人工智能如何重新定義計(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)總能帶來驚喜，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，在各種營銷手段背后，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)配置了人工智能專用芯片的手機(jī)。而過去兩年發(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”，專為人工智能準(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)性能的人工智能就屬于這類模型。在我們幾乎沒有察覺的情況下，人工智能已經(jīng)成了我們?nèi)粘Ｉ畹囊徊糠帧?/p>

這意味著什么？怎么說呢，在此之前的四五十年間，計(jì)算機(jī)基本沒怎么變。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。人工智能至少在3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·杜比稱，“計(jì)算的核心正在從處理數(shù)字轉(zhuǎn)變?yōu)橹贫Q策”。或者按照麻省理工計(jì)算機(jī)與人工智能實(shí)驗(yàn)室主任丹妮拉·羅斯的說法，人工智能正在把計(jì)算機(jī)從它們的小盒子中解放出來。

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)間的越來越短。幾十年來，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)人工智能應(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10年前迎來了自己的春天時(shí)，已經(jīng)有非常擅長此類工作的計(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人工智能專用硬件。谷歌和臉書也強(qiáng)勢進(jìn)軍到這個(gè)產(chǎn)業(yè)中，一場在硬件中追求人工智能領(lǐng)域優(yōu)勢地位的競賽已經(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)處理圖像和自然語言搜索任務(wù)。DeepMind也用TPU來訓(xùn)練其人工智能。

在過去兩年中，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。

人工智能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)人工智能最終給出了一個(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。這類人工智能以后可能會(huì)開發(fā)出更好、更高效的芯片。

是騾子是馬，拉出來遛遛

第二種變化關(guān)乎計(jì)算機(jī)接收指令的方式。微軟英國研究主管畢肖普表示， 過去40年中，我們一直在為計(jì)算機(jī)編程;而在未來40年里，我們則會(huì)對(duì)它們進(jìn)行訓(xùn)練。

過去，為了讓計(jì)算機(jī)做到識(shí)別語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)隨處可見了：語音和圖像識(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)于畢肖普來說，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)藥行業(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，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)人工智能提供的認(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：“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著，他用的是魔法，但現(xiàn)在我們不用魔法就能做到這個(gè)。”