Microsoft Research представила Skala 1.1 — обновлённую версию функционала глубокого обучения для теории функционала плотности, или DFT. По данным компании, новую версию обучали на наборе данных в 2,5 раза больше, чем первую публичную редакцию. Разработчики сообщают о средневзвешенной ошибке 2,8 ккал/моль на наборе GMTKN55 и расширяют доступ к модели через популярные пакеты вычислительной химии.
Релиз опубликован 20 августа 2026 года в блоге Microsoft Research. Одновременно компания объявила о доступности Skala в CP2K и о работе над интеграциями с Psi4, FHI-aims, ORCA и VASP.
Skala 1.1 делает ставку на последовательное улучшение
DFT используется для оценки электронной структуры молекул и материалов. Метод помогает рассчитывать энергии, геометрии молекул, электронные плотности и другие свойства, однако результат зависит от выбранного обменного корреляционного функционала. На практике исследователям приходится выбирать между точностью, скоростью и областью применимости конкретного приближения.
Skala строится вокруг идеи последовательного обновления модели. Microsoft Research описывает этот подход как альтернативу традиционному «зоопарку функционалов», в котором новые варианты добавляются к уже существующим и не обязательно заменяют их. В случае Skala каждая следующая версия должна вытеснять предыдущую, сохраняя сопоставимую вычислительную стоимость.
Для Skala 1.1 расширили Microsoft Research Accurate Chemistry Collection — набор эталонных данных, полученных с помощью дорогостоящих волновых методов квантовой химии. В новую подготовку вошли, среди прочего, данные по электронному сродству и нековалентным кластерам. По замыслу команды, увеличение разнообразия примеров должно помочь модели лучше работать с разными типами химических взаимодействий.
Microsoft Research заявляет, что Skala 1.1 показывает улучшения в задачах основной органической химии, расчёте кинетики реакций и предсказании молекулярных структур. Компания также сообщает о высокой точности для электронных плотностей, дипольных моментов и геометрии молекул.
Результат на GMTKN55 не означает одинаковую точность для любой системы
Главный количественный показатель релиза — средневзвешенная ошибка 2,8 ккал/моль на GMTKN55. Этот набор включает 55 категорий тестов, связанных с термохимией, барьерами реакций и нековалентными взаимодействиями.
По утверждению Microsoft Research, такой результат превосходит показатели ведущих глобальных гибридных функционалов с разделением диапазона, при этом Skala сохраняет вычислительную эффективность, характерную для полулокальных функционалов. Это сравнение следует воспринимать как результат внутренней оценки компании: в публикации не приводится независимый повторный тест, выполненный сторонней исследовательской группой.
Среднее значение по GMTKN55 также не является гарантией точности для конкретной молекулы, реакции или класса материалов. Оно объединяет разные категории задач и может скрывать заметный разброс между ними. Поэтому показатель 2,8 ккал/моль нельзя напрямую трактовать как погрешность любого расчёта с использованием Skala 1.1.
В опубликованном материале не приведены отдельные результаты для всех возможных областей применения, включая твёрдые тела, поверхности и системы с переходными металлами. Для таких задач пользователям потребуется собственная проверка на релевантных эталонах.
Модель выходит за пределы одного программного стека
Первоначально Skala распространялась через открытую редакцию сообщества на базе PySCF с поддержкой ASE и оптимизаций для центральных и графических процессоров. Теперь Microsoft Research расширяет список программ, в которых функционал можно будет использовать непосредственно.
Интеграция с открытым пакетом CP2K уже выполнена. Этот комплекс широко применяют для расчётов больших систем и моделирования молекулярной динамики. Работы проводились при участии команды профессора Томаса Д. Кюне из Центра передового анализа систем CASUS.
С Psi4 интеграция продолжается. Microsoft Research называет этот пакет одной из ключевых платформ для исследований электронной структуры молекул. В сочетании с редакцией на базе PySCF поддержка Skala должна стать доступной как минимум в нескольких открытых инструментах.
Для FHI-aims, ORCA и VASP компания также ведёт интеграционные работы. Однако на момент публикации не названы сроки их завершения и не утверждается, что Skala 1.1 уже доступна в стабильных версиях всех трёх пакетов. Поэтому формулировка «интеграция в пять пакетов» была бы преждевременной: подтверждённая доступность относится к CP2K, а остальные направления находятся на разных стадиях разработки.
Для пользователей это имеет практическое значение. Поддержка в конкретном пакете определяет не только способ установки, но и доступные типы расчётов, работу с графическими ускорителями, масштабирование и совместимость с существующими сценариями. Сам факт наличия модели в исходном репозитории ещё не означает готовой интеграции в промышленный вычислительный процесс.
Живой бенчмарк должен показать цену последующих обновлений
Вместе с Skala 1.1 Microsoft Research представила постоянно обновляемый бенчмарк производительности. Он предназначен для сравнения реализаций модели в разных программных пакетах и на разных аппаратных платформах.
Такой формат нужен из-за разрыва между качеством модели и скоростью конкретной реализации. Один и тот же функционал может демонстрировать разные результаты в зависимости от используемого программного стека, настроек расчёта, центрального или графического процессора и размера системы. Публичная история замеров позволит отслеживать, улучшается ли производительность при оптимизации последующих версий.
Для разработчиков пакетов это также создаёт общий ориентир: сравнивать можно будет не только точность, но и время выполнения, масштабирование и стоимость перехода на новую редакцию. При этом опубликованный Microsoft Research бенчмарк не заменяет независимую проверку. Перед использованием в научной работе стоит повторить замеры на собственной аппаратной конфигурации и тех же типах задач, которые составляют рабочий поток лаборатории.
Что проверить перед применением
Наиболее конкретный следующий шаг для исследователя — сравнить Skala 1.1 с текущим функционалом на небольшом наборе собственных систем. В тест следует включить несколько молекул или реакций, характерных для проекта, и зафиксировать не только энергию, но также геометрию, дипольный момент, время расчёта и потребление ресурсов.
Нельзя автоматически считать Skala 1.1 заменой любого гибридного или волнового метода. Заявленный результат относится к GMTKN55 и описывает среднюю ошибку на составном эталонном наборе. Кроме того, доступность в разных пакетах пока неодинакова: CP2K уже указан как поддерживаемая платформа, а интеграции с Psi4, FHI-aims, ORCA и VASP ещё развиваются.
Главная новость релиза — не только заявленное улучшение точности, а попытка связать обновляемую модель с реальными программными экосистемами и постоянным измерением производительности. Насколько этот подход приблизит DFT к предсказательным расчётам в новых классах химических и материаловедческих задач, покажут последующие независимые тесты и стабильные релизы интеграций.