當前,像是企業、醫院、學校內部的伺服器,個人電腦,甚至手機等裝置,都可以成為「邊緣節點」。當數據在這些邊緣節點進行運算,稱為邊緣運算;而在邊緣節點上運行 AI ,就被稱為邊緣 AI。簡單來說,就是將原本集中在遠端資料中心的運算能力,「搬家」到更靠近數據源頭的地方。
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那麼,為什麼需要這樣做?資料放在雲端,集中管理不是更方便嗎?對,就是不好。
當數據在這些邊緣節點進行運算,稱為邊緣運算;而在邊緣節點上運行 AI ,就被稱為邊緣 AI。/ 圖片來源:MotionArray
第一個不好是物理限制:「延遲」。 即使光速已經非常快,數據從你家旁邊的路口傳到幾千公里外的雲端機房,再把分析結果傳回來,中間還要經過各種網路節點轉來轉去…這樣一來一回,就算只是幾十毫秒的延遲,對於需要「即刻反應」的 AI 應用,比如說工廠裡要精密控制的機械手臂、或者自駕車要判斷路況時,每一毫秒都攸關安全與精度,這點延遲都是無法接受的!這是物理距離與網路架構先天上的限制,無法繞過去。
第三個挑戰:系統「可靠性」與「韌性」。 如果所有運算都仰賴遠端的雲端時,一旦網路不穩、甚至斷線,那怎麼辦?很多關鍵應用,像是公共安全監控或是重要設備的預警系統,可不能這樣「看天吃飯」啊!邊緣處理讓系統更獨立,就算暫時斷線,本地的 AI 還是能繼續運作與即時反應,這在工程上是非常重要的考量。 所以你看,邊緣運算不是科學家們沒事找事做,它是順應數據特性和實際應用需求,一個非常合理的科學與工程上的最佳化選擇,是我們想要抓住即時數據價值,非走不可的一條路!
邊緣 AI 的實戰魅力:從工廠到倉儲,再到你的工作桌
知道要把 AI 算力搬到邊緣了,接下來的問題就是─邊緣 AI 究竟強在哪裡呢?它強就強在能夠做到「深度感知(Deep Perception)」!
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所謂深度感知,並非僅僅是對數據進行簡單的加加減減,而是透過如深度神經網路這類複雜的 AI 模型,從原始數據裡面,去「理解」出更高層次、更具意義的資訊。
以研華科技為例,旗下已有多項邊緣 AI 的實戰應用。以工業瑕疵檢測為例,利用物件偵測模型,快速將工業產品中的瑕疵挑出來,而且由於 AI 模型可以使用同一套參數去檢測,因此品管上能達到一致性,減少人為疏漏。尤其在高產能工廠中,檢測速度必須快、狠、準。研華這套 AI 系統每分鐘最高可處理 8,000 件產品,替工廠節省大量人力,同時確保品質穩定。這樣的效能來自於一台僅有膠囊咖啡機大小的邊緣設備—IPC-240。
這樣的效能來自於一台僅有膠囊咖啡機大小的邊緣設備—IPC-240。/ 圖片提供:研華科技
此外,在智慧倉儲場域,研華與威剛合作,研華與威剛聯手合作,在 MIC-732AO 伺服器上搭載輝達的 Nova Orin 開發平台,打造倉儲系統的 AMR(Autonomous Mobile Robot) 自走車。這跟過去在倉儲系統中使用的自動導引車 AGV 技術不一樣,AMR 不需要事先規劃好路線,靠著感測器偵測,就能輕鬆避開障礙物,識別路線,並且將貨物載到指定地點存放。
當硬體資源有限,大模型卻越來越龐大,「幫模型減肥」就成了邊緣 AI 的重要課題。/ 圖片來源:MotionArray
模型剪枝(Model Pruning)—基於重要性的結構精簡
建立一個 AI 模型,其實就是在搭建一整套類神經網路系統,並訓練類神經元中彼此關聯的參數。然而,在這麼多參數中,總會有一些參數明明佔了一個位置,卻對整體模型沒有貢獻。既然如此,不如果斷將這些「冗餘」移除。
這就像種植作物的時候,總會雜草叢生,但這些雜草並不是我們想要的作物,這時候我們就會動手清理雜草。在語言模型中也會有這樣的雜草存在,而動手去清理這些不需要的連結參數或神經元的技術,就稱為 AI 模型的模型剪枝(Model Pruning)。
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模型剪枝的效果,大概能把100變成70這樣的程度,說多也不是太多。雖然這樣的縮減對於提升效率已具幫助,但若我們要的是一個更小幾個數量級的模型,僅靠剪枝仍不足以應對。最後還是需要從源頭著手,採取更治本的方法:一開始就打造一個很小的模型,並讓它去學習大模型的知識。這項技術被稱為「知識蒸餾」,是目前 AI 模型壓縮領域中最具潛力的方法之一。
知識蒸餾(Knowledge Distillation)—讓小模型學習大師的「精髓」
想像一下,一位經驗豐富、見多識廣的老師傅,就是那個龐大而強悍的 AI 模型。現在,他要培養一位年輕學徒—小型 AI 模型。與其只是告訴小型模型正確答案,老師傅 (大模型) 會更直接傳授他做判斷時的「思考過程」跟「眉角」,例如「為什麼我會這樣想?」、「其他選項的可能性有多少?」。這樣一來,小小的學徒模型,用它有限的「腦容量」,也能學到老師傅的「智慧精髓」,表現就能大幅提升!這是一種很高級的訓練技巧,跟遷移學習有關。
但是!即使模型經過了這些科學方法的優化,變得比較「苗條」了,要真正在邊緣環境中處理如潮水般湧現的資料,並且高速、即時、穩定地運作,仍然需要一個夠強的「引擎」來驅動它們。也就是說,要把這些經過科學千錘百鍊、但依然需要大量計算的 AI 模型,真正放到邊緣的現場去發揮作用,就需要一個強大的「硬體平台」來承載。
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邊緣 AI 的強心臟:SKY-602E3 的三大關鍵
像研華的 SKY-602E3 塔式 GPU 伺服器,就是扮演「邊緣 AI 引擎」的關鍵角色!那麼,它到底厲害在哪?
三、可靠性 SKY-602E3 用的是伺服器等級的主機板、ECC 糾錯記憶體、還有備援電源供應器等等。這些聽起來很硬的規格,背後代表的是嚴謹的工程可靠性設計。畢竟在邊緣現場,系統穩定壓倒一切!你總不希望 AI 分析跑到一半就掛掉吧?這些設計確保了部署在現場的 AI 系統,能夠長時間、穩定地運作,把實驗室裡的科學成果,可靠地轉化成實際的應用價值。
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研華的 SKY-602E3 塔式 GPU 伺服器,體積僅如後背包大小,卻能輕鬆支援語言模型的運作,實現高效又安全的 AI 解決方案。/ 圖片提供:研華科技
自然與技術(人造物)的關係,從希臘時代便有所論述。在史丹佛哲學百科(SEP)中,Franssen 等人歸納出了四個主題:首先,技術是學習於自然,或是模仿於自然。例如建造房子是模仿自燕子築巢、編織則是模仿自蜘蛛結網等。第二,自然與人造物之間存在著根本上的區別。例如亞里斯多德認為,自然界事物的產生與動作乃是內生的,而人造物是依賴外在的原因。此外,不同於自然,人造物也無法再製自身。第三,亞里斯多德的四因說(物質、形式、效用、目的)對技術哲學的貢獻。第四,柏拉圖與亞里斯多德對技術圖像的大量使用。例如柏拉圖將世界描述為是工匠的作品(the work of an Artisan)以及兩者都認為技術圖像在表達「世界的理性設計」這個信念上是不可或缺的(Franssen, Lokhorst, & Poel, 2015)。
從技術的角度來看,自然是可以被征服的。然而,自然卻從未想要征服技術。對人類與社會的演化而言,「自然」不過就是透過技術進行觀察與再現的產物。康德曾經提問,「自然如何可能(How is nature possible?)?」社會學家 Simmel 認為這樣的提問正指出所謂的自然,「只不過是對自然的再現而已(nothing else but the representation of nature)」(Simmel, 2009[1908], pp. 40-41)。此一對自然的再現,原本是透過感官、心智與意識的運作,綜合而來的主體經驗,例如味道、溫度、顏色、情緒等皆然。
馬克思在《資本論》第一卷中說道:「人自身作為一種自然力,與自然物質對立。為了在對自己的生活有用的形式上佔有自然物質,人使自身的自然力——手臂和腿、頭和手運動起來。當人透過這種運動,對外在於自身的自然施加作用並改變自然時,也就同時改變他自己的自然/性質(Nature)」(引自,萬毓澤, 2018, p. 56)。
在科技發展上,將自然——透過各種感測器或演算法等——化約為「資料(data)」並且對透過這些資料以模擬、再現或理解自然的肯定,讓自然離人類越來越遠。Coyne 在探討自然在數位時代中的位置時也說道:「無論自然是什麼,其絕不是資料」(Coyne, 2018, p. 7)。我們之所以能夠區別何謂自然或不自然,前提是我們已經使用了「自然/非自然」的這組區別。對人類以外的有機體而言,這組區別無疑是不存在的。
廣義而言,「認知」就是對世界或環境的感知與認識。Vallverdú 區分了歷史上的四種認知階段:自然、文化、計算,以及後設統計(meta statistics)(超人類/超智能)(Vallverdú, 2017, p. 194)。這四個階段也可以看作是四種認識世界的方式,而這個過程也標示了那個原本是自然之一部分的身體,在科技介入後如何逐漸消逝的過程。
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在前三個階段,那個自然意義下的身體仍是認知發展與主體,感官在其中扮演重要角色。心智的發展也與感官如何感知外部世界有密切關係。因此,至少在這些階段中,知識仍是具身性的(embodied)。假如我們依舊相信科學與科技發展中的奇點(singularity)論述是可能出現的,那麼在奇點之後的人類以及「認知」又會是什麼樣子?這是 Vallverdú 所謂的第四階段:後設統計。他認為,未來的知識在本質上將會是「統計性的」。他稱那些在奇點之後所出現的認知實體為「後認知實體(post-cognitive entities)或「後奇點智能(post-Singularity intelligences)」(Ibid., p. 197)。
這樣的一種後認知實體主要有兩類,其一是「超人類(transhumans)」,其二則是人工智能學家 Nick Bostrom 所謂的「超智能(superintelligences)」(Bostrom, 2014)。超人類或許仍可被認為是人類或具有部分人類的性質,或者所謂的「賽博格(cyborg)」。然而,對於「超智能」——一種具有人類智能特性卻能超越人類智能的演算法,如何定義其是否為活著的或者是有機體等,對某些人而言似乎還是個困擾。
Vallverdú 以「羞恥感(shame)」在社會連結中扮演之角色為例指出,羞恥感這種複雜的社會情緒,乃是透過複雜的社會互動而出現。此外,羞恥感更能夠用來實現人們彼此之間更細緻、複雜的社會互動(Vallverdú, 2017, p. 205)。這樣的情感與情緒如何在人造認知設備中獲得實現,以及對人機互動的影響與啟發等,都還尚待深入探究。
「感覺」可以透過大數據或演算法建構嗎?
「資料並未創造出感覺(data do not create sense)」,Vallverdú說道(Ibid.)。
Braidotti 認為後人類、後人類中心主義的觀點,乃是茁生於「展露自身於世界,且折疊世界於自身之中的實作」(Braidotti, 2013, p. 193)。對我來說,這就是將人類帶回自然。至於這個「將人類帶回自然」對人類自身而言是一種貶抑或者是提升,或許仍有待討論。若科技是為了征服自然而存在及發展,也就是致力於人與非人(人造物)、自然與技術之界限的消解,那麼這樣的一種後人類論述,或許更像是創造了不存在真正自然的對象物。前述之界線的消解包含兩種意涵。其一是解消而回歸自然,其二是解消但卻是回歸技術。
Bostrom, N. (2014). Superintelligence: Paths, Dangers, Strategies. Oxford, UK: Oxford University Press.
Braidotti, R. (2013). The Posthuman. Cambridge, UK: Polity Press.
Braidotti, R., & Hlavajova, M. (Eds.). (2018). Posthuman Glossary. London and Oxford: Bloomsbury Academic.
Coyne, R. (2018). Network Nature: The Place of Nature in the Digital Age. London & New York: Bloomsbury Academic.
Franssen, M., Lokhorst, G.-J., & Poel, I. v. d. (2015). Philosophy of Technology. In E. N. Zalta, U. Nodelman, & C. Allen (Eds.), Stanford Encyclopedia of Philosophy (pp. 1-55). Stanford, CA: Stanford University.
Simmel, G. (2009[1908]). Sociology: Inquiries into the Construction of Social Forms (Volume 1) (A. J. Blasi, A. K. Jacobs, & M. Kanjirathinkal, Trans.). Leidon & Boston: Brill.
Vallverdú, J. (2017). The Emotional Nature of Post-Cognitive Singularities. In V. Callaghan, J. Miller, R. Yampolskiy, & S. Armstrong (Eds.), The Technological Singularity (pp. 193-208). Berlin, Heidelber: Springer.