Борис Потапкин ООО «Лаборатория Кинтех»

1. 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, 2011г

2. Состояние дел на сегодня и цель проекта Традиционный способ создания новых материалов и технологий: эмпирический перебор Материал, технология Идея Прототип Испытания многократно  Дорого  Долго  Отсутствие прямой связи с фундаментальной наукой Роль моделирования сводится к описанию данных и экстраполяции в рамках модельных представлений Интегрированный подход, основанный на предсказательном моделировании Материал, технология Идея Моделирование Прототип Испытания Результаты фундаментальных исследований  Сокращение стоимости и времени разработки  Снижение рисков Предсказательное моделирование, основанное на детальном понимании структуры и механизма на атомистическом уровне, предшествует созданию прототипа

3. Проблемы предсказательного моделирования и предпосылки их решения Проблемы • Большие потребности в вычислительных ресурсах даже врамках одного уровня • Невозможность прямой интеграции масштабов • Отсутствие во многих случаях методов многоуровневогомоделирования • Когнитивные проблемы (различные форматы данных, языкипрограммирования и т.п.) • Научные исследования направлены на специализацию, а нена интеграцию областей науки • Нет эффективных программных средств для управленияраспределёнными проектами Предпосылки решения • Экспоненциальный рост вычислительных мощностей(закон Мура),появление суперкомпьютеров • Разработка высокоэффективных компьютерных алгоритмов • Развитие предсказательных теоретических методов Решение Разработка методов и инструментов для нтегрированного многоуровневого моделирования Использование высокопроизводительных компьютерных вычислений и систем

4. Технология многоуровневого моделирования кинетики и разработки механизмов процессов в химически активных средах Цикл разработки камер сгорания с использованием предсказательного моделирования Гидродина мика FLUENT База данныхKintechDB Механизм горения CWB Эксперименты с моделью Эксперименты с моделью Эксперименты с моделью Термохимичес- кие и кинетические данныеХимера Квантово-химические расчеты Firefly Детальный дизайн камеры сгорания Эксперименты Эксперименты Пламена, проточные реакторы Установка быстрого сжатия Ударные трубы Фундаментальные эксперименты

5. Технология многоуровневого моделирования кинетики и разработки механизмов процессов в химически активных средах температура NO Результаты расчетов эмиссионных характеристик камеры сгоранияГТУ 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

6. Оценка рынка технологий многоуровневого моделирования Динамика рынка молекулярного моделирования в энергетике, нанотехнологиях и биомедицине Распределение высокопроизводительных вычислений по областям применения (TOP500) Полный объем рынка в промышленном секторе на 2010 год составляет $5.6 млрд., ежегодный рост ~50% Доля молекулярного моделирования в общем объеме рынка высокопроизводительных вычислений 40%. Рынок M3T технологий, разрабатываемых в первой фазе проекта • 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% “… совокупная окупаемость инвестицийв инструментыи методы моделированиясоставляет до $9 на каждый вложенный $1” Аналитический отчет IDC, 2004

7. Место на рынке Предлагаемые технологии не имеют прямых аналогов на рынке по многоуровневости, степени интеграции, широте охвата, простоте и удобству пользования Электрические батареи,суперконденсаторы, MEMS, наноэлетроника Следующие шаги Технология многоуровневого моделирования… Material Studio (Accelrys, USA), VASP (Wien University), Gromacs (Свободный софт) SETFOS (Fluxim, Switzerland), SimOLED (Sim4tec, Germany), GEMS (2COMU, USA), EMPro (AT, USA) Солнечные батареи, светодиоды,оптические хемосенсоры Технология многоуровневого моделирования и автоматизированного проектирования оптических метаматериалов (Кинтех Лаб) Текущаая фаза проекта Gaussian (Gaussian, USA), Jaguar (Schrodinger, USA), Material Studio (Accelrys, USA) Chemkin (Reaction Design, USA), Cosilab (ROTEXO, Germany) Вычислительная гидродинамика:CFX (Ansys, USA), FLUENT (Ansys, USA), Star CD (Adapco, USA) Двигатели, получение материалов, химические реакторы Технология многоуровневого моделирования кинетики и разработки механизмов процессов (Кинтех Лаб) мм см м А нм мкм Micro Meso Macro

8. Задел и партнеры проекта Команда проекта имеет большой опыт в выполнении НИОКР в области многоуровневого моделирования по заказам ведущихмеждународных 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. Иностранные участники: 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. Ключевые партнеры: Исследовательский центр компании General Electric Заключено 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 вмикроэлектронике 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 Основные заказчики: Сатурн, GE, Intel, Freescale, Siemens, Qualcomm, DaimlerAG, UOP, ExxonMobil, Лукойл.

9. Схема коммерциализации и бизнес-модель Бизнес-модель 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 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

10. Конкурентные 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 > $1млн. 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.