全新架構“數字退火”開創新計算技術 實現演算速度飛躍性提高

富士通成功研發“數字退火”計算機。這臺計算機運算速度驚人，日本目前最快的超級計算機“京”需要8億年時間才能完成的運算，“數字退火”計算只需一秒即可完成。其神奇的運算速度已不能用每秒多少次運算來表述。

第一代“數字退火”計算機已開始提供商用服務，第二代也于今年初問世，可望近期投入商業運營。

說到“數字退火”技術，很多人可能還感覺陌生。科技日報記者就“數字退火”技術采訪了富士通宋志毅博士。宋志毅參與了“京”和“后京”超級計算機的設計和總裝，同時也是“數字退火”計算機的研發者之一。

實現演算速度飛躍性提高

科技日報：“數字退火”技術是何方神圣?

宋志毅：“數字退火”是受量子現象啟發的數字電路，模擬量子退火的量子計算機，能夠瞬間解決目前通用計算機難以解決的“組合優化問題”的一項新技術。其特長是規模應對8192比特，通過所有比特組合，使用方便，具有64比特、64位灰度的高精度，數字電路在常溫下穩定運行。

“數字退火”通過8192比特規模全組合，是唯一解決了“組合優化問題”的實用化計算機。對于在實用方面仍有很多難以克服問題的量子計算機，應用數字技術的優勢，把量子計算機的優點用數字電路再現，實現了早期實用化。

科技日報：“數字退火”如何快速解決復雜計算問題?

宋志毅：“數字退火”的量子現象，是 “0”和“1” 兩個不同狀態同時出現的稱為“疊加”的現象。通過使用基于該現象的“量子比特”機制，演算速度實現了飛躍性提高。“數字退火”在數字電路上再現了“量子比特”機制。“數字退火”在各種量子計算機技術中，屬于退火方式的計算機。退火方法是一種專門用于組合優化問題的方法，但其操作速度快，使用非常簡單。不需要像傳統計算機那樣進行編程，只需通過設置參數即能執行計算。

介于超級計算機和量子計算機之間

科技日報：“數字退火”技術處于什么地位?

宋志毅：人工智能(AI)有三大支柱技術支撐，即高性能計算機(HPC)、深度學習和“數字退火”。富士通在高性能計算機領域有開發超級計算機“京”的經驗，現正在開發“后京”超級計算機。在深度學習領域，2018年開發了專用處理器DLU。在“數字退火”領域，開發出了“數字退火”量子計算技術。有了這3個重要技術，富士通正在構建這3個重要基礎技術相互關系的解決方案。

“數字退火”量子計算是介于超級計算機和量子計算機之間的全新構架計算模式。

通用計算和下一代計算的橋梁是“數字退火”。在下一代計算的量子計算機尚未實用化之前，世界上超級計算機研究者們正在展開激烈競爭。但量子計算機能夠解決各種現實問題的實用化尚需時間。

在此期間，富士通通過量子現象設計的應用數字電路的“最佳組合問題”，開發出了全新概念的 “數字退火”量子計算，2018年5月15日開始提供云服務。“最佳組合”在解決新藥開發、金融、流通等各個領域問題的同時，新生出眾多的商機。

將實現百萬比特規模的問題解決能力

“數字退火”優勢在于利用現有的半導體技術制造，不需特殊的冷卻裝置即可實現在常溫環境下穩定工作。“數字退火”在組合優化問題上飛速進步，可以解決需要大規模計算和高精度的各種實際組合優化問題。

富士通第一代“數字退火”計算機已開始提供云服務。2018年下半年開始開發更高性能的第二代DAU“數字退火器單元”(Digital Annealer UNIT)并可以將此系統的軟硬件直接提供給客戶自己使用。目前正在開發DAU并列的大規模并行處理技術。2019年度將實現100萬比特規模的問題解決能力。

“數字退火”首先實現了第一代1024比特云服務，第二代DAU的精度和規模更高，能夠解決金融等領域高精度要求和化學等領域大規模計算問題，適用領域更大。