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半导体

全新架构“数字退火”开创新计算技术

富士通成功研发“数字退火”计算机。这台计算机运算速度惊人,日本目前最快的超级计算机“京”需要8亿年时间才能完成的运算,“数字退火”计算只需一秒即可完成。其神奇的运算速度已不能用每秒多少次运算来表述。

第一代“数字退火”计算机已开始提供商用服务,第二代也于今年初问世,可望近期投入商业运营。

说到“数字退火”技术,很多人可能还感觉陌生。科技日报记者就“数字退火”技术采访了富士通宋志毅博士。宋志毅参与了“京”和“后京”超级计算机的设计和总装,同时也是“数字退火”计算机的研发者之一。

实现演算速度飞跃性提高

科技日报:“数字退火”技术是何方神圣?

宋志毅:“数字退火”是受量子现象启发的数字电路,模拟量子退火的量子计算机,能够瞬间解决目前通用计算机难以解决的“组合优化问题”的一项新技术。其特长是规模应对8192比特,通过所有比特组合,使用方便,具有64比特、64位灰度的高精度,数字电路在常温下稳定运行。

“数字退火”通过8192比特规模全组合,是唯一解决了“组合优化问题”的实用化计算机。对于在实用方面仍有很多难以克服问题的量子计算机,应用数字技术的优势,把量子计算机的优点用数字电路再现,实现了早期实用化。

科技日报:“数字退火”如何快速解决复杂计算问题?

宋志毅:“数字退火”的量子现象,是 “0”和“1” 两个不同状态同时出现的称为“叠加”的现象。通过使用基于该现象的“量子比特”机制,演算速度实现了飞跃性提高。“数字退火”在数字电路上再现了“量子比特”机制。“数字退火”在各种量子计算机技术中,属于退火方式的计算机。退火方法是一种专门用于组合优化问题的方法,但其操作速度快,使用非常简单。不需要像传统计算机那样进行编程,只需通过设置参数即能执行计算。

介于超级计算机和量子计算机之间

科技日报:“数字退火”技术处于什么地位?

宋志毅:人工智能(AI)有三大支柱技术支撑,即高性能计算机(HPC)、深度学习和“数字退火”。富士通在高性能计算机领域有开发超级计算机“京”的经验,现正在开发“后京”超级计算机。在深度学习领域,2018年开发了专用处理器DLU。在“数字退火”领域,开发出了“数字退火”量子计算技术。有了这3个重要技术,富士通正在构建这3个重要基础技术相互关系的解决方案。

“数字退火”量子计算是介于超级计算机和量子计算机之间的全新构架计算模式。

通用计算和下一代计算的桥梁是“数字退火”。在下一代计算的量子计算机尚未实用化之前,世界上超级计算机研究者们正在展开激烈竞争。但量子计算机能够解决各种现实问题的实用化尚需时间。

在此期间,富士通通过量子现象设计的应用数字电路的“最佳组合问题”,开发出了全新概念的 “数字退火”量子计算,2018年5月15日开始提供云服务。“最佳组合”在解决新药开发、金融、流通等各个领域问题的同时,新生出众多的商机。

将实现百万比特规模的问题解决能力

“数字退火”优势在于利用现有的半导体技术制造,不需特殊的冷却装置即可实现在常温环境下稳定工作。“数字退火”在组合优化问题上飞速进步,可以解决需要大规模计算和高精度的各种实际组合优化问题。

富士通第一代“数字退火”计算机已开始提供云服务。2018年下半年开始开发更高性能的第二代DAU“数字退火器单元”(Digital Annealer UNIT)并可以将此系统的软硬件直接提供给客户自己使用。目前正在开发DAU并列的大规模并行处理技术。2019年度将实现100万比特规模的问题解决能力。

“数字退火”首先实现了第一代1024比特云服务,第二代DAU的精度和规模更高,能够解决金融等领域高精度要求和化学等领域大规模计算问题,适用领域更大。

责任编辑:马利亚


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