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
前華盛頓郵報記者蒙特.瑞爾(Monte Reel)這本《測量野性的人》,是維多利亞時代動物獵人保羅.梮謝呂(Paul Du Chaillu)深入西部非洲追獵大猩猩的故事,也是一部科學與文學、神學互動的歷史。中譯書名少見地比原文更有深意。書名若依原文直譯為「人獸之間」(Between Man and Beast)雖也不差,但總覺得少了些想像空間。
作者在本書開頭寫道,他「深受『野性』(wildness)這個字眼所吸引,特別是它塑造我們恐懼和夢想的方式,以及這些恐懼和夢想又如何反過來重新塑造我們對荒野的概念。」保羅.波嘉德(Paul Bogard)在《夜的盡頭》(The End of Night)這本書提到,梭羅的名言「野性隱藏著世界的救贖」(In Wildness is the Preservation of the World),其中的「野性」一詞經常被誤解為「荒野」(wilderness),但梭羅所指的野性是一種不受地理限制的特質,不只存在於荒野,也存在於城市及人的思想中。野性不只存在於大猩猩身上,也存在於保羅.梮謝呂身上。蒙特.瑞爾同時也藉由描繪梮謝呂的生平,帶出兩個主要歷史場景──維多利亞時期的英國及南北戰爭前夕的美國,那是一個極力否認人性中具有野性與獸性的時代。
在人們因大猩猩與人的相似性而緊張時,牠也同時成為異己的代表、蓄奴的藉口。支持蓄奴者認為跟白人相比,黑人與大猩猩更相似,應該被歸為動物而非人類,因此奴役他們完全沒有道德上的疑慮。在蓄奴者心目中,黑人/大猩猩就是獸性/野性的代表。美國國會在辯論廢奴議題時,一名印第安納州的代表宣稱,終結奴隸制無異於授權這些「人類大猩猩」謀殺他們的主人、強姦他們的妻女。梮謝呂在紐約時,一齣名為《八分之一的黑人》的戲劇正在百老匯上演,女主角絕望地表示,一滴非洲的血讓她成為「不潔之物」。雖然惡名昭彰的「一滴血法則」(one drop rule)是在二十世紀才成為成文法,但從這齣戲可以看出,美國當時對測量野性的偏執達到何種程度。
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維多利亞時代動物獵人保羅.梮謝呂(Paul Du Chaillu),也是《測量野性的人》此書中敘述的主角。圖/By Messrs. J. Thomson – E. G. Ravenstein, Obituary: Paul Belloni du Chaillu, The Geographical Journal, Vol. 21, No. 6 (Jun., 1903), pp. 680-681, Public Domain, wikipedia.
保羅.梮謝呂生活的十九世紀,是一個思想、觀念處於劇烈變動中的時代。1858 年,德國探險家亞歷山大.洪堡(Alexander von Humboldt)的《宇宙》(Cosmos)完整英文版問世,這本書的核心思想正是現今生態學物物相關的概念,預示著下個世紀生態運動的萌發。梮謝呂在第二次前往西非探險前,曾向出版商訂購《宇宙》,他宣示此行將不再「無謂屠殺這些動物」,而是以更詳細的觀察取代蒐集標本。雖然批評者可能會視為預先為任務失敗的可能解套,但可以確定的是梮謝呂確實注意到世界對獵殺動物的看法已逐漸改變,而他確實也對獵殺大猩猩的行為感到厭倦了。
野性是否能測量,又該如何測量呢?從十九世紀至今,過往學界認為「唯人獨有」的標誌如語言、自我意識、使用工具、創造藝術,甚至豢養寵物都紛紛遭遇挑戰。人何以為人?我們對這個問題的迷惑程度,可能和一百多年前的梮謝呂和博物學家們不相上下。值得慶幸的是,如今這種迷惑使我們更加謹慎看待自己在自然界中扮演的角色。十九世紀英國禁止奴隸貿易協會的標誌,是一個跪地懇求的奴隸畫像,上面寫著「我不是人類的兄弟嗎?」(Am I Not a Man And a Brother?)1861年倫敦的《刺青》雜誌刊登了一幅戲謔的漫畫,把這句標語改成「我是人類的兄弟嗎?」配上一張直立大猩猩的插圖。今天不僅把類人猿視為兄弟的人越來越多,這個倫理標準也正持續擴及這個星球的所有生物。
女性在科學界受到的打壓也不少:在代數領域有傑出成就的埃米諾特,竟因其性別而無法擔任大學教授;華生看了羅莎琳.佛蘭克林的 DNA X 光繞射圖片,終於發現了 DNA 的雙螺旋結構,並以此得到了諾貝爾獎。雖然華生得獎的時候佛蘭克林已過世,然而我們可以想像,在當時的社會氛圍下,即便她在世,女性科學家的得獎機率仍然很低;發現脈衝星的喬瑟琳貝爾其成就在天文界有目共睹,然而諾貝爾物理獎的獎座是被指導教授赫維許拿走;吳健雄透過實驗證實宇稱不守恆,但最後是理論學家楊振寧及李政道是拿到了諾貝爾物理獎。