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人類可能愛上機器人嗎?機器人能否學會愛與感受?

PanSci_96
・2019/06/07 ・4395字 ・閱讀時間約 9 分鐘 ・SR值 551 ・八年級

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  • 文/Te-Yi Hsieh,現為英國University of Glasgow 博士生,主修 Neuroscience and Psychology。研究領域介於心理學、機器人學、神經科學的交界處。欲知更多研究相關資訊可關注:http://www.so-bots.com/
    Twitter: @TeYiHsieh

人工智慧(artificial intelligence,AI)、機器人絕對是近年最火紅的話題之一。人們開始意識到科幻電影裡的場景可能即將在現實生活中發生,一則以喜一則以憂。喜的是科技進步帶來的便利性,例如,機器人也許能補足老年化、少子化社會,照顧者短缺的問題;憂的是,機器人會搶走我們的飯碗,甚至,有些人開始擔心智慧爆炸(intelligence explosion)註1的極端情境。

從社會的層面來看,這些似人非人的機器人,究竟會在我們生活中扮演怎樣的角色?當它們擁有人類的外型、語言、甚至情緒表達,我們會只視它們為無生命的機器、工具嗎?這個問題,我們可以從 2001 年的電影《A.I. 人工智慧》(A.I. Artificial Intelligence)談起。

電影《A.I. 人工智慧》。圖/IMDb

人類能夠愛機器人嗎?《A.I. 人工智慧》

電影《A.I. 人工智慧》描述一個科技高度發展的未來世界(對現代來說仍是未來),一家機器人公司研發出第一個懂得「愛」的機器人小孩──大衛。在此同時,該公司的員工亨利與太太莫妮卡,正面臨親生兒子馬丁因絕症而冷凍睡眠的絕望中。這樣的家庭悲劇讓亨利成功為公司選中,成為這個新型機器人小孩的第一位使用者。

太太莫妮卡起初是憤怒且強烈反對。「沒有任何東西能取代我們的孩子!」她對亨利大吼。但日子一天天過去,大衛極盡真人的外貌、行為、情緒反應讓莫妮卡很難只把大衛當作一個「機器」對待,加上自己深知親生兒子馬丁也許永遠無法甦醒,莫妮卡開始放下心中的抗拒感,再次歡笑、重拾「當一位母親」的快樂。然而,這將是一個不可逆的決定,機器人小孩對特定對象的愛無法刪除,無法重灌,要是收養者事後反悔,機器人只能被送回原公司銷毀。

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正當大衛要在新的家庭展開生活時,意想不到的事發生了──莫妮卡與亨利的兒子馬丁的病情好轉,並從冷凍中甦醒。馬丁返家後為整個家帶來了不定時炸彈。人類的手足、同儕之間都時常互相較勁了,更何況是人機之間。馬丁打從心底認為大衛不配分散媽媽對他的愛。而大衛雖然僅是單純想得到母親的愛,卻不懂人類世界複雜的社交方式,無心之間做了許多傷害媽媽、傷害馬丁的行為。最終,莫妮卡、亨利為了保護兒子的安全,做出了棄養的決定。

機器人男孩大衛。圖/IMDb

就在莫妮卡即將載大衛回公司銷毀的前一刻,她心軟了,她打開車門,叫大衛快逃往樹林,遠離人群、不要被任何人類抓住、不要被銷毀。

「問題不是製造學會愛的機器人,真正的問題是⋯⋯人類能不能愛它們?」

機器人是否「為人」,標準在哪?

機器人能不能學會愛、有沒有感受力、有沒有意識?這可以是一個難以得到共識的哲學思辨。首先,何謂愛?何謂感受?何謂意識?科學家目前對人類的意識如何運作、在腦中的神經活動中如何產生都爭辯不休了註2,我們如何輕易定論機器人有沒有辦法擁有意識、學會愛呢?

根據心理學家 Haslam、 Loughnan、 Kashima 與 Bain(2009)所進行的大眾實際調查,以及其形成的理論,一個簡單的答案是:機器人也許可以學會情緒「表達」,但它們沒有「情緒感受力」。

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Haslam 及同事透過一系列調查研究,試圖找出「為人」(humanness)與「去人性化」(dehumanization)之間的界線。換句話說,找出有哪些重要因素,讓我們判斷一個對象「為人」;相對的,當沒有這些重要因素時,我們會把此對象判斷為非人。他們進行一連問卷調查研究,以及內隱聯結測驗(implicit association test,IAT)註3,測量參與者對四大類對象──人、機器人、動物、超自然事物──的想法及態度,並藉由比較「人」與「非人」對象的看法,歸納出哪些特質、心理狀態是專屬於「人」這個概念的。

結果發現,不管在東、西方的文化中,人們對「為人」的概念主要由兩個面向組成:

一是「人類天性」,包含有生命及無生命體本質上不同的所有特質,如情緒力(emotionality)、欲望(desire)、好奇心(curiosity)、自主行為能力(agency)等;

二是「人類特殊性」(human uniqueness),包含邏輯思考、推理等的認知能力,以及受社會、文化影響下的特質,如禮貌(politeness)、勤勉正直性(conscientiousness)等。

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缺少「人類天性」的特質,一對象會變得冷酷、機械化;而缺少「人類特殊性」的特質,一對象會趨近於動物。因此,人類與機器人的主要差異在於「人類天性」。機器人可以擁有「人類特殊性」,可以推論、理性思考;但不具有「人類天性」,無法感知情緒、產生自主欲望。

機器人也許可以有非常似人的外表、擬真的社交互動註4。但就本質上而言,它們的情緒表達再真實,都不是因為真的「感覺到」這些情緒而做出外顯反應,而是被設計、製造而得以如此。

機器人可以擁有人型的外表、情緒,但終究沒有感受(experience)的能力。圖/ Unsplash )

既然我們認為機器人實際上無法感受、沒有痛覺、不會真的有負面情緒,為何電影《A.I.人工智慧》中莫妮卡會忍不下心將大衛銷毀?難道只是電影劇情需求嗎?不盡如此。從目前人機互動(human-robot interaction)的眾多實驗結果來看,我們對待機器人確實會比對待電腦、家電等機器時,有更擬人的互動,尤其是當機器人具有擬人特質時(例如外貌、情緒)。

人會同情機器人?

Seo 與同事設計的研究 (2015) 中,受試者需要與機器人 Nao 合作進行遊戲。在遊戲進行數分鐘後,Nao 開始出現一些故障的跡象(這當然是實驗者事先設計好的),像是動作、說話變得不流暢等等,這樣的故障會隨著時間越來越明顯。而在 Nao 出現故障的狀況後,它會表現出害怕跟擔憂的樣子,並向受試者說它很擔心實驗者發現它故障,會把自己的記憶消除、它不希望忘記跟受試者玩遊戲的快樂回憶。然而最終,實驗者還是出現、並在受試者面前把 Nao 更新了,更新後的 Nao 會展現完全不同的說話方式跟特質(這是為了讓受試者相信記憶真的被消除了)。

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在這一連串的情境之後,受試者接著會填答一些問卷、回答他們在實驗中的感受。

Nao 機器人。圖/ Photo Pin

結果顯示,人們確實會對這個 Nao 產生同情、同理的情緒,有些人甚至替 Nao 向實驗者求情。

然而該研究並沒有直接比較人們對機器人、人、非擬人機器(如電腦)的反應,再者,自陳式問卷一直是被受質疑的測量方式。因此,目前已有很多神經心理學家,使用腦造影技術如「功能性磁振造影」(functional Magnetic Resonance Imaging,fMRI)來了解我們與機器人互動時大腦的活動。

在我們腦中比機器更接近人,但仍不是人

如 Krach 與其同事(2008)的研究,他們透過 fMRI 的技術發現,人們腦中掌管「心智理論」(the Theory of Mind,ToM)註5腦區──主要包含內側前額葉皮質(medial Prefrontal Cortex, mPFC)與顳頂葉接合(temporoparietal junction,TPJ)──在與擬人機器人互動時,活化程度會比與機器手臂、電腦(不具人型外表)互動時高。但仍比不上與真實人類對象互動時的大腦活動。

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換言之,機器人似人的外表,會讓我們的大腦認為它們—某種程度上──是具有心智(mind)的。機器人對我們來說,不會完全等同於電腦、手機等沒有擬人特質的機器,但也不會對待它們(機器人),全然像對待其他人類一樣。

然而,不同證據在 Chaminade 團隊(2012)的研究中也被發現了。Chaminade 與同事比較了受試者面對人、機器人、電腦等不同對象時的大腦活動狀態,卻發現負責心智理論(ToM)的腦區只在與人互動時有顯著的活動。

支持不同假說的結果存在於目前文獻中,尚無法達成一個定論。這或許是因為此領域的新穎性,我們需要更多的「重複驗證研究」(replicate study)來確立一個現象的真實性,加上不同研究者使用的機器人、作業、研究環境、指導語有些不同,都可能為研究結果帶來變數。可以確定的是,此領域的研究結果將會相當可期,AI 機器人等科技在未來社會的利用,可說是一個相當確立的趨勢。從心理學、神經科學的角度來看人機互動,不但對機器人設計能帶來幫助,同時也使我們更了解人腦的認知運作方式。

AI 機器人等科技在未來社會的利用,圖/銀翼殺手2049@IMDb

大衛最後實現願望了嗎?

說到這裡,也許有些讀者還相當在意,《A.I. 人工智慧》中機器人小孩大衛最後到底怎麼了?大衛被放逐後,踏上了旅程尋找木偶奇遇記中的藍仙女,希望她能把自己變成一個真實的男孩,因為大衛深信,唯有這樣才能真正得到母親的愛。然而這個心願當然沒有實現,兩千年過後,地球已完全結冰、人類也已滅亡,外星人挖出了冰層中的大衛,欣喜於發現這個相當「原始」的機器人的同時,也決定為大衛完成心願──讓母親莫妮卡重生,但只能存活一天。在這得來不易的一天中,大衛終於得以享受專屬於母子的快樂時光,沒有亨利、沒有馬丁。夜幕將至,母親即將再度陷入永恆長眠之際,對著他輕輕說:「我愛你,大衛,我一直很愛你。」大衛流下眼淚,彷彿長久以來的願望終於實現,也終於能隨著母親,一同長眠。

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這樣有些令人惆悵的結局似乎也透露著,要機器處理人類的感情訊息何其困難(很多時候我們自己都無法理解了!)母親當然是愛著他的,但大衛直到最後一刻才明白。

以現在的技術,人類也許還無法製造出像大衛一樣,可以如此自然互動的社交機器人,但如果有一天我們的科技做到了,你會如何看待這些乍看與真人無異、但本質上截然不同的對象呢?

  • 註 1:智慧爆炸(intelligence explosion)意指當人工智慧學會自我進化,其所擁有的智能將在極短的時間內超越人類所擁有、所能控制的情況(參考資料 1)。但也有意見主張智慧爆炸不可能出現(參考資料 2)。
  • 註 2:有興趣了解神經心理學家關於「意識」的理論,可見參考資料 3 為一例。
  • 註 3:「內隱聯結測驗」最早由 Greenwald 及其同事(1998)提出,是一種藉由測量受試者對特定詞組的反應,來得知其內隱態度的測量方式。此方法,相較於自陳式問卷,較能排除受試者想符合社會期許所造成的答題偏誤。
  • 註 4:雖然這目前仍是非常難以達到的境界。人類的社交活動,仔細分析下來其實非常複雜且精細,包含了各種大大小小的社交線索。更有一派說法認為,人類大腦的認知能力遠超越其他物種就是為了應付複雜的社交場域—詳見參考資料 5。
  • 註 5:「心智理論」意指在瞭解他人的心智狀態的功能。例如,站在別人角度思考、同理他人,都是會使用到心智理論的情境。

參考資料

  1. Ted Talk「人工智慧的長期未來
  2. The implausibility of intelligence explosion
  3. Graziano, M. S., & Webb, T. W. (2015). The attention schema theory: a mechanistic
  4. account of subjective awareness. Frontiers in Psychology, 06. doi:10.3389/fpsyg.2015.00500
    Haslam, N., Loughnan, S., Kashima, Y., & Bain, P. (2009). Attributing and denying humanness to others. European Review of Social Psychology, 19(1), 55–85.
  5. Adolphs, R. (2009). The Social Brain: Neural Basis of Social Knowledge. Annual Review of Psychology.
  6. Seo, S. H., Geiskkovitch, D., Nakane, M., King, C., & Young, J. E. (2015). Poor thing! would you feel sorry for a simulated robot? Proceedings of the Tenth Annual ACM/IEEE International Conference on Human-Robot Interaction – HRI ’15. doi:10.1145/2696454.2696471
  7. Krach, S., Hegel, F., Wrede, B., Sagerer, G., Binkofski, F., & Kircher, T. (2008). Can machines think? Interaction and perspective taking with robots investigated via fMRI. PLoS ONE, 3(7), e2597. doi:10.1371/journal.pone.0002597
  8. Chaminade, T., Rosset, D., Da Fonseca, D., Nazarian, B., Lutcher, E., Cheng, G., & Deruelle, C. (2012). How do we think machines think? An fMRI study of alleged competition with an artificial intelligence. Frontiers in Human Neuroscience, 6. doi:10.3389/fnhum.2012.00103
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伺服器過熱危機!液冷與 3D VC 技術如何拯救高效運算?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/04/11 ・3194字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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本文與 高柏科技 合作,泛科學企劃執行。

當我們談論能擊敗輝達(NVIDIA)、Google、微軟,甚至是 Meta 的存在,究竟是什麼?答案或許並非更強大的 AI,也不是更高速的晶片,而是你看不見、卻能瞬間讓伺服器崩潰的「熱」。

 2024 年底至 2025 年初,搭載 Blackwell 晶片的輝達伺服器接連遭遇過熱危機,傳聞 Meta、Google、微軟的訂單也因此受到影響。儘管輝達已經透過調整機櫃設計來解決問題,但這場「科技 vs. 熱」的對決,才剛剛開始。 

不僅僅是輝達,微軟甚至嘗試將伺服器完全埋入海水中,希望藉由洋流降溫;而更激進的做法,則是直接將伺服器浸泡在冷卻液中,來一場「浸沒式冷卻」的實驗。

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但這些方法真的有效嗎?安全嗎?從大型數據中心到你手上的手機,散熱已經成為科技業最棘手的難題。本文將帶各位跟著全球散熱專家 高柏科技,一同看看如何用科學破解這場高溫危機!

運算=發熱?為何電腦必然會發熱?

為什麼電腦在運算時溫度會升高呢? 圖/unsplash

這並非新問題,1961年物理學家蘭道爾在任職於IBM時,就提出了「蘭道爾原理」(Landauer Principle),他根據熱力學提出,當進行計算或訊息處理時,即便是理論上最有效率的電腦,還是會產生某些形式的能量損耗。因為在計算時只要有訊息流失,系統的熵就會上升,而隨著熵的增加,也會產生熱能。

換句話說,當計算是不可逆的時候,就像產品無法回收再利用,而是進到垃圾場燒掉一樣,會產生許多廢熱。

要解決問題,得用科學方法。在一個系統中,我們通常以「熱設計功耗」(TDP,Thermal Design Power)來衡量電子元件在正常運行條件下產生的熱量。一般來說,TDP 指的是一個處理器或晶片運作時可能會產生的最大熱量,通常以瓦特(W)為單位。也就是說,TDP 應該作為這個系統散熱的最低標準。每個廠商都會公布自家產品的 TDP,例如AMD的CPU 9950X,TDP是170W,GeForce RTX 5090則高達575W,伺服器用的晶片,則可能動輒千瓦以上。

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散熱不僅是AI伺服器的問題,電動車、儲能設備、甚至低軌衛星,都需要高效散熱技術,這正是高柏科技的專長。

「導熱介面材料(TIM)」:提升散熱效率的關鍵角色

在電腦世界裡,散熱的關鍵就是把熱量「交給」導熱效率高的材料,而這個角色通常是金屬散熱片。但散熱並不是簡單地把金屬片貼在晶片上就能搞定。

現實中,晶片表面和散熱片之間並不會完美貼合,表面多少會有細微間隙,而這些縫隙如果藏了空氣,就會變成「隔熱層」,阻礙熱傳導。

為了解決這個問題,需要一種關鍵材料,導熱介面材料(TIM,Thermal Interface Material)。它的任務就是填補這些縫隙,讓熱可以更加順暢傳遞出去。可以把TIM想像成散熱高速公路的「匝道」,即使主線有再多車道,如果匝道堵住了,車流還是無法順利進入高速公路。同樣地,如果 TIM 的導熱效果不好,熱量就會卡在晶片與散熱片之間,導致散熱效率下降。

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那麼,要怎麼提升 TIM 的效能呢?很直覺的做法是增加導熱金屬粉的比例。目前最常見且穩定的選擇是氧化鋅或氧化鋁,若要更高效的散熱材料,則有氮化鋁、六方氮化硼、立方氮化硼等更高級的選項。

典型的 TIM 是由兩個成分組成:高導熱粉末(如金屬或陶瓷粉末)與聚合物基質。大部分散熱膏的特點是流動性好,盡可能地貼合表面、填補縫隙。但也因為太「軟」了,受熱受力後容易向外「溢流」。或是造成基質和熱源過分接觸,高分子在高溫下發生熱裂解。這也是為什麼有些導熱膏使用一段時間後,會出現乾裂或表面變硬。

為了解決這個問題,高柏科技推出了凝膠狀的「導熱凝膠」,說是凝膠,但感覺起來更像黏土。保留了可塑性、但更有彈性、更像固體。因此不容易被擠壓成超薄,比較不會熱裂解、壽命也比較長。

OK,到這裡,「匝道」的問題解決了,接下來的問題是:這條散熱高速公路該怎麼設計?你會選擇氣冷、水冷,還是更先進的浸沒式散熱呢?

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液冷與 3D VC 散熱技術:未來高效散熱方案解析

除了風扇之外,目前還有哪些方法可以幫助電腦快速散熱呢?圖/unsplash

傳統的散熱方式是透過風扇帶動空氣經過散熱片來移除熱量,也就是所謂的「氣冷」。但單純的氣冷已經達到散熱效率的極限,因此現在的散熱技術有兩大發展方向。

其中一個方向是液冷,熱量在經過 TIM 後進入水冷頭,水冷頭內的不斷流動的液體能迅速帶走熱量。這種散熱方式效率好,且增加的體積不大。唯一需要注意的是,萬一元件損壞,可能會因為漏液而損害其他元件,且系統的成本較高。如果你對成本有顧慮,可以考慮另一種方案,「3D VC」。

3D VC 的原理很像是氣冷加液冷的結合。3D VC 顧名思義,就是把均溫板層層疊起來,變成3D結構。雖然均溫板長得也像是一塊金屬板,原理其實跟散熱片不太一樣。如果看英文原文的「Vapor Chamber」,直接翻譯是「蒸氣腔室」。

在均溫板中,會放入容易汽化的工作流體,當流體在熱源處吸收熱量後就會汽化,當熱量被帶走,汽化的流體會被冷卻成液體並回流。這種利用液體、氣體兩種不同狀態進行熱交換的方法,最大的特點是:導熱速度甚至比金屬的熱傳導還要更快、熱量的分配也更均勻,不會有熱都聚集在入口(熱源處)的情況,能更有效降溫。

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整個 3DVC 的設計,是包含垂直的熱導管和水平均溫板的 3D 結構。熱導管和均溫板都是採用氣、液兩向轉換的方式傳遞熱量。導熱管是電梯,能快速把散熱工作帶到每一層。均溫板再接手將所有熱量消化掉。最後當空氣通過 3DVC,就能用最高的效率帶走熱量。3DVC 跟水冷最大的差異是,工作流體移動的過程經過設計,因此不用插電,成本僅有水冷的十分之一。但相對的,因為是被動式散熱,其散熱模組的體積相對水冷會更大。

從 TIM 到 3D VC,高柏科技一直致力於不斷創新,並多次獲得國際專利。為了進一步提升 3D VC 的散熱效率並縮小模組體積,高柏科技開發了6項專利技術,涵蓋系統設計、材料改良及結構技術等方面。經過設計強化後,均溫板不僅保有高導熱性,還增強了結構強度,顯著提升均溫速度及耐用性。

隨著散熱技術不斷進步,有人提出將整個晶片組或伺服器浸泡在冷卻液中的「浸沒式冷卻」技術,將主機板和零件完全泡在不導電的特殊液體中,許多冷卻液會選擇沸點較低的物質,因此就像均溫板一樣,可以透過汽化來吸收掉大量的熱,形成泡泡向上浮,達到快速散熱的效果。

然而,因為水會導電,因此替代方案之一是氟化物。雖然效率差了一些,但至少可以用。然而氟化物的生產或廢棄時,很容易產生全氟/多氟烷基物質 PFAS,這是一種永久污染物,會對環境產生長時間影響。目前各家廠商都還在試驗新的冷卻液,例如礦物油、其他油品,又或是在既有的液體中添加奈米碳管等特殊材質。

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另外,把整個主機都泡在液體裡面的散熱邏輯也與原本的方式大相逕庭。如何重新設計液體對流的路線、如何讓氣泡可以順利上浮、甚至是研究氣泡的出現會不會影響元件壽命等等,都還需要時間來驗證。

高柏科技目前已將自家產品提供給各大廠商進行相容性驗證,相信很快就能推出更強大的散熱模組。

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數智驅動未來:從信任到執行,AI 為企業創新賦能
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/01/13 ・4938字 ・閱讀時間約 10 分鐘

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本文由 鼎新數智 與 泛科學 共同規劃與製作

你有沒有想過,當 AI 根據病歷與 X 光片就能幫你診斷病症,或者決定是否批准貸款,甚至從無人機發射飛彈時,它的每一步「決策」是怎麼來的?如果我們不能知道 AI 的每一個想法步驟,對於那些 AI 輔助的診斷和判斷,要我們如何放心呢?

馬斯克與 OpenAI 的奧特曼鬧翻後,創立了新 AI 公司 xAI,並推出名為 Grok 的產品。他宣稱目標是以開源和可解釋性 AI 挑戰其他模型,而 xAI 另一個意思是 Explainable AI 也就是「可解釋性 AI」。

如今,AI 已滲透生活各處,而我們對待它的方式卻像求神問卜,缺乏科學精神。如何讓 AI 具備可解釋性,成為當前關鍵問題?

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AI 已滲透生活各處,而我們對待它的方式卻像求神問卜,缺乏科學精神。如何讓 AI 具備可解釋性,成為當前關鍵問題?圖/pexels

黑盒子模型背後的隱藏秘密

無法解釋的 AI 究竟會帶來多少問題?試想,現在許多銀行和貸款機構已經使用 AI 評估借貸申請者的信用風險,但這些模型往往如同黑箱操作。有人貸款被拒,卻完全不知原因,感覺就像被分手卻不告訴理由。更嚴重的是,AI 可能擅自根據你的住所位置或社會經濟背景給出負面評價,這些與信用風險真的相關嗎?這種不透明性只會讓弱勢群體更難融入金融體系,加劇貧富差距。這種不透明性,會讓原本就已經很難融入金融體系的弱勢群體,更加難以取得貸款,讓貧富差距越來越大,雪上加霜。

AI 不僅影響貸款,還可能影響司法公正性。美國部分法院自 2016 年起使用「替代性制裁犯罪矯正管理剖析軟體」 COMPAS 這款 AI 工具來協助量刑,試圖預測嫌犯再犯風險。然而,這些工具被發現對有色人種特別不友好,往往給出偏高的再犯風險評估,導致更重的刑罰和更嚴苛的保釋條件。更令人擔憂的是,這些決策缺乏透明度,AI 做出的決策根本沒法解釋,這讓嫌犯和律師無法查明問題根源,結果司法公正性就這麼被悄悄削弱了。

此外,AI 在醫療、社交媒體、自駕車等領域的應用,也充滿類似挑戰。例如,AI 協助診斷疾病,但若原因報告無法被解釋,醫生和患者又怎能放心?同樣地,社群媒體或是 YouTube 已經大量使用 AI 自動審查,以及智慧家居或工廠中的黑盒子問題,都像是一場越來越複雜的魔術秀——我們只看到結果,卻無法理解過程。這樣的情況下,對 AI 的信任感就成為了一個巨大的挑戰。

為什麼人類設計的 AI 工具,自己卻無法理解?

原因有二。首先,深度學習模型結構複雜,擁有數百萬參數,人類要追蹤每個輸入特徵如何影響最終決策結果,難度極高。例如,ChatGPT 中的 Transformer 模型,利用注意力機制(Attention Mechanism)根據不同詞之間的重要性進行特徵加權計算,因為機制本身涉及大量的矩陣運算和加權計算,這些數學操作使得整個模型更加抽象、不好理解。

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其次,深度學習模型會會從資料中學習某些「特徵」,你可以當作 AI 是用畫重點的方式在學習,人類劃重點目的是幫助我們加速理解。AI 的特徵雖然也能幫助 AI 學習,但這些特徵往往對人類來說過於抽象。例如在影像辨識中,人類習慣用眼睛、嘴巴的相對位置,或是手指數量等特徵來解讀一張圖。深度學習模型卻可能會學習到一些抽象的形狀或紋理特徵,而這些特徵難以用人類語言描述。

深度學習模型通常採用分佈式表示(Distributed Representation)來編碼特徵,意思是將一個特徵表示為一個高維向量,每個維度代表特徵的不同方面。假設你有一個特徵是「顏色」,在傳統的方式下,你可能用一個簡單的詞來表示這個特徵,例如「紅色」或「藍色」。但是在深度學習中,這個「顏色」特徵可能被表示為一個包含許多數字的高維向量,向量中的每個數字表示顏色的不同屬性,比如亮度、色調等多個數值。對 AI 而言,這是理解世界的方式,但對人類來說,卻如同墨跡測驗般難以解讀。

假設你有一個特徵是「顏色」,在傳統的方式下,你可能用一個簡單的詞來表示這個特徵,例如「紅色」或「藍色」。但是在深度學習中,這個「顏色」特徵可能被表示為一個包含許多數字的高維向量,向量中的每個數字表示顏色的不同屬性,比如亮度、色調等多個數值。圖/unsplash

試想,AI 協助診斷疾病時,若理由是基於醫生都無法理解的邏輯,患者即使獲得正確診斷,也會感到不安。畢竟,人們更相信能被理解的東西。

打開黑盒子:可解釋 AI 如何運作?我們要如何教育 AI?

首先,可以利用熱圖(heatmap)或注意力圖這類可視化技術,讓 AI 的「思維」有跡可循。這就像行銷中分析消費者的視線停留在哪裡,來推測他們的興趣一樣。在卷積神經網絡和 Diffusion Models 中 ,當 AI 判斷這張照片裡是「貓」還是「狗」時,我需要它向我們展示在哪些地方「盯得最緊」,像是耳朵的形狀還是毛色的分布。

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其次是局部解釋,LIME 和 SHAP 是兩個用來發展可解釋 AI 的局部解釋技術。

SHAP 的概念來自博弈,它將每個特徵看作「玩家」,而模型的預測結果則像「收益」。SHAP 會計算每個玩家對「收益」的貢獻,讓我們可以了解各個特徵如何影響最終結果。並且,SHAP 不僅能透過「局部解釋」了解單一個結果是怎麼來的,還能透過「全局解釋」理解模型整體的運作中,哪些特徵最重要。

以實際的情景來說,SHAP 可以讓 AI 診斷出你有某種疾病風險時,指出年齡、體重等各個特徵的影響。

LIME 的運作方式則有些不同,會針對單一個案建立一個簡單的模型,來近似原始複雜模型的行為,目的是為了快速了解「局部」範圍內的操作。比如當 AI 拒絕你的貸款申請時,LIME 可以解釋是「收入不穩定」還是「信用紀錄有問題」導致拒絕。這種解釋在 Transformer 和 NLP 應用中廣泛使用,一大優勢是靈活且計算速度快,適合臨時分析不同情境下的 AI 判斷。比方說在醫療場景,LIME 可以幫助醫生理解 AI 為何推薦某種治療方案,並說明幾個主要原因,這樣醫生不僅能更快做出決策,也能增加患者的信任感。

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第三是反事實解釋:如果改變一點點,會怎麼樣?

如果 AI 告訴你:「這家銀行不會貸款給你」,這時你可能會想知道:是收入不夠,還是年齡因素?這時你就可以問 AI:「如果我年輕五歲,或者多一份工作,結果會怎樣?」反事實解釋會模擬這些變化對結果的影響,讓我們可以了解模型究竟是如何「權衡利弊」。

最後則是模型內部特徵的重要性排序。這種方法能顯示哪些輸入特徵對最終結果影響最大,就像揭示一道菜中,哪些調味料是味道的關鍵。例如在金融風險預測中,模型可能指出「收入」影響了 40%,「消費習慣」占了 30%,「年齡」占了 20%。不過如果要應用在像是 Transformer 模型等複雜結構時,還需要搭配前面提到的 SHAP 或 LIME 以及可視化技術,才能達到更完整的解釋效果。

講到這裡,你可能會問:我們距離能完全信任 AI 還有多遠?又或者,我們真的應該完全相信它嗎?

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我們終究是想解決人與 AI 的信任問題

當未來你和 AI 同事深度共事,你自然希望它的決策與行動能讓你認可,幫你省心省力。因此,AI 既要「可解釋」,也要「能代理」。

當未來你和 AI 同事深度共事,你自然希望它的決策與行動能讓你認可,幫你省心省力。圖/unsplash

舉例來說,當一家公司要做一個看似「簡單」的決策時,背後的過程其實可能極為複雜。例如,快時尚品牌決定是否推出新一季服裝,不僅需要考慮過去的銷售數據,還得追蹤熱門設計趨勢、天氣預測,甚至觀察社群媒體上的流行話題。像是暖冬來臨,厚外套可能賣不動;或消費者是否因某位明星愛上一種顏色,這些細節都可能影響決策。

這些數據來自不同部門和來源,龐大的資料量與錯綜關聯使企業判斷變得困難。於是,企業常希望有個像經營大師的 AI 代理人,能吸收數據、快速分析,並在做決定時不僅給出答案,還能告訴你「為什麼要這麼做」。

傳統 AI 像個黑盒子,而可解釋 AI (XAI)則清楚解釋其判斷依據。例如,為什麼不建議推出厚外套?可能理由是:「根據天氣預測,今年暖冬概率 80%,過去三年數據顯示暖冬時厚外套銷量下降 20%。」這種透明解釋讓企業更信任 AI 的決策。

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但會解釋還不夠,AI 還需能真正執行。這時,就需要另一位「 AI 代理人」上場。想像這位 AI 代理人是一位「智慧產品經理」,大腦裝滿公司規則、條件與行動邏輯。當客戶要求變更產品設計時,這位產品經理不會手忙腳亂,而是按以下步驟行動:

  1. 檢查倉庫物料:庫存夠不夠?有沒有替代料可用?
  2. 評估交期影響:如果需要新物料,供應商多快能送到?
  3. 計算成本變化:用新料會不會超出成本預算?
  4. 做出最優判斷,並自動生成變更單、工單和採購單,通知各部門配合執行。

這位 AI 代理人不僅能自動處理每個環節,還會記錄每次決策結果,學習如何變得更高效。隨時間推移,這位「智慧產品經理」的判斷將更聰明、決策速度更快,幾乎不需人工干預。更重要的是,這些判斷是基於「以終為始」的原則,為企業成長目標(如 Q4 業績增長 10%)進行連續且動態地自我回饋,而非傳統系統僅月度檢核。

這兩位 AI 代理人的合作,讓企業決策流程不僅透明,還能自動執行。這正是數智驅動的核心,不僅依靠數據驅動決策,還要能解釋每一個選擇,並自動行動。這個過程可簡化為 SUPA,即「感知(Sensing)→ 理解(Understanding)→ 規劃(Planning)→ 行動(Acting)」的閉環流程,隨著數據的變化不斷進化。

偉勝乾燥工業為例,他們面臨高度客製化與訂單頻繁變更的挑戰。導入鼎新 METIS 平台後,偉勝成功將數智驅動融入業務與產品開發,專案準時率因此提升至 80%。他們更將烤箱技術與搬運機器人結合,開發出新形態智慧化設備,成功打入半導體產業,帶動業績大幅成長,創造下一個企業的增長曲線。

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值得一提的是,數智驅動不僅帶動業務增長,還讓員工擺脫繁瑣工作,讓工作更輕鬆高效。

數智驅動的成功不僅依賴技術,還要與企業的商業策略緊密結合。為了讓數智驅動真正發揮作用,企業首先要確保它服務於具體的業務需求,而不是為了技術而技術。

這種轉型需要有策略、文化和具體應用場景的支撐,才能讓數智驅動真正成為企業持續增長的動力。

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從遊戲到量子計算:NVIDIA 憑什麼在 AI 世代一騎絕塵?
PanSci_96
・2025/01/09 ・2941字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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AI 與 GPU 的連結:為什麼 NVIDIA 股價一路飆?

2023 年至今,人工智慧(AI)熱潮引爆全球科技圈的競爭與創新,但最受矚目的企業,莫過於 NVIDIA。它不僅長期深耕遊戲顯示卡市場,在近年來卻因為 AI 應用需求的飆升,一舉躍居市值龍頭。原因何在?大家可能會直覺認為:「顯示卡性能強,剛好給 AI 訓練用!」事實上,真正的關鍵並非只有強悍的硬體,而是 NVIDIA 打造的軟硬體整合技術──CUDA

接下來將為你剖析 CUDA 與通用圖形處理(GPGPU)的誕生始末,以及未來 NVIDIA 持續看好的量子計算與生醫應用,一窺這家企業如何從「遊戲顯示卡大廠」蛻變為「AI 世代的領航者」。

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CPU vs. GPU:為何顯示卡能成為 AI 領跑者?

在電腦運作中,CPU(中央處理器)向來是整個系統的「大腦」,負責執行指令、邏輯判斷與多樣化的運算。但是,AI 模型訓練需要面對的是龐大的數據量與繁複的矩陣或張量運算。這些運算雖然單一步驟並不複雜,但需要進行「海量且重複性極高」的計算,CPU 難以在短時間內完成。

反觀 GPU(圖形處理器),原先是用來處理遊戲畫面渲染,內部具有 大量且相對簡單的算術邏輯單元。GPU 可以同時在多個核心中進行平行化運算,就像一座「高度自動化、流水線式」的工廠,可一次處理大量像素、頂點或是 AI 訓練所需的運算。這讓 GPU 在大量數值計算上遠遠超越了 CPU 的處理速度,也讓「顯示卡算 AI」成了新時代的主流。

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顯示卡不只渲染:GPGPU 與 CUDA 的誕生

早期,GPU 只被視為遊戲繪圖的利器,但 NVIDIA 的創辦人黃仁勳很快察覺到:這種多核心平行化的結構,除了渲染,也能用來處理科學運算。於是,NVIDIA 在 2007 年正式推出了名為 CUDA(Compute Unified Device Architecture) 的平台。這是一套讓開發者能以熟悉的程式語言(如 C、C++、Python)來調用 GPU 資源的軟體開發工具套件,解決了「人類要如何對 GPU 下指令」的問題。

在 CUDA 出現之前,若要把 GPU 用於渲染以外的用途,往往必須透過「著色器語言」或 OpenGL、DirectX 等繪圖 API 進行繁瑣的間接操作。對想用 GPU 加速數學或科學研究的人來說,門檻極高。然而,有了 CUDA,開發者不需理解圖像著色流程,也能輕鬆呼叫 GPU 的平行運算能力。這代表 GPU 從遊戲卡一躍成為「通用圖形處理單元」(GPGPU),徹底拓展了它在科學研究、AI、影像處理等領域的應用版圖。

AI 崛起的臨門一腳:ImageNet 大賽的關鍵一擊

如果說 CUDA 是 NVIDIA 邁向 AI 領域的踏腳石,那麼真正讓 GPU 與 AI 完美結合的轉捩點,發生在 2012 年的 ImageNet 大規模視覺辨識挑戰賽(ILSVRC)。這場由李飛飛教授創辦的影像辨識競賽中,參賽團隊需要對龐大的影像數據進行訓練、分類及辨識。就在那一年,名為「AlexNet」的深度學習模型橫空出世,利用 GPU 進行平行運算,大幅減少了訓練時間,甚至比第二名的辨識率高出將近 10 個百分點,震撼了全球 AI 研究者。

AlexNet 的成功,讓整個學界與業界都注意到 GPU 在深度學習中的強大潛力。CUDA 在此時被奉為「不二之選」,再加上後來發展的 cuDNN 等深度學習函式庫,讓開發者不必再自行編寫底層 GPU 程式碼,建立 AI 模型的難度與成本大幅降低,NVIDIA 的股價也因此搭上了 AI 波浪,一飛沖天。

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AlexNet 的成功凸顯 GPU 在深度學習中的潛力。圖/unsplash

為什麼只有 NVIDIA 股價衝?對手 AMD、Intel 在做什麼?

市面上有多家廠商生產 CPU 和 GPU,例如 AMD 與 Intel,但為什麼只有 NVIDIA 深受 AI 市場青睞?綜觀原因,硬體只是其一,真正不可或缺的,是 「軟硬體整合」與「龐大的開發者生態系」

硬體部分 NVIDIA 長年深耕 GPU 技術,產品線完整,且數據中心級的顯示卡在能耗與性能上具領先優勢。軟體部分 CUDA 及其相關函式庫生態,涵蓋了影像處理、科學模擬、深度學習(cuDNN)等多方面,讓開發者易於上手且高度依賴。

相比之下,雖然 AMD 也推行了 ROCm 平台、Intel 有自家解決方案,但在市場普及度與生態支持度上,依舊與 NVIDIA 有相當差距。

聰明的管理者

GPU 的優勢在於同時有成百上千個平行運算核心。當一個深度學習模型需要把數據切分成無數個小任務時,CUDA 負責將這些任務合理地排班與分配,並且在記憶體讀寫方面做出最佳化。

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  • 任務分類:同性質的任務集中處理,以減少切換或等待。
  • 記憶體管理:避免資料在 CPU 與 GPU 之間頻繁搬移,能大幅提升效率。
  • 函式庫支援:如 cuDNN,針對常見的神經網路操作(卷積、池化等)做進一步加速,使用者不必從零開始撰寫平行運算程式。

結果就是,研究者、工程師甚至學生,都能輕鬆把 GPU 能力用在各式各樣的 AI 模型上,訓練速度自然飛漲。

從 AI 到量子計算:NVIDIA 對未來的佈局

當 AI 波浪帶來了股價與市值的激增,NVIDIA 並沒有停下腳步。實際上,黃仁勳與團隊還在積極耕耘下一個可能顛覆性的領域──量子計算

2023 年,NVIDIA 推出 CUDA Quantum 平台,嘗試將量子處理器(QPU)與傳統 GPU / CPU 整合,以混合式演算法解決量子電腦無法單獨加速的部分。就像為 AI 量身打造的 cuDNN 一樣,NVIDIA 也對量子計算推出了相對應的開發工具,讓研究者能在 GPU 上模擬量子電路,或與量子處理器協同運算。

NVIDIA 推出 CUDA Quantum 平台,整合 GPU 與 QPU,助力混合量子運算。圖/unsplash

這項新布局,或許還需要時間觀察是否能孕育出市場級應用,但顯示 NVIDIA 對「通用運算」的野心不只停留於 AI,也想成為「量子時代」的主要推手。

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AI 熱潮下,NVIDIA 凭什麼坐穩王座?

回到一開始的疑問:「為什麼 AI 熱,NVIDIA 股價就一定飛?」 答案可簡化為兩點:

  1. 硬體領先 + 軟體生態:顯示卡性能強固然重要,但 CUDA 建立的開發者生態系才是關鍵。
  2. 持續布局未來:當 GPU 為 AI 提供高效能運算平台,NVIDIA 亦不斷將資源投入到量子計算、生醫領域等新興應用,為下一波浪潮預先卡位。

或許,正因為不斷探索新技術與堅持軟硬整合策略,NVIDIA 能在遊戲市場外再創一個又一個高峰。雖然 AMD、Intel 等競爭者也全力追趕,但短期內想撼動 NVIDIA 的領先地位,仍相當不易。

未來,隨著 AI 技術持續突破,晶片性能與通用運算需求只會節節攀升。「AI + CUDA + GPU」 的組合,短時間內看不出能被取代的理由。至於 NVIDIA 是否能繼續攀向更驚人的市值高峰,甚至在量子計算跑道上再拿下一座「王者寶座」,讓我們拭目以待。

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