2026年8月24日——由Microsoft Research AI for Science开发的Skala AI模型现已通过CP2K软件生态系统提供使用。得益于Skala，研究人员可以对更大的分子体系进行量子力学模拟，同时实现更高水平的精度。2026年初，微软研究部门与亥姆霍兹德累斯顿罗森多夫研究中心（Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf）先进系统理解中心（CASUS）的CP2K团队开始合作，将Skala AI模型集成到CP2K中。预计全球CP2K社区将测试该AI模型在化学、物理、材料科学和工程等领域广泛问题上的适用性。

对于许多模拟应用而言，密度泛函理论（DFT）——1998年获得诺贝尔奖——已被证明至关重要。CASUS主任Thomas D. Kühne教授表示：“DFT的致命弱点在于所谓的交换关联泛函。”在科学中，泛函指的是寻找最适合特定问题的函数的过程。尽管近年来为DFT开发的交换关联泛函日益精密，但最精确的泛函需要极其庞大的计算时间，因此只能用于粒子数量较少的体系。Skala是Microsoft Research AI for Science开发的一种新型交换关联泛函。与再增加一层数学公式的做法不同，微软在Skala中采用了新方法：让神经网络学习不同区域的电子密度如何相互影响。这使得Skala成为首批可用的基于AI的交换关联泛函之一。

Kühne教授表示：“微软研究院在2025年展示的结果令人印象深刻，尤其是某些DFT计算在精度和计算效率方面的结合。我们看到了在CP2K中评估这一方法的机会，并希望更好地理解它对我们所在社区相关问题的适用性。当然，我们也很激动能成为微软之外第一个证实Skala优势的团队。”8月中旬，来自CASUS和微软研究院的科学家展示了合作的首批成果。这些成果表明，所采用的方法确实前景广阔。CASUS科学计算核心（Scientific Computing Core）第一作者Franz Pöschel表示：“我可以确认，借助Skala，我们在特定测试案例的模拟精度上实现了显著飞跃。”

公告发布后引发高度关注

Microsoft Research AI for Science于2026年春季在一次会议上宣布了即将把Skala集成到CP2K中的计划。自那以来，社区成员一直在定期关注进展。Pöschel表示：“尽管我们对这种关注感到高兴，但也感到了交付成果的压力。因此，我很高兴地确认，Skala现已可在CP2K中用于分子体系的模拟。”

Microsoft Research AI for Science高级研究员Sebastian Ehlert博士解释了为什么CP2K对Skala团队如此重要：“为了提升采用率，Skala应该出现在社区已经使用的地方。CP2K多年来一直是计算化学研究的基石，因此自然成为集成的优先选择。”

CP2K软件生态系统是进行DFT计算的强大工具，尤其适用于大型体系长时间尺度的动态模拟。在这个开源平台上，可以使用密度泛函理论和经典分子动力学等量子力学方法模拟分子、液体、固体和生物体系。得益于其高效的算法以及在专用计算机架构上并行执行各个计算步骤的能力，CP2K甚至可以计算包含数千到数万个原子的超大型体系。这使得该软件特别适合电池材料、催化剂、半导体、蛋白质及其他复杂材料的研究。近期，CP2K增强了支持使用AI模型的功能。利用CP2K生成的训练数据，这些模型可以高精度地预测分子能量和力。这扩展了模拟的时间和长度尺度。

更多更新正在进行中

在发布之前，Microsoft Research AI for Science和CASUS的团队对CP2K中的Skala集成进行了广泛测试。Ehlert表示：“我们希望确保Skala在不同的程序和设置下都能提供一致的精度和速度。我们与CP2K团队共同创建了一套集成测试，以确保Skala提供数值正确的结果。我们特别感谢CASUS团队的支持，他们凭借在计算方法数值验证方面的深厚经验，帮助设计了这套集成测试。”

Skala并非静态近似：该AI模型正在不断改进并扩展新功能。它很快将支持对周期性固体（如金属和半导体）以及液体的模拟。CP2K可以成为快速广泛采用Skala的平台：此次集成将使CP2K更容易获得最新版本的Skala。Kühne教授解释道：“Microsoft Research AI for Science对其研究伙伴有着很高的标准。我们相信，在取得这一初步成功之后，我们的合作将带来更多成果。”