为什么深度学习会是计算机的“杀手级应用”？ IBM是怎么找到分布式计算来加快大数据人工智能工作负载处理速度的？
总的来说，这听起来足够简单：你有一台大型快速服务器在处理人工智能相关的大数据工作负载。然后需求变了，更多数据需要添加进来才能在一定时限内完成任务。逻辑上讲，你需要做的，就是添加更多的处理能力而已。
然而，就像流行表情包里说的一样：“臣妾做不到啊！”
没错，直到今天，添加更多的服务器是解决不了这个问题的。迄今为止的深度学习分析系统，都只能运行在单台服务器上；用例仅仅是不能通过添加更多服务器来扩展而已，这背后有些深层次的原因。
但是，现在，这一切都成为了历史。8月8日，IBM宣称，已找到新的分布式深度学习软件开发路线，不久之后深度学习负载分布式处理不再是梦。这很有可能是至少最近10年来，人工智能计算领域里跨越大的一步。
联网服务器搞定AI任务听起来简单，但事实并非如此
仅仅能够联网一组服务器使之协调工作解决单个问题，IBM Research 就已然发现了让大规模深度学习更为实际的里程碑：如IBM最初的结果中证明的，用数百万张照片、图片甚至医学影像，以及通过增加速度和大幅提升图像识别准确率，来训练AI模型。
同样是在8月8号，IBM发布了其 Power AI 软件贝塔版，供认知和AI开发者打造更准确的AI模型，发展更好的预测。该软件将有助于缩短AI模型训练时间，可从数天乃至数周，缩短至数小时。
到底是什么让深度学习处理如此耗时？首先，数据量非常庞大，往往涉及很多GB或TB数据。其次，能够梳理这些信息的软件现在才针对这类工作负载进行了优化。
很多人现在都没搞清楚的一件事是，深度学习与机器学习、人工智能和认知智能到底哪里不一样？
深度学习是机器学习的一个子集
IBM高性能计算与数据分析认知系统副总裁萨米特·古普塔称：“深度学习被认为是机器学习的一个子集，或者说一种特别的方法。”
我常举的一个深度学习的例子是：我们在教小孩认猫猫狗狗时，会给他们展示很多狗狗的图片，然后有一天小孩子就会说“狗”了。但是小孩子并没有认清狗狗有4条腿和一条尾巴的事实，其他一些细节也没认识到；小孩子就是在实际整体感知一条狗狗。这与传统计算机模型那种“如果……否则……”的条件逻辑迥然不同。深度学习试图模仿这种整体认知，所用方法就是所谓的神经网络。
深度学习的问题在于，计算量太过庞大，高通信开销一直是其大的挑战。
这就是计算机终结者，实实在在的“杀手App”。我们已经在用GPU（图形处理单元）加速器来加快深度学习训练了。我们所做的，就是向这些计算机模型馈送数百万的图片，但之后我们需要在带强力GPU的计算机上训练它们，为记录和理解这些图像涉及的东西。
大多数深度学习框架可扩展到一台服务器上的多个GPU，但不能延伸至多台带GPU的服务器。于是，我们的团队编写了软件和算法，自动化并优化了该超大复杂计算任务的并行计算，使之能跨数十台服务器上的数百个GPU加速器并行执行。这很难！
IBM发现“理想扩展”
IBM Research 提交了近乎理想的扩展方式。在64台 IBM Power 系统的256个GPU上部署的开源Caffe深度学习框架中，其新分布式深度学习软件，达到了历史新低的通信量，以及95%的扩展效率。
IBM研究员Hillery Hunter开发的可驱动多个GPU的新软件
上一个最佳扩展，是 Facebook AI Research 在Caffe2上执行的训练中展现出来的89%，且其通信量更高。采用该软件，IBM Research 在超大数据集(750万张图像)上训练的神经网络，达到了33.8%的图像识别准确率新高。之前的记录是微软的29.8%。
IBM Research 分布式深度学习代码的技术预览，可从 IBM PowerAI 4.0 的TensorFlow版和Caffe版获取。
在ResNet-101深度学习模型上，IBM用来自ImageNet-22K数据集的750万图片，以批处理大小5120的规模，证明了其分布式深度学习软件的扩展能力。该团队采用64台 IBM Power 服务器集群，以总共256块 NVIDIA P100 GPU 加速器，达到了88%的扩展效率，且只有非常低的通信开销。
分布式深度学习前景广大，可在很多领域形成突破，从消费者移动App体验到医疗影像诊断。但大规模部署深度学习的准确性和实用性上的进展，却受阻于大规模深度学习AI模型运行上的技术难题——训练时间以天计，甚至以周计。
分析师怎么说
Moor Insights & Strategy 总裁兼首席分析师派翠克·摩尔海德称：“这是过去6个月里我所见过的深度学习行业较大突破之一。有趣的部分在于，这一突破来自IBM，而不是谷歌之类的Web巨头，意味着企业可以通过OpenPOWER硬件和PowerAI软件在内部应用，甚或通过云提供商Nimbix来采用该技术。
最令人震惊的，是添加扩展节点时的近线性扩展率，性能在90%到95%之间。最简化的看待方式，就是横向扩展的AI vs. 我们今天大多数人用的传统向上扩展。性能的提高是数量级的。
技术咨询公司 Enderle Group 总裁罗博·恩德勒称，IBM此次发布的重要性在于，你可以用硬件扩展深度学习操作的性能。深度学习操作上一直都有可用GPU数量上的限制，IBM有效去除了这一限制，让公司企业可以通过购买硬件，来换取完成操作所需的时间。
这是巨大的一步，尤其是在安全和欺诈防护之类的领域，因为这些领域的系统训练所需时长，往往是以天计，但破坏却可在数分钟内就达到百万级。因此，你部署的解决方案，应能以更即时的方式，更合理地解决这一巨大的风险暴露面。
IT行业分析公司Pund-IT首席分析师查尔斯·金称，IBM的速度提升十分惊人。之前的纪录保持者微软的系统在10天内完成了训练，达到了29.8%的准确率。IBM的集群配合上该新的DDL库，在7小时内就训练完毕，准确率高达33.8%。
另外，IBM的DDL库及API，任何使用该公司 Power Systems 和 PowerAI V4.0 以上版本的用户均可采用。结合对Caffe和 TensorFlow AI 框架的支持，IBM计划让该DDL库和API对Torch和Chainer开放。
“总之，通过大体上清除深度学习训练瓶颈，斩落当前性能领跑者，IBM的新DDL库和API应能使AI项目更具竞争力，更吸引公司企业和其他机构组织。”
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