Terminated。

优选地，对晶体结构数据进行高通量第一性原理计算具体包括：晶体结构优化、基态总能计算、弹性性质计算、能带计算、电子态密度计算、磁学性质计算和光学性质计算。

优选地，监控模块124具体用于自动监控计算过程中出现的收敛性错误、输入文件不合理错误和资源配置不合理错误；

当计算过程中出现收敛性错误时，对计算参数进行调整和修改；

当计算过程中出现输入文件不合理错误时，对晶体结构数据进行调整和修改；

当计算过程中出现资源配置不合理错误时，重新分配计算任务；

或，当任一计算任务出现错误时，跳过当前计算任务，自动执行下一计算任务，并将错误信息反馈给前端的工作流设计器110。

在另一实施例中，如图4所示，为本发明另一实施例提供的一种图形化及网络化的高通量第一性原理计算工作流系统的工作流程示意图，以预测Fe-Al二元系可能存在的稳定结构为例，对该系统进行说明。

预测的方法主要为：通过输入一个bcc Fe单胞，对应一系列浓度固溶Al，预测每个浓度下Fe-Al二元系的稳定结构，从而寻找Fe-Al二元系可能存在的稳定结构。

具体地，首先，输入一个包含2个原子的bcc Fe单胞，通过构建超胞的方法，产生一系列固溶浓度(0，1/16，…，15/16，1)的Fe-Al二元系的初始结构，每个浓度分别对应有大量的结构，从这些结构中寻找每个浓度下的稳定结构，进而得到这些结构中最稳定的结构及其浓度，也就是Fe-Al二元系可能存在的稳定结构。

然后，构建超胞，可分为构建固定大小的超胞或不同大小的超胞。本案例采用构建固定大小超胞的方法，例如，经过算法推荐，并考虑预测精度，构建含16个原子的bcc Fe超胞较为合适。

然后，针对每种浓度，产生一系列的初始结构，通过基于能量的高通量筛选，从而获取每种浓度下能量较低的多个初步稳定结构。

最后，针对每种浓度下选取的初步稳定结构开展精确第一性原理结构优化和基态计算，经过统计筛选，从而获取每种浓度下的能量最低的一种或多种稳定结构，最后综合各个浓度下的稳定结构，得到全局的一种或多种稳定结构。

通过本系统实现上述计算过程，具体包括以下步骤：

S1，用户通过前端的工作流设计器选择系统预置的流程模板，或自行设计计算流程。

这里我们考虑用户自行设计：新建1个空白数据集，拖拽到计算机网页中的计算流程设计器；打开晶体结构建模工具箱，拖拽超胞构建工具和固溶掺杂工具到计算流程设计器；打开高通量筛选工具箱，拖拽基于物理模型筛选工具或其他结构筛选工具；打开第一性原理材料计算工具箱，拖拽晶体结构优化工具和基态总能材料计算工具到计算流程设计器；打开数据处理分析工具箱，拖拽统计分析工具到计算流程设计器，构建成一个计算流程，此时，拖拽到计算流程设计器中的每个工具构成了计算流程的每个计算环节，得到一个完整的计算流程“超胞构建-固溶/掺杂建模-基于物理模型筛选-晶体结构优化-基态总能计算-第一统计筛选-第二统计筛选”。

S2，将bcc的Fe单胞晶体结构添加到空白数据集，对每个计算环节进行参数设置。其中，超胞构建计算环节的超胞大小设置为2×2×2，第一个高通量筛选计算环节设置为按固溶浓度对结构进行分组，筛选出每组中能量最低的8个结构，总体最多100个结构；第二个高通量筛选计算环节设置为筛选所有晶体结构中能量最低的结构。

S3，设计计算流程过程中，系统对流程自动进行检查。当设计计算流程过程中出现错误时，系统自动检测流程中的错误并给出提示，并将正确的流程自动存储在数据库中，实现流程持久化使用。

S4，通过后端的工作流引擎中的第一性原理计算流程解析引擎解析用户在前端的工作流设计器中配置设计的工作流程，并根据工作流程依次对bccFe单胞晶体结构进行计算。

例如，数据集将bccFe晶体结构发送给超胞构建计算环节，产生1个构建bccFe超胞的任务(产生任务的数目取决于计算环节接收到的晶体结构数目)，系统根据用户设置产生1个2×2×2的超胞，并发送给固溶/掺杂建模计算环节；

固溶/掺杂建模计算环节接收到bccFe超胞结构，产生1个对其进行固溶的任务，该任务根据原子种类和数目产生一系列固溶浓度的Fe-Al二元系晶体结构，例如，共产生65536个固溶结构，如果用户在固溶/掺杂建模计算环节的参数中选择了去除等价结构的选项，将在产生结构的同时进行等价判断，最终只产生331个互相不等价的固溶结构，产生的结构将被发送到基于物理模型筛选计算环节；

基于物理模型筛选计算环节将接收上一计算环节产生的65536个固溶结构或331个互相不等价的固溶结构，产生1个结构筛选的任务，该任务先挑选出部分不等价结构(例如30个)作为样本进行第一性原理几何结构优化和基态计算，对掺杂后的初始结构及其能量进行拟合，得到能量与结构关联的一个物理模型，利用该物理模型对样本结构进行计算，得到这些样本结构的能量，与已经得到的第一性原理计算的能量值对比，利用均方差估计该模型的预测误差，如果该误差不小于一定的阈值，例如，该阈值通常为50meV，则逐步增加进行第一性原理计算的样本数，例如，通常每次增加5个，重复上述过程，直到该误差小于给定阈值。然后，利用收敛的物理模型预测未进行第一性原理计算的固溶结构的能量，从而得到所有固溶结构的拟合能量，例如，得到100个初步稳定结构，将这100个初步稳定结构发送给几何结构优化计算环节；

几何结构优化计算环节接收到上一计算环节产生的100个初步稳定结构，产生100个几何结构优化计算的任务，这些任务根据用户的参数设置对这些结构开展高精确的第一性原理几何结构优化计算，将优化后的100个结构发送到基态计算计算环节；

基态计算计算环节接受到100个优化后的固溶结构，产生100个基态计算的任务，这些任务根据用户的参数设置对这些优化后的结构开展高精度的第一性原理基态计算，精确计算出每个结构的能量，将这100个能量值和结构数据发送到第一统计筛选计算环节；

第一统计筛选计算环节接受到100个结构的结构数据和能量值，因为有17个浓度(0，1/16，…，15/16，1)，因此对于每个浓度将产生1个对能量值进行统计筛选的任务，(17个浓度对应产生17个任务)，每个任务筛选出对应浓度下的1个最稳定结构，将筛选出的17个浓度和对应的能量值以及结构数据发送给第二统计筛选计算环节；

第二统计筛选计算环节接收到第一统计筛选计算环节发送的17个浓度对应的能量值以及结构数据，产生一个统计筛选的任务，绘制出Fe-Al二元系组分-能量相图，然后筛选出这些结构中能量最低的结构，作为Fe-Al二元系可能存在的稳定结构。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如，模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或连接可以是通过一些接口、装置或单元的间接耦合或其它的形式连接。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种图形化及网络化的高通量第一性原理计算工作流系统，其特征在于，用于帮助用户在线构建第一性原理计算流程并进行第一性原理计算作业的提交、监控和结果数据的自动处理，极大地方便用户开展第一性原理计算和计算结果数据的管理，包括：

前端的工作流设计器，用户不需下载任何客户端软件，通过浏览器便可基于图形化方式构建第一性原理计算流程、设置流程所涉及的计算参数、启动所述流程以及监控所述流程的执行情况；构建第一性原理计算流程有两种方式：用户自己从头构建第一性原理计算流程，或调用预存的第一性原理计算流程模板；

后端的工作流引擎，用于解析和执行所述第一性原理计算流程，包括将所述大量晶体结构数据发送给超级计算机进行第一性原理计算，自动下载计算结果，及对计算结果的规范化加工。

2.根据权利要求1所述的高通量第一性原理计算工作流系统，其特征在于，所述前端的工作流设计器包括：

获取模块，用于获取目标材料晶体结构数据；

材料计算工具存储模块，用于存储用于进行第一性原理计算的材料计算工具；

材料计算工具调用模块，用于调用所述材料计算工具；

计算流程构建模块，用于组合用户所选取的计算工具，构建成用于进行第一性原理计算的工作流，得到用户自定义流程；

计算流程模板存储模块，用于存储所述计算流程模板；

图形化显示模块，用于将所述材料计算工具和所述第一性原理计算流程以图形的形式进行显示。

3.根据权利要求2所述高通量第一性原理计算工作流系统，其特征在于，所述材料计算工具存储模块包括：

晶体结构建模工具箱，用于晶体结构建模，产生大量晶体结构数据；

第一性原理计算工具箱，包含第一性原理计算的7种基本计算单元，用于构建所述流程，及第一性原理计算的参数配置及结果查看；

数据处理分析工具箱，用于对所述计算流程的计算结果进行分析和处理。

4.根据权利要求3所述的高通量第一性原理计算工作流系统，其特征在于，所述晶体结构建模工具箱包括：基础建模工具箱和高通量建模工具箱，其中，所述基础建模工具箱包括但不限于：超胞构建工具、晶格对称性解析工具、变形晶胞工具和晶胞元胞转换工具；

所述高通量建模工具箱包括但不限于：固溶掺杂工具、表面结构剖切工具、表面吸附结构构建工具和团簇结构构建工具。

5.根据权利要求3所述的高通量第一性原理计算工作流系统，其特征在于，所述第一性原理计算工具箱包括：晶体结构优化工具、基态总能计算工具、弹性性质计算工具、能带计算工具、电子态密度计算工具、磁学性质计算工具和光学性质计算工具。

6.根据权利要求3所述的高通量第一性原理计算工作流系统，其特征在于，所述数据处理分析工具箱包括：公式模型和统计分析模型。

7.根据权利要求1至6任一项所述的高通量第一性原理计算工作流系统，其特征在于，所述后端的工作流引擎包括：

解析模块，对计算流程进行自动解析和执行，监控运行过程，及时通过容错和纠错机制处理运行出现的故障；

计算任务生成模块，用于根据所述第一性原理计算流程、所述计算参数和所述晶体结构数据，生成计算任务；

提交模块，用于将所述计算任务提交至所述超级计算机，通过所述超级计算机对所述晶体结构数据进行高通量第一性原理计算，得到计算结果；

数据处理分析模块，用于对所述计算结果进行分析和处理；

监控模块，用于对第一性原理计算的计算过程进行监控，并当计算过程中出现错误时，自动纠错。

8.根据权利要求7所述的高通量第一性原理计算工作流系统，其特征在于，所述解析模块对计算流程的自动解析和执行分为3个层面：分别为workflow、activity以及task，它们最开始的状态都为New，当任一workflow开始执行时，所述workflow的状态变为Running，所述workflow包括的所有的activity的状态从New变为Pending，第一个activity首先执行，此时，所述activity的状态再次变为Running，开始执行的所述activity会根据数据项的个数实例化出对应的task，每个所述task的最初状态也为New，当一个任务被触发时，所述task的状态变为Running，如果能够顺利执行完成，所述task的状态变为Finished，否则，变为Terminated。

9.根据权利要求8所述的高通量第一性原理计算工作流系统，其特征在于，对所述晶体结构数据进行高通量第一性原理计算包括但不局限于：晶体结构优化、基态总能计算、弹性性质计算、能带计算、电子态密度计算、磁学性质计算和光学性质计算。

10.根据权利要求9所述的高通量第一性原理计算工作流系统，其特征在于，所述监控模块具体用于自动监控计算过程中出现的收敛性错误、输入文件不合理错误和资源配置不合理错误；

当计算过程中出现收敛性错误时，对所述计算参数进行调整和修改；

当计算过程中出现输入文件不合理错误时，对所述晶体结构数据进行调整和修改；

当计算过程中出现资源配置不合理错误时，重新分配所述计算任务；

或，当任一计算任务出现错误时，跳过当前计算任务，自动执行下一计算任务，并将错误信息反馈给所述前端的工作流设计器。