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AI如何重塑计算机

2021/11/03
219
阅读需 8 分钟
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秋季是各大厂集中发布新手机的季节。每年,Apple、Samsung、Google和其他公司都会赶在秋季发布新款手机。消费者似乎早已习惯了这种常规操作,也不再那样为此兴奋了。但在所有这些浮华的营销背后,有一些引人注目的事情正在发生。

Google的Pixel 6是他们首款搭载了专用AI芯片的手机,该芯片与标准的处理器同时搭配使用。过去几年来,iPhone的芯片包含了所谓的neural engine,也是专用于AI的。这两种芯片都更适合在我们的设备上训练和运行ML(Machine Learning)模型所涉及的计算类型,例如专用于相机的AI。不知不觉中,AI已经成为我们日常生活的一部分。它正在改变我们对计算的看法。

这意味着什么呢?计算机在过去40或50年期间变化都不大。它们虽然一直在变得更小、更快,但它们仍然是搭载了运行人类指令的处理器的盒子。AI至少在三个方面改变了这种情况:计算机的设计、编程和使用方式。最终将改变他们的用途。
Intel并行计算实验室主任Pradeep Dubey说:“计算的核心正在从数字计算(number0crunching)转向决策(decision-making)。”或者,正如MIT CSAIL主任Daniela Rus所说,AI正在将计算机从盒子中释放出来。

AI改变设计芯片的方式

第一个变化与计算机及其控制芯片的设计方式有关。传统计算的进步是机器在进行一个又一个计算时速度越来越快。几十年来,芯片制造商都努力遵循着摩尔定律,芯片加速的节奏规律一直令全世界都受益。

但使当前AI应用发挥作用的DL(Deep Learning)模型需要一种不同的方法:它们需要同时进行大量不太精确的计算。这意味着需要一种新型芯片:一种可以尽快移动数据的芯片,确保在需要的时间和地方可用。大约十年前,当DL突然出现时,已经有了专门的计算机芯片在这方面可以做的很好:图形处理单元,即GPU,它们旨在每秒数十次显示整个屏幕上的像素。

现在,当初的那些GPU供应商Intel、Arm和Nvidia等正在转向专门为AI量身定制硬件。Google和Facebook也首次进入了这个行列,想要通过硬件挖掘AI的优势。

例如,Pixel 6内部的芯片是Google TPU的一个新的移动版本。与面向超快、精确计算的传统芯片不同,TPU是为神经网络所需的高容量但低精度计算而设计的。自2015年以来,Google一直在内部使用这些芯片:它们处理照片和自然语言搜索查询。Google的姐妹公司DeepMind使用它们来训练AI。

在过去几年里,Google向其他公司供应TPU,这些芯片(以及其他公司正在开发的类似芯片)正在成为世界数据中心的默认芯片。

AI甚至正在帮助设计自己的计算基础设施。2020年,Google使用强化学习算法(一种通过试错来学习如何解决任务的AI)来设计新的TPU的布局。AI最终提出了人类想不到的奇怪的新设计,但它们奏效了。这种AI总有一天可以开发出更好、更高效的芯片。

AI改变编程方式第二个变化涉及如何告诉计算机该怎么做。Microsoft英国研究院主管Chris Bishop说,在过去的40年里,我们一直在为计算机编程;在接下来的40年里,我们将对其进行训练。

传统上,为了让计算机做识别语音或识别图像中的物体等事情,程序员首先必须为计算机制定规则。

通过ML,程序员不再编写规则。相反,他们创建一个神经网络,可以自己学习这些规则。这是一种截然不同的思维方式。

这方面的例子已经很常见:语音识别图像识别现在是智能手机的标准功能。还有其它那些上过头条的例子,例如AlphaZero自学围棋,超越人类的水平。同样,AlphaFold破解了一个生物学问题(研究蛋白质如何折叠),这是人们几十年来一直在努力攻克的问题。

对Bishop来说,下一个重大突破将在分子模拟领域:训练计算机操控物质的属性,有可能在能源使用、粮食生产、制造和医学方面实现可能改变世界的飞跃。

像这样的令人窒息的承诺经常出现。同样真实的是,DL也取得了让我们惊讶的成绩。到目前为止,最大的两个飞跃是语音识别和图像识别,已经在改变我们使用它们的方式。

AI改变计算机的使用方式

几十年来,让计算机做某事意味着输入命令,或至少是要点击一下按钮。

机器不再需要键盘或屏幕与人类互动。任何东西都可以变成电脑。事实上,从牙刷到电灯开关再到门铃,大多数家居物品都已经有了智能版本。但随着它们的激增,人们想花更少的时间告诉他们该做什么。他们应该能够在不被命令的情况下解决我们的需要。

Dubey认为,正是这种从数字计算到决策的转变定义了计算的新时代。

Rus希望我们接受所提供的认知和身体支持。她设想着计算机会在我们需要了解的时候告诉我们需要知道的事,并在我们需要帮助的时候介入。Rus说:“当我还是个孩子的时候,我最喜欢的电影场景之一是《The Sorcerer‘s Apprentice》。你知道Mickey是如何召唤扫帚帮他打扫的吗?我们不需要魔法来实现这一点。”

我们知道那一幕是如何结束的。Mickey失去了对扫帚的控制,弄得一团糟。现在机器正在与人类互动,并融入更广阔的混乱的世界中,一切都变得更加不确定。计算机已从盒子里放出来了。

[参考文章]

How AI is reinventing what computers are — Will Douglas Heaven

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