最新科技：超导内存读写速度提升100倍的技术开发

来自莫斯科物理技术学院(MIPT)与莫斯科国立大学(Moscow State Univeristy)的科学家在最近一期的《应用物理快报》(Applied Physics Letters)中发表这项研究成果。

这项理论性的研究成果预测在复杂的Josephson Junction超导组件中存在双稳态状态。建置这种组件可能需要进行超冷却作业，使其无法真正落实于某些应用。

由 MIPT超导系统量子拓扑现象实验室(Laboratory of Quantum Topological Phenomena in Superconducting Systems)主任Alexander Golubov为首的一支研究团队，提出了一种在Josephson Junction类型组件中基于量子效应的内存单元，这是一种“超导体—电介质—超导体”结构的夹层，在接合点的一侧包括了铁磁体和一般金属的组合。这 应该是一种可透过横向注入电流于结构中，从而实现在2种状态(1与0)之间切换的双稳态。透过电流流经该接合点，该系统的状态能够因此实现非破坏性读取。
取决于所使用的材料以及特定系统的几何结构，所需的读写作业速度预计约几百皮秒(ps)。

Golubov解释，“此外，我们的方法只需要一种磁性层，这表示它可能适应所谓的单通量量子逻辑电路，也就是说不必再为处理器建立一种全新的架构。基于单通量量子逻辑的计算机可实现高达几百兆赫(GHz)的频率速度，而且功耗更降低了几十倍。”

Theano，由蒙特利尔大学开发，其正在研发的gpuarray后端对OpenCL提供非正式支持。

DeepCL，由Hugh Perkins开发的OpenCL库，用于训练卷积神经网络。

对于刚进入此领域、希望选择工具的人来说，我们的建议是从Caffe开始，因为它十分常用，支持性好，用户界面简单。利用Caffe的model zoo库，也很容易用预先训练好的模型进行试验。

增加训练自由度

有人或许以为训练机器学习算法的过程是完全自动的，实际上有一些超参数需要调整。对于深度学习尤为如此，模型在参数量上的复杂程度经常伴随着大量可能的超参数组合。可以调整的超参数包括训练迭代次数、学习速率、批梯度尺寸、隐藏单元数和层数等等。调整这些参数，等于在所有可能的模型中，挑选最适用于某个问题的模型。传统做法中，超参数的设置要么依照经验，要么根据系统网格搜索或更有效的随机搜索来进行。最近研究者转向了适应性的方法，用超参数调整的尝试结果为配置依据。其中，贝叶斯优化是最常用的方法。

不管用何种方法调整超参数，目前利用固定架构的训练流程在某种程度上局限了模型的可能性，也就是说，我们或许只在所有的解决方案中管窥了一部分。固定架构让模型内的超参数设置探究变得很容易（比如，隐藏单元数、层数等），但去探索不同模型间的参数设置变得很难（比如，模型类别的不同），因为如果要就一个并不简单符合某个固定架构的模型来进行训练，就可能要花很长时间。相反，FPGA灵活的架构，可能更适合上述优化类型，因为用FPGA能编写一个完全不同的硬件架构并在运行时加速。

低耗能计算节点集群

深度学习模型最让人着迷的就是其拓展能力。不管是为了从数据中发现复杂的高层特征，还是为数据中心应用提升性能，深度学习技术经常在多节点计算基础架构间进行拓展。目前的解决方案使用具备Infiniband互连技术的GPU集群和MPI，从而实现上层的并行计算能力和节点间数据的快速传输。然而，当大规模应用的负载越来越各不相同，使用FPGA可能会是更优的方法。FPGA的可编程行允许系统根据应用和负载进行重新配置，同时FPGA的能耗比高，有助于下一代数据中心降低成本。

结语

相比GPU和GPP，FPGA在满足深度学习的硬件需求上提供了具有吸引力的替代方案。凭借流水线并行计算的能力和高效的能耗，FPGA将在一般的深度学习应用中展现GPU和GPP所没有的独特优势。同时，算法设计工具日渐成熟，如今将FPGA集成到常用的深度学习框架已成为可能。未来，FPGA将有效地适应深度学习的发展趋势，从架构上确保相关应用和研究能够自由实现。