AI如何重新定義計(jì)算機(jī)

2021 年的秋天，是南瓜、核桃派和琳瑯滿目的新手機(jī)的季節(jié)。每年這個(gè)時(shí)候，蘋果、三星、谷歌和其它廠商都會(huì)如約發(fā)布新機(jī)型。早些年，這一系列發(fā)布會(huì)總能帶來(lái)驚喜、引發(fā)好奇，但隨著它們變成消費(fèi)科技日程中的固定環(huán)節(jié)，這種效應(yīng)已經(jīng)逐漸消退了。不過(guò)，在各種營(yíng)銷手段背后，還是有些事情值得我們關(guān)注。

谷歌最新發(fā)布的 Pixel 6 是首款在主處理器外還單獨(dú)配置了 AI 專用芯片的手機(jī)。而過(guò)去兩年發(fā)布的 iPhone 用的芯片內(nèi)建了蘋果所謂的 “神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引擎”，專為 AI 準(zhǔn)備。這兩款芯片都更適用于在我們手中的設(shè)備上為訓(xùn)練和運(yùn)行機(jī)器學(xué)習(xí)模型而進(jìn)行的計(jì)算，增強(qiáng)相機(jī)性能的 AI 就屬于這類模型。在我們幾乎沒(méi)有察覺(jué)的情況下，AI 已經(jīng)成了我們?nèi)粘Ｉ畹囊徊糠帧?/span>

這意味著什么？怎么說(shuō)呢，在此之前的四五十年間，計(jì)算機(jī)基本沒(méi)怎么變。它們變小了也變快了，但它們一直是執(zhí)行人類指令的裝著處理器的小盒子。AI 至少在三個(gè)方面改變了這種情況：制造方式、編程方式以及使用方式。有朝一日，計(jì)算機(jī)存在的意義也將發(fā)生變革。

英特爾并行計(jì)算實(shí)驗(yàn)室的主任普拉迪普?杜比（Pradeep Dubey）稱，“計(jì)算的核心正在從處理數(shù)字轉(zhuǎn)變?yōu)橹贫Q策”?；蛘甙凑章槭±砉び?jì)算機(jī)與人工智能實(shí)驗(yàn)室主任丹妮拉?羅斯（Daniela Rus）的說(shuō)法，AI 正在把計(jì)算機(jī)從它們的小盒子中解放出來(lái)。

欲速則不達(dá)

第一種變化關(guān)乎計(jì)算機(jī)及其控制芯片的制造方式。傳統(tǒng)上，計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步得益于完成每次計(jì)算所需時(shí)間的越來(lái)越短。幾十年來(lái)，按照芯片制造的摩爾定律，其迭代一直是周期性的，世界也因此而受益。

但現(xiàn)在，驅(qū)動(dòng) AI 應(yīng)用程序的深度學(xué)習(xí)模型所需的是另一種方式：其需要同時(shí)進(jìn)行大量的、沒(méi)那么精確的計(jì)算。這就需要一種新的芯片：這種芯片能夠盡可能快地轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)，確保它在需要的時(shí)間和位置上是可用的。當(dāng)深度學(xué)習(xí)在大約十年前迎來(lái)了自己的春天時(shí)，已經(jīng)有非常擅長(zhǎng)此類工作的計(jì)算機(jī)芯片存在了：那就是顯卡，也即 GPU，它能以每秒數(shù)十次的速率顯示整屏的像素。

當(dāng)下，像英特爾、ARM 和英偉達(dá)這些曾經(jīng)的顯卡大廠們都在試水 AI 專用硬件。谷歌和臉書也強(qiáng)勢(shì)進(jìn)軍到這個(gè)產(chǎn)業(yè)中，一場(chǎng)在硬件中追求 AI 領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)地位的競(jìng)賽已經(jīng)拉開了帷幕。

例如，谷歌的 Pixel 6 搭載了新的移動(dòng)設(shè)備版 TPU。傳統(tǒng)芯片的努力方向是超快的精確運(yùn)算，但 TPU 與之不同，它是為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)所需的大體量低精度運(yùn)算而設(shè)計(jì)的。從 2015 年開始，谷歌就在內(nèi)部使用這種芯片了：它們負(fù)責(zé)處理圖像和自然語(yǔ)言搜索任務(wù)。DeepMind 也用 TPU 來(lái)訓(xùn)練其 AI。

在過(guò)去兩年中，谷歌已經(jīng)向其它公司提供了 TPU，這些芯片以及其它公司開發(fā)的類似產(chǎn)品正在成為全球各個(gè)數(shù)據(jù)中心的標(biāo)配。

AI 甚至在幫助涉及其自身的計(jì)算基礎(chǔ)架構(gòu)。2020 年，谷歌用強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法設(shè)計(jì)了新款 TPU 的布局。這個(gè) AI 最終給出了一個(gè)奇怪的設(shè)計(jì)方案，人類根本不可能設(shè)計(jì)出這種東西，但這個(gè)方案是好用的。這類 AI 以后可能會(huì)開發(fā)出更好、更高效的芯片。

是騾子是馬，拉出來(lái)溜溜

第二種變化關(guān)乎計(jì)算機(jī)接收指令的方式。微軟英國(guó)研究主管克里斯?畢肖普（Chris Bishop）表示，過(guò)去 40 年中，我們一直在為計(jì)算機(jī)編程；而在未來(lái) 40 年里，我們則會(huì)對(duì)它們進(jìn)行訓(xùn)練。

過(guò)去，為了讓計(jì)算機(jī)做到識(shí)別語(yǔ)音或者在照片中辨認(rèn)物體這類事情，程序員們首先要為計(jì)算機(jī)制定規(guī)則。

但有了機(jī)器學(xué)習(xí)之后，程序員再也不用制定規(guī)則了。相反，他們會(huì)創(chuàng)造能自行學(xué)習(xí)這些規(guī)則的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。這是一種根本不同的思維方式。

這方面的例子已經(jīng)隨處可見(jiàn)了：語(yǔ)音和圖像識(shí)別現(xiàn)在是智能手機(jī)的標(biāo)配。別的例子則成了頭條新聞，比如 AlphaZero 自學(xué)圍棋，結(jié)果比人類下得還好。類似的例子還有 AlphaFold 破解了人類花費(fèi)數(shù)十年也沒(méi)能解決的生物學(xué)難題 —— 它搞清楚了蛋白質(zhì)折疊的模式。

對(duì)于畢肖普來(lái)說(shuō)，下一個(gè)重大的突破將會(huì)是分子模擬：訓(xùn)練計(jì)算機(jī)來(lái)操縱物質(zhì)的特性，這有可能會(huì)在能源使用、食物生產(chǎn)、制造業(yè)和醫(yī)****行業(yè)等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)改變世界的飛躍式發(fā)展。

計(jì)算機(jī)最知道

幾十年來(lái)，要想讓計(jì)算機(jī)完成一項(xiàng)任務(wù)，都需要鍵入指令，或者至少要按個(gè)按鈕。

但現(xiàn)在，機(jī)器不需要鍵盤或屏幕就能與人類進(jìn)行互動(dòng)了。任何東西都可以變成計(jì)算機(jī)。其實(shí)包括牙刷、開關(guān)和門鈴在內(nèi)的大多數(shù)家居用品都推出了智能款。但隨著這類產(chǎn)品越發(fā)豐富，我們開始想讓控制它們的方式變得更簡(jiǎn)單。它們應(yīng)該能夠自行了解我們的需求。

在杜比眼中，這一從處理數(shù)字到進(jìn)行決策的轉(zhuǎn)變定義了計(jì)算機(jī)的新時(shí)代。

羅斯希望我們對(duì) AI 提供的認(rèn)知與身體力行的支持。她設(shè)想了能在我們需要的時(shí)候向我們提供信息、并在我們需要幫助的時(shí)候及時(shí)伸出援手的計(jì)算機(jī)。羅斯說(shuō)：“我小時(shí)候最喜歡的電影片段就是迪士尼的《魔法師的學(xué)徒》。你知道吧，米老鼠他召喚掃帚幫他打掃來(lái)著，他用的是魔法，但現(xiàn)在我們不用魔法就能做到這個(gè)?！?/span>

我們都知道那段動(dòng)畫片最后的結(jié)局是什么樣。米老鼠失去了對(duì)掃帚的控制，把事情搞得一團(tuán)糟?，F(xiàn)在，機(jī)器開始跟人類互動(dòng)，融入了更廣闊的世界。一切都變得更加不確定。