Microsoft выпустила Skala 1.1 — нейросетевой функционал для квантовой химии, теперь в CP2K

Microsoft Research выпустила Skala 1.1 — новую версию функционала на глубоком обучении для расчётов по теории функционала плотности. Этим методом химики и материаловеды считают свойства молекул, не ставя опытов в лаборатории. Обучающих данных у новой версии в 2,5 раза больше, чем у первой публичной. По словам авторов, модель заметно точнее считает энергию реакций, скорость их протекания и строение молекул.

На наборе тестов GMTKN55 Skala 1.1 ошибается в среднем на 2,8 ккал/моль. Это лучше, чем у ведущих гибридных функционалов, а считает Skala так же быстро, как более простые полулокальные. Кроме энергий, модель точно предсказывает распределение электронной плотности, дипольные моменты и геометрию молекул.

Точность выросла за счёт данных. Microsoft пополнила свой набор эталонных квантово-химических расчётов MSR-ACC: их получают дорогими, но точными методами. В набор добавили новые категории, например сродство к электрону и нековалентные кластеры. В Microsoft противопоставляют свой подход «зоопарку функционалов», где новые функционалы копятся рядом со старыми. Каждая версия Skala должна заменять предыдущую, а считать при этом не медленнее.

Главная практическая новость — Skala теперь есть в CP2K. Это открытый пакет, который развивают больше 25 лет и которым считают большие системы и долгую молекулярную динамику. Встраивали Skala вместе с командой Томаса Кюне из центра CASUS, там же написали тесты, которые проверяют, что результаты численно корректны. Сейчас Skala подключают к открытому пакету Psi4, а с разработчиками FHI-aims, ORCA и VASP Microsoft работает над интеграцией. Раньше функционал был доступен только в собственной открытой сборке на базе PySCF.

Microsoft также опубликовала «живой» отчёт о производительности: его будут обновлять с каждой новой оптимизацией. Вместе с ним выложен набор инструментов, с которым разработчики пакетов могут замерять и проверять свои реализации Skala. По данным компании, на процессорах и видеокартах Skala уже работает со скоростью мета-GGA-функционалов. Дополнительные затраты на процессоре исчезают у молекул больше 20–30 атомов. Когда Skala появится в ORCA, VASP и остальных пакетах, компания не сообщает.