「NASA – A HUMAN ADVENTURE 一場人類冒險」特展(NASA特展)將要來到台灣。這是大家都熟悉的美國國家航空暨太空總署(National Aeronautics and Space Administration,也就是 NASA 啦!)第一次在美國以外的國家舉辦的巡迴展,不只有超過 300 件真正有參與過太空任務的展示品之外,還有許多大型的火箭、太空梭、太空船等,保證可以讓愛拍照的人拍個過癮。
NASA 特展在來到台灣之前,已經從 2012 年開始巡迴西班牙、土耳其、荷蘭、日本、泰國、瑞典等國家展出過,在2015 年 12 月 5 日來到韓國首爾的國際展覽中心 KINTEX(Korea International Exhibition Center),展出到 2016 年 2 月 11 日結束後,就開始打包準備來到台灣。台灣將是這個特展全球巡迴的第八站、亞洲第四站,即將從 2016 年 5 月 28 日開始到 9 月 18 日,在台北國立科學教育館七樓、總面積超過 1000 坪的展場中展覽。這次除了來自 NASA 的各項展品之外,更有我國國家太空中心(National Space Organization,NSPO,位於新竹科學園區,也是 X 博士上班的地方)。這是 NASA 在各國巡展時,首次有當地的太空研發機構一起聯合策展。
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熱愛太空科學的 X 博士,當然不會錯過這個好機會。在 2016 年 1 月,已經搶先一步到韓國首爾的特展參觀。因為這次是跟著中視、蘋果日報、自由時報等國內幾家媒體一起參觀,所以也體驗到了部份一般民眾無法體驗到的難得經驗。在台灣展開始之前,先讓大家看看韓國 NASA 特展到底有什麼精彩的地方。
這個展主要帶大家回到法國知名作家朱爾.凡爾納(Jules Gabriel Verne,1828年生,作品有《環遊世界八十天》、《海底兩萬里》、《地心冒險》第一集與第二集等)。他的作品《從地球到月球》(De la Terre à la Lune, 1865)裡有許多早期人們對太空探險的想像。在這個展區播放了這部具有黑白電影的精彩片段,而當時影片中許多想像的情節,與後來人類真的登陸月球之後有些相似之處。
美國在 NASA 成立後就開始進行「水星計畫」(Project Mercury),大家一定都知道 Mercury 是太陽系中水星的意思,但它也是希臘神話中的速度之神。所以不要把水星計畫以為是美國要登陸或是探索水星的計畫,這個計畫是準備搶先蘇聯一步將人類送上太空。
1961 年 1 月, NASA 在把太空人送上太空前,先讓一隻名叫 Ham 的黑猩猩試乘火箭上太空,最後也順利成功從太空返回地球。平安回到地球的 Ham 後來還成為華盛頓國家動物園的大明星。不過牠不是人類第一隻準備送上太空的動物,第一隻是坐蘇聯史波尼克二號的太空狗 Laika,殘念的是牠在升空 7 分鐘就嚇死了……
圖/作者攝影。
美國知名的《時代》雜誌(TIME)在 1968 年 12 月,也以 RACE FOR THE MOON 為封面,針對太空發展做報導。在當代也有許多相關商品,像是太空便當盒、太空睡衣、太空彈珠台、太空水壼等等。大家注意喔,這些以太空為名的商品都不是要給太空人用的,而是當時的廠商為了趕搭太空熱潮,在很多一般用品上都印上太空相關的圖案而已。可見當時人們對太空這個未知的領域抱有多少的熱情與憧憬。
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以 RACE FOR THE MOON 為封面故事的《時代》雜誌。圖/作者攝影。當時許多的商品都搶著以太空作為主題。圖/作者攝影。圖/作者攝影。
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
接下來是太空服。展場中陳列的,下方圖中這件其實不是太空服,而是美國空軍(United States Air Force, USAF)用的高空壓力裝(high altitude pressure suit)。為什麼需要壓力裝?飛機飛得再快不會讓人不舒服;但飛機如果有很大的速度變化,或者是急轉彎,如果用國中理化的語言來講,就是有很大的「加速度」時,人的身體就會受到影響。