Правильно -- глубокое обучение, глубокая архитектура, глубокая нейронная сеть.
Глубокое противопоставляется мелкому, по числу слоёв (больше одного скрытого -- глубокое, один скрытый слой -- мелкое), то есть по протяжённости нейронной сети от поверхности до глубины. А глубинное противопоставляется поверхностному, как уточнению местоположения слоя, залеганию по отношению ко дну и поверхности, а не оценка всей толщины сетки, не оценка протяжённости всей толщи от поверхности до дна. Если бы я учил в глубокой сети отдельные слои, то я бы назвал это глубинным или поверхностным, или даже срединным обучением -- в зависимости от того, какие слои бы я учил. Но если учится вся сеть -- то учится глубокая сеть, на всю глубину. Глубинные течения, но глубокое море. Глубинные слои нейронной сети, но глубокая сеть.
Аналогично, например, "глубинная структура" Хомского (https://en.wikipedia.org/wiki/Deep_structure_and_surface_structure) -- указывает на слой представления в глубине (https://ru.wikipedia.org/wiki/Глубинная_структура), в отличие от "поверхностной структуры", которая указывает на слой представления у поверхности. Тут тоже часто делают ошибку, называя deep structure у Хомского "глубокой структурой" (я и сам делал такую ошибку!). Но если бы это была глубокая структура, то она была бы не "в глубине", а "имела глубину".