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- 1. エヌビディア合同会社 ディープラーニング部 部長 井﨑 武士 ディープラーニングの最前線と 医療分野への応用 2017年1月28日
- 2. 2 創業1993年 共同創立者兼CEO ジェンスン・フアン （Jen-Hsun Huang） 1999年 NASDAQに上場（NVDA） 1999年にGPUを発明 その後の累計出荷台数は10億個以上 2015年度の売上高は46億8,000万ドル 社員は世界全体で9,100人 約7,300件の特許を保有 本社は米国カリフォルニア州サンタクララ
- 4. 4 AGENDA Deep Learningとは Deep Learning 事例 医療画像分野での実例 なぜGPUがDeep Learningに向いているのか NVIDIA Deep Learningプラットフォーム DIGITS DIGITSデモ (時間があれば)
- 5. 5 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 ディープラーニングの目覚しい進化 IMAGENET 正答率 従来 CV 手法 ディープラーニング DeepMindのAlphaGoが囲碁で 世界チャンピオンを越える Atomwiseがエボラウィルスの感染力を 低減する可能性のある2つの新薬を開発 FANUCがピッキングロボットで 8時間の学習で90%の取得率を達成 X線画像読影診断で肺がんの検出率が 読影診断医の1.5倍 みずほ証券が株価のトレードに Deep Learningを導入 1秒間に600万人の 顔認識を行える Deep Face
- 6. 生産性の向上 – 活用事例 Google: AIによりデータセンターの 消費電力を数100億円規模で 低減 FANUC:40日前にロボットの 故障を予測 選択的な給水や除草により 化学薬品の使用を９０％ 低減
- 7. 便利な生活 – 活用事例 Alibaba: スマートフォンで撮った 写真から同一商品、類似商品を 検索 WEpod:大学と近隣の駅間を連 絡する自動運転電気自動車が 登場 Sharp: お掃除ロボットに音声 認識を搭載。ハンズフリーで 掃除を開始
- 8. AI CO-PILOT (1) Face Recognition Head Tracking
- 9. AI CO-PILOT (2) Lip ReadingGaze Tracking
- 11. 安心・安全な生活 – 活用事例 Paypal:不正決済の検出の 誤報率が50%低減 herta Security:スマート監視 カメラにより空港やショッピング モールの公共安全を向上 vRad:CTスキャン画像により、潜 在的に頭蓋内の出血の可能性 が高い箇所を特定し、予防
- 12. 13 DEEP LEARNING INSIGHT 従来のアルゴリズム ディープラーニング 0% 20% 40% 60% 80% 100% overall passenger channel indoor public area sunny day rainny day winter summer Pedestrian detection Recall rate Traditional Deep learning 70 75 80 85 90 95 100 vehicle color brand model sun blade safe belt phone calling Vehicle feature accuracy increased by Deep Learning traditional algorithm deep learning 監視カメラ
- 13. 医療分野での実例
- 14. 子供の成長の問題を AI が検出 Detecting growth-related problems in children requires calculating their bone age. But it’s an antiquated process that requires radiologists to match X-rays with images in a 1950s textbook. Massachusetts General Hospital, which conducts the largest hospital-based research program in the United States, developed an automated bone-age analyzer built on NVIDIA cuDNN and the NVIDIA DIGITS DevBox. The system is 99% accurate and delivers test results in seconds versus days.
- 15. Deep Learning for early detection of Age- related Macular Degeneration ________________________________________ – UW developed a deep learning system to read OCT scans and automatically detect Age-related Macular Degeneration. – There were 5.4 Million Scans in 2014 – In under one month of training, the system is over 90% accurate 80% of people above 80 have Age-related Macular Degeneration and it is treatable -Aaron Lee, Assistant Professor of Ophthalmology, University of Washington
- 16. 乳がんの転移の検出 • 腋下リンパ節の状態を検出 • データセットはCamelyon16 Challengeのものを利用 https://camelyon16.grand-challenge.org/ • データには2つの独立したデータセットから合計400の 歩哨リンパ節のWSI(Whole-slide-image)が含まれている • トレーニングデータ • テストデータ オランダのラドバウド大学メディカルセンター/ ユトレヒト大学メディカルセンターから集めた130のWSI
- 17. TASK スライドベースの評価 • 転移を含むスライドと正常なスライドの区別 • スライドレベルでのROC分析 • アルゴリズムの比較はROC曲線下面積（AUC）を用いる 病変ベースの評価 • 信頼スコアを伴う腫瘍領域の検出 • FROC曲線を使用 • 最終スコアはあらかじめ決められたFalse-Positive率の感度として決められる 1/4,1/2,1,2,4,8
- 18. FRAMEWORK
- 19. NNの詳細 ResNet101を用いて、Atrous畳み込み演算とAtrous Spatial pyramid pooling (ASPP)を使用 Atrous畳み込み演算とASPPは予測のための視野を拡大し、複数の倍率でオブジェクトとイメージコ ンテキストのキャプチャを可能とする トレーニングはNVCAFFEを使用。パッチサイズは 20xで512X512。ミニバッチサイズは10 ラーニングレートは2.5e-4から始め、0.9乗の 多項式 重み減衰 0.0005 モーメンタム0.9 Tesla P100で40000イタレーション 約1日
- 21. 結果
- 30. 結果
- 31. 結果 0,76 0,77 0,85 0,85
- 33. ディープラーニングを加速する3要因 DNN GPUビッグデータ 1分間に100 時間の ビデオがアップロード 日々3.5億イメージ がアップロード 1時間に2.5兆件の 顧客データが発生 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 NVIDIA GPU x86 CPU TFLOPS TORCH THEANO CAFFE MATCONVNET PURINEMOCHA.JL MINERVA MXNET*
- 34. 典型的なネットワーク例 多量なトレーニングデータと多数の行列演算 目的 顔認識 トレーニングデータ 1,000万～1億イメージ ネットワークアーキテクチャ 10 層 10 億パラメータ ラーニングアルゴリズム 30 エクサフロップスの計算量 GPU を利用して30日
- 35. CNN: CONVOLUTION NEURAL NETWORK LeNet5 [LeCun et al.,1998]
- 36. FULL CONNECTION Forward Layer 1 Layer 2 Layer 3 Layer 4
- 37. FULL CONNECTION 𝑦𝑦 𝑖𝑖 = 𝐹𝐹 � 𝑗𝑗 (𝑤𝑤 𝑖𝑖 𝑗𝑗 × 𝑥𝑥 𝑗𝑗 ) x[N] y[M] w[N][M]
- 38. FULL CONNECTION x[N] y[M] w[N][M] x = w[N][M] x[N] y[M] Matrix Vector 𝑦𝑦 𝑖𝑖 = 𝐹𝐹 � 𝑗𝑗 (𝑤𝑤 𝑖𝑖 𝑗𝑗 × 𝑥𝑥 𝑗𝑗 ) メモリバンド幅で性能が決まる Xeon E5-2690v3 Tesla M40 68GB/s 288 GB/s
- 39. FULL CONNECTION (MINI-BATCH) x[N] y[M] w[N][M] x = w[N][M] x[N] y[M] Matrix Vector 𝑦𝑦 𝑖𝑖 = 𝐹𝐹 � 𝑗𝑗 (𝑤𝑤 𝑖𝑖 𝑗𝑗 × 𝑥𝑥 𝑗𝑗 )
- 40. FULL CONNECTION (MINI-BATCH) x[K][N] y[K][M] w[N][M] x = w[N][M] x[K][N] y[K][M] Matrix Matrix 高い演算能力を発揮できる 𝑦𝑦[𝑘𝑘] 𝑖𝑖 = 𝐹𝐹 � 𝑗𝑗 (𝑤𝑤 𝑖𝑖 𝑗𝑗 × 𝑥𝑥[𝑘𝑘] 𝑗𝑗 ) Xeon E5-2690v3 Tesla M40 0.88 TFLOPS 7.0 TFLOPS
- 41. CNN: CONVOLUTION NEURAL NETWORK LeNet5 [LeCun et al.,1998]
- 42. CONVOLUTIONS Output feature maps Input feature map(s)
- 43. CONVOLUTIONS Input feature maps Output feature maps
- 44. CONVOLUTIONS Direct Convolution - 膨大な組み合わせ - それぞれ向けに最適化 するのは困難 FFT - メモリ負荷が高い - 柔軟性が低い Matrix Multiply Output feature maps Input feature map(s)
- 45. CONVOLUTIONS I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 I8 F0 F1 F2 F3 Input Filter O0 O1 O2 O3 Output
- 46. CONVOLUTIONS I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 I8 F0 F1 F2 F3 Input data Filter data F0 F1 F2 F3 I0 I1 I3 I4 I1 I2 I4 I5 I3 I4 I6 I7 I4 I5 I7 I8 Expanded input data Output data
- 47. CONVOLUTIONS I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 I8 F0 F1 F2 F3 Input data Filter data F0 F1 F2 F3 F0 F1 F2 F3 F0 F1 F2 F3 I0 I1 I3 I4 I1 I2 I4 I5 I3 I4 I6 I7 I4 I5 I7 I8 Expanded input data Output data
- 48. CONVOLUTIONS I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 I8 F0 F1 F2 F3 Input data Filter data F0 F1 F2 F3G0 G1 G2 G3 J0 J1 J3 J4 J1 J2 J4 J5 J3 J4 J6 J7 J4 J5 J7 J8 J0 J1 J2 J3 J4 J5 J6 J7 J8 I0 I1 I3 I4 I1 I2 I4 I5 I3 I4 I6 I7 I4 I5 I7 I8 G0 G1 G2 G3 F0 F1 F2 F3 G0 G1 G2 G3 F0 F1 F2 F3G0 G1 G2 G3 Output data
- 49. 行列演算のサイズ (LENET5) LeNet5 [LeCun et al.,1998] OutputsFilter (Expanded) Inputs 16 100 * batch size 150 150
- 50. 行列演算のサイズ (GOOGLENET) GoogLeNet [Szegedy et al.,2014] OutputsFilter (Expanded) Inputs 192 3136 * batch size 576 576
- 51. NVIDIA Deep Learning プラットフォーム
- 52. 学習と推論プラットフォーム ワークステーション サーバー NVIDIA Tesla NVIDIA TEGRA/JETSON TX1 学習 推論 NVIDIA Tesla/DGX-1 オンライン オフライン X
- 53. GPUロードマップSGEMM/W 2012 20142008 2010 2016 48 36 12 0 24 60 2018 72 Tesla Fermi Kepler Maxwell Pascal Volta
- 54. 倍精度 5.3TF | 単精度 10.6TF | 半精度 21.2TF TESLA P100 ハイパースケールデータセンターのための 世界で最も先進的な GPU
- 55. P100の技術革新 16nm FinFETPascal アーキテクチャ CoWoS /HBM2 NVLink
- 56. リニアなスケーリングを実現するNVLINK 1.0x 2.0x 3.0x 4.0x 5.0x 6.0x 7.0x 8.0x 1GPU 2GPU 4GPU 8GPU AlexnetOWT P100 NVLINK P100 PCIE Deepmark test with NVCaffe. AlexnetOWT use batch 128, Incep-v3/ResNet-50 use batch 32, weak scaling, P100 and DGX-1 are measured, FP32 training, software optimization in progress, CUDA8/cuDNN5.1, Ubuntu 14.04 1.0x 2.0x 3.0x 4.0x 5.0x 6.0x 7.0x 8.0x 1GPU 2GPU 4GPU 8GPU Incep-v3 P100 NVLINK P100 PCIE 1.0x 2.0x 3.0x 4.0x 5.0x 6.0x 7.0x 8.0x 1GPU 2GPU 4GPU 8GPU ResNet-50 P100 NVLINK P100 PCIE Speedup 2.3x 1.3x 1.5x
- 57. NVIDIA CONFIDENTIAL. DO NOT DISTRIBUTE. NVIDIA DGX-1 世界初ディープラーニング スーパーコンピューター ディープラーニング向けに設計 170 TF FP16 8個 Tesla P100 ハイブリッド・キューブメッシュ 主要なAIフレームワークを加速
- 58. 0x 16x 32x 48x 64x 0 16 32 48 64 ストロングスケール 1つのストロングノードは多くのウィークノードよりも高速 VASP 性能 2x P100 CPU: Dual Socket Intel E5-2680v3 12 cores, 128 GB DDR4 per node, FDR IB VASP 5.4.1_05Feb16, Si-Huge Dataset. 16, 32 Nodes are estimated based on same scaling from 4 to 8 nodes Caffe AlexNet scaling data: https://software.intel.com/en-us/articles/caffe-training-on-multi-node-distributed-memory-systems-based-on-intel-xeon-processor-e5 CAFFE ALEXNET 性能 4x P100 8x P100 Single P100 PCIe Node vs Lots of Weak Nodes # of CPU Server Nodes Speed-upvs1CPUServerNode 0x 2x 4x 6x 8x 10x 12x 0 4 8 12 16 20 24 28 32 2x P100 8x P100 Single P100 PCIe Node vs Lots of Weak Nodes # of CPU Server Nodes Speed-upvs1CPUServerNode 4x P100 64 CPU Nodes 32 CPU Nodes
- 59. Fastest AI Supercomputer in TOP500 4.9 Petaflops Peak FP64 Performance 19.6 Petaflops DL FP16 Performance 124 NVIDIA DGX-1 Server Nodes Most Energy Efficient Supercomputer #1 on Green500 List 9.5 GFLOPS per Watt 2x More Efficient than Xeon Phi System Rocket for Cancer Moonshot CANDLE Development Platform Optimized Frameworks DGX-1 as Single Common Platform INTRODUCING DGX SATURNV World’s Most Efficient AI Supercomputer
- 60. To speed advances in the fight against cancer, the Cancer Moonshot initiative unites the Department of Energy, the National Cancer Institute and other agencies with researchers at Oak Ridge, Lawrence Livermore, Argonne, and Los Alamos National Laboratories. NVIDIA is collaborating with the labs to help accelerate their AI framework called CANDLE as a common discovery platform, with the goal of achieving 10X annual increases in productivity for cancer researchers. AI PLATFORM TO ACCELERATE CANCER RESEARCH
- 61. エヌビディア ディープラーニング プラットフォーム COMPUTER VISION SPEECH AND AUDIO BEHAVIOR Object Detection Voice Recognition Translation Recommendation Engines Sentiment Analysis DEEP LEARNING MATH LIBRARIES cuBLAS cuSPARSE GPU-INTERCONNECT NCCLcuFFT Mocha.jl Image Classification DEEP LEARNING SDK FRAMEWORKS APPLICATIONS GPU PLATFORM CLOUD GPU Tesla P100 Tesla K80/M40/M4 P100/P40/P4 Jetson TX1 SERVER DGX-1 TensorRT DRIVEPX2
- 62. 68 DIGITS
- 65. 71 DIGITS 5 • Image segmentation(領域分割)問題に対応! • DetectNet+NVCaffeで物体検出の学習が可能に! • 顔や人やその他のオブジェクトを検出するニューラルネットワーク を学習する機能を提供 • ディープラーニング・モデルストア機能を追加! • 様々なモデルのPre-trainedをダウンロード可能に • DIGITSジョブのグループ機能など • 物体検出タスクに対応した新しいDIGITS
- 66. 72 イメージセグメンテーション(領域分割) • Pascal-VOC形式の学習データとFCN(全畳込みニューラルネットワーク)を用いた領域分割のワー クフローを実現。 • 領域分割のサンプルもDIGITSに付属(semantic-segmentation/medical-imaging) • https://github.com/NVIDIA/DIGITS/tree/master/examples/semantic-segmentation DIGITS5 Pascal-VOCデータを用いた領域分割の例 Cardiac MR Left Ventricle Segmentation Challenge 心臓の領域分割例