“數(shù)字退火”計算機的心臟“DAU”芯片

富士通成功研發(fā)“數(shù)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(shù)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(shù)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(yè)運營。

說到“數(shù)字退火”技術，很多人可能還感覺陌生。科技日報記者就“數(shù)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(shù)字退火”計算機的研發(fā)者之一。

實現(xiàn)演算速度飛躍性提高

科技日報：“數(shù)字退火”技術是何方神圣?

宋志毅：“數(shù)字退火”是受量子現(xiàn)象啟發(fā)的數(shù)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(yōu)化問題”的一項新技術。其特長是規(guī)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(shù)字電路在常溫下穩(wěn)定運行。

“數(shù)字退火”通過8192比特規(guī)模全組合，是唯一解決了“組合優(yōu)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(shù)字技術的優(yōu)勢，把量子計算機的優(yōu)點用數(shù)字電路再現(xiàn)，實現(xiàn)了早期實用化。

科技日報：“數(shù)字退火”如何快速解決復雜計算問題?

宋志毅：“數(shù)字退火”的量子現(xiàn)象，是 “0”和“1” 兩個不同狀態(tài)同時出現(xiàn)的稱為“疊加”的現(xiàn)象。通過使用基于該現(xiàn)象的“量子比特”機制，演算速度實現(xiàn)了飛躍性提高。“數(shù)字退火”在數(shù)字電路上再現(xiàn)了“量子比特”機制。“數(shù)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(yōu)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(tǒng)計算機那樣進行編程，只需通過設置參數(shù)即能執(zhí)行計算。

介于超級計算機和量子計算機之間

科技日報：“數(shù)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(shù)字退火”。富士通在高性能計算機領域有開發(fā)超級計算機“京”的經(jīng)驗，現(xiàn)正在開發(fā)“后京”超級計算機。在深度學習領域，2018年開發(fā)了專用處理器DLU。在“數(shù)字退火”領域，開發(fā)出了“數(shù)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(shù)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(shù)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(xiàn)實問題的實用化尚需時間。

在此期間，富士通通過量子現(xiàn)象設計的應用數(shù)字電路的“最佳組合問題”，開發(fā)出了全新概念的 “數(shù)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(fā)、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(xiàn)百萬比特規(guī)模的問題解決能力

“數(shù)字退火”優(yōu)勢在于利用現(xiàn)有的半導體技術制造，不需特殊的冷卻裝置即可實現(xiàn)在常溫環(huán)境下穩(wěn)定工作。“數(shù)字退火”在組合優(yōu)化問題上飛速進步，可以解決需要大規(guī)模計算和高精度的各種實際組合優(yōu)化問題。

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

“數(shù)字退火”首先實現(xiàn)了第一代1024比特云服務，第二代DAU的精度和規(guī)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(guī)模計算問題，適用領域更大。記者 陳超攝

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