多年來,這類猜想催生出眾多科幻作品,儘管《魔鬼終結者》片中對 AI 的刻劃十分嚇人,但 AI 其實較可能幫助人類,而非加以傷害。不過,由於史蒂芬.霍金(Stephen William Hawking)和伊隆.馬斯克(Elon Musk)等頂尖科學家和技術專家一再警告 AI 的潛在危險,因此你若對 AI 仍有疑慮,也屬情有可原。
為了充分瞭解 AI 的驚人潛力,我們得先釐清關於它的諸多誤解。首先,應考慮如何能使機器擁有智能,以及它們怎麼進行思考。AI 一詞於 1956 年出現,可用來代表計算能力領域的多項技術。科技公司在展示新品時,常會用到該詞彙,但這些產品所觸及的「智慧」層面卻大相逕庭。
請點擊看大圖。圖/《知識大圖解》提供
AI 為什麼學習力驚人?它們能幫人類做什麼?
在多數情況下,AI 已成為行銷昂貴電腦程式的誘人說詞;然而,有些電腦是真的具有學習能力。其中最複雜的目前僅適用於股市、科研領域,以及日漸複雜的電玩世界。你可能會認為,預測公司淨值、用遺傳密碼建構模型,以及稱霸遊戲世界得採用完全不同的 AI 才行,但它們其實都能以相同的基本架構來實現。
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真正的 AI 仰賴機器學習原理來運行;本專題將進一步探討不同的機器學習類型。透過機器學習來運行的電腦程式與其他多數程式差別甚鉅,因為你毋須告訴程式該如何做事──而是展示給它看。假設你想要一個能從腦部掃描中發現異常的電腦程式,若使用傳統程式,你得編寫極為嚴密詳實的規則供程式使用;如使用機器學習程式,你只須給程式各看數千張正常與異常的腦部掃描圖,然後讓程式教會自己識別異常。
從微軟的 Cortana 語音助理,到 Google 和 Facebook 提供的大型服務,背後都有智能程序在運作,好引領我們穿梭於網路中。它們瞭解我們的興趣與好惡,並為每個人量身打造合適的廣告和建議。然而,儘管會做的事情很多,但它們仍屬於所謂的「弱人工智慧」(narrow AI)──完成特定任務的能力遠勝於人類,但卻無法執行任務以外的事情。
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人工智慧的下一步是創建「通用 AI」。在 AI 領域中,此部分究竟是最令人興奮,抑或最為嚇人,至今仍眾說紛紜。通用 AI 將比現行的 AI 系統更接近人類智能,因為它能學習解決各種問題,並應用於不同的任務。距離實現上述夢想的日子尚遠,但 Google DeepMind 的 AlphaGo 是目前最接近的例子。透過深層類神經網路,AlphaGo 擊敗了世上最強的圍棋選手:李世乭。眾人認為這是 AI 歷史性的一刻,因圍棋中有數萬兆種走法,要將之全部編入電腦中是不可能的。相反地,AlphaGo 天資聰穎,可多次與自己下棋,並從中反思自己的錯誤。在數百萬局的練習之後,它已足以與人類棋王匹敵,甚至得勝。
AlphaGo 潛力驚人。開發者興奮地宣稱,該程式將用來協助醫療人員,讓 AI 加入拯救人命的行列,且其多樣化的學習法也能作為許多智能機器的基礎。
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科學家怎麼讓 AI 更加強大?
就當前的技術而言,我們僅能打造出效能強大但功能有限的 AI。這是因為當我們從通用 AI 轉往人類智能邁進時,所需的電腦效能也得更強大;而今,我們尚未發明能與人腦處理能力匹敵的事物。 不過,人之所以為人,便是因為敢於迎接挑戰,科學家目前正在研究潛能超強的新型電腦。這種電腦名為量子電腦(quantum computer);透過「超距幽靈作用」(即量子糾纏,quantum entanglement),其工作效率極佳,計算速度超乎人類想像。
可惜的是,這也不代表我們就能清楚判定出未來走勢。假設有天人類成功打造出超級智慧,並要求它們協助將火星變成宜居的家園,也許 AI 真能找出人類要花上數世紀才能想出的解決方案,並幫助我們實現夢想。但它們也可能發現,改造火星的最佳方法就是將地球的大氣和資源送至火星。也就是說,AI 雖按指示行事,卻反而可能導致人類滅絕。AI 能否正確地理解指令,這之間的差距可能會讓人類成功殖民火星,抑或徹底滅絕。
AI 的第二個威脅則比較直接:有心人士可藉助其力量來破解程式。若落入壞人手中,強力 AI 經訓練後可能得以破解各種受密碼保護的程式。因此,在這方面我們得非常謹慎。然而,儘管有潛在問題存在,AI 對於人類的生活可能還是頗有助益。
1990 年,融合蛋白 CD4 免疫黏附素(CD4 immunoadhesin)誕生。這項設計,是為了對付令人類聞風喪膽的 HIV 病毒。
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我們知道 T 細胞是人體中一種非常重要的白血球。在這些 T 細胞中,大約有六到七成表面帶有一個叫做「CD4」的輔助受體。CD4 會和另一個受體 TCR 一起合作,幫助 T 細胞辨識其他細胞表面的抗原片段,等於是 T 細胞用來辨認壞人的「探測器」。表面擁有 CD4 受體的淋巴球,就稱為 CD4 淋巴球。
麻煩的來了。 HIV 病毒反將一軍,竟然把 T 細胞的 CD4 探測器,當成了自己辨識獵物的「標記」。沒錯,對 HIV 病毒來說,免疫細胞就是它的獵物。HIV 的表面有一種叫做 gp120 的蛋白,會主動去抓住 T 細胞上的 CD4 受體。
而另一端的 Fc 區域則有兩個重要作用:一是延長融合蛋白在體內的存活時間;二是理論上能掛上「這裡有敵人!」的標籤,這種機制稱為抗體依賴性細胞毒殺(ADCC)或免疫吞噬作用(ADCP)。當免疫細胞的 Fc 受體與 Fc 區域結合,就能促使免疫細胞清除被黏住的病毒顆粒。
不過,這裡有個關鍵細節。
在實際設計中,CD4免疫黏附素的 Fc 片段通常會關閉「吸引免疫細胞」的這個技能。原因是:HIV 專門攻擊的就是免疫細胞本身,許多病毒甚至已經藏在 CD4 細胞裡。若 Fc 區域過於活躍,反而可能引發強烈的發炎反應,甚至讓免疫系統錯把帶有病毒碎片的健康細胞也一併攻擊,這樣副作用太大。因此,CD4 免疫黏附素的 Fc 區域會加入特定突變,讓它只保留延長藥物壽命的功能,而不會與淋巴球的 Fc 受體結合,以避免誘發免疫反應。
從 DNA 藍圖到生物積木:融合蛋白的設計巧思
融合蛋白雖然潛力強大,但要製造出來可一點都不簡單。它並不是用膠水把兩段蛋白質黏在一起就好。「融合」這件事,得從最根本的設計圖,也就是 DNA 序列就開始規劃。
我們體內的大部分蛋白質,都是細胞照著 DNA 上的指令一步步合成的。所以,如果科學家想把蛋白 A 和蛋白 B 接在一起,就得先把這兩段基因找出來,然後再「拼」成一段新的 DNA。
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
多年來,這類猜想催生出眾多科幻作品,儘管《魔鬼終結者》片中對 AI 的刻劃十分嚇人,但 AI 其實較可能幫助人類,而非加以傷害。不過,由於史蒂芬.霍金(Stephen William Hawking)和伊隆.馬斯克(Elon Musk)等頂尖科學家和技術專家一再警告 AI 的潛在危險,因此你若對 AI 仍有疑慮,也屬情有可原。
為了充分瞭解 AI 的驚人潛力,我們得先釐清關於它的諸多誤解。首先,應考慮如何能使機器擁有智能,以及它們怎麼進行思考。AI 一詞於 1956 年出現,可用來代表計算能力領域的多項技術。科技公司在展示新品時,常會用到該詞彙,但這些產品所觸及的「智慧」層面卻大相逕庭。
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AI 為什麼學習力驚人?它們能幫人類做什麼?
在多數情況下,AI 已成為行銷昂貴電腦程式的誘人說詞;然而,有些電腦是真的具有學習能力。其中最複雜的目前僅適用於股市、科研領域,以及日漸複雜的電玩世界。你可能會認為,預測公司淨值、用遺傳密碼建構模型,以及稱霸遊戲世界得採用完全不同的 AI 才行,但它們其實都能以相同的基本架構來實現。
真正的 AI 仰賴機器學習原理來運行;本專題將進一步探討不同的機器學習類型。透過機器學習來運行的電腦程式與其他多數程式差別甚鉅,因為你毋須告訴程式該如何做事──而是展示給它看。假設你想要一個能從腦部掃描中發現異常的電腦程式,若使用傳統程式,你得編寫極為嚴密詳實的規則供程式使用;如使用機器學習程式,你只須給程式各看數千張正常與異常的腦部掃描圖,然後讓程式教會自己識別異常。
從微軟的 Cortana 語音助理,到 Google 和 Facebook 提供的大型服務,背後都有智能程序在運作,好引領我們穿梭於網路中。它們瞭解我們的興趣與好惡,並為每個人量身打造合適的廣告和建議。然而,儘管會做的事情很多,但它們仍屬於所謂的「弱人工智慧」(narrow AI)──完成特定任務的能力遠勝於人類,但卻無法執行任務以外的事情。
人工智慧的下一步是創建「通用 AI」。在 AI 領域中,此部分究竟是最令人興奮,抑或最為嚇人,至今仍眾說紛紜。通用 AI 將比現行的 AI 系統更接近人類智能,因為它能學習解決各種問題,並應用於不同的任務。距離實現上述夢想的日子尚遠,但 Google DeepMind 的 AlphaGo 是目前最接近的例子。透過深層類神經網路,AlphaGo 擊敗了世上最強的圍棋選手:李世乭。眾人認為這是 AI 歷史性的一刻,因圍棋中有數萬兆種走法,要將之全部編入電腦中是不可能的。相反地,AlphaGo 天資聰穎,可多次與自己下棋,並從中反思自己的錯誤。在數百萬局的練習之後,它已足以與人類棋王匹敵,甚至得勝。
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科學家怎麼讓 AI 更加強大?
就當前的技術而言,我們僅能打造出效能強大但功能有限的 AI。這是因為當我們從通用 AI 轉往人類智能邁進時,所需的電腦效能也得更強大;而今,我們尚未發明能與人腦處理能力匹敵的事物。 不過,人之所以為人,便是因為敢於迎接挑戰,科學家目前正在研究潛能超強的新型電腦。這種電腦名為量子電腦(quantum computer);透過「超距幽靈作用」(即量子糾纏,quantum entanglement),其工作效率極佳,計算速度超乎人類想像。
可惜的是,這也不代表我們就能清楚判定出未來走勢。假設有天人類成功打造出超級智慧,並要求它們協助將火星變成宜居的家園,也許 AI 真能找出人類要花上數世紀才能想出的解決方案,並幫助我們實現夢想。但它們也可能發現,改造火星的最佳方法就是將地球的大氣和資源送至火星。也就是說,AI 雖按指示行事,卻反而可能導致人類滅絕。AI 能否正確地理解指令,這之間的差距可能會讓人類成功殖民火星,抑或徹底滅絕。
AI 的第二個威脅則比較直接:有心人士可藉助其力量來破解程式。若落入壞人手中,強力 AI 經訓練後可能得以破解各種受密碼保護的程式。因此,在這方面我們得非常謹慎。然而,儘管有潛在問題存在,AI 對於人類的生活可能還是頗有助益。