計算的未來

布魯諾·米切爾

1955年，美國計算機科學(xué)家約翰·麥卡錫（John McCarthy）創(chuàng)造了“人工智能”一詞，自此以后，公眾構(gòu)想出一個這樣的未來—有意識的計算機和機器人能像人一樣思考和行動。但盡管這一未來確實可能到來，目前還相當(dāng)遙遠。

但可以預(yù)見的計算前沿亦相當(dāng)令人激動。我們已經(jīng)進入了IBM所謂的認知時代。計算的突破正在增強我們利用大量數(shù)據(jù)的能力，為某些全世界最重要的決定提供指導(dǎo)，并有望對整個產(chǎn)業(yè)造成革命性影響。

“認知計算”一詞是指這樣的系統(tǒng)：它沒有明確的程序，相反地，是為了學(xué)習(xí)經(jīng)驗而打造。這些系統(tǒng)從無結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)中提取有用的信息，從而加快了信息時代，能幫助用戶完成范圍甚廣的一系列任務(wù)，包括識別獨特的市場機會、發(fā)現(xiàn)疾病的新療法，為城市、公司和社區(qū)制定創(chuàng)新性的解決方案等。

認知時代標(biāo)志著應(yīng)用科學(xué)理解大自然和推動人類繁榮的新階段。其濫觴可以追溯到2011年，認知計算機系統(tǒng)沃森在游戲秀《Jeopardy！》中打敗了兩位人類冠軍。此后，沃森又繼續(xù)取得了大量成就，證明了認知計算有能力使用大數(shù)據(jù)處理某些人類所面臨的最困難的系統(tǒng)性問題。

廣泛而言，認知系統(tǒng)提供了五項核心能力。首先，它們創(chuàng)造了更深度的人類參與，通過使用關(guān)于個體的數(shù)據(jù)創(chuàng)造更加完整的人類互動。其次，它們擴大和提升專業(yè)知識，從不同領(lǐng)域的專家中學(xué)習(xí)，讓這些知識能為廣泛的群眾所用。第三，它們提供產(chǎn)品，比如連接到物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)品，這些產(chǎn)品具有感知周邊世界、了解它們用戶的能力。第四，它們讓操作員得以利用大量數(shù)據(jù)，有助于管理工作流、提供情境、實現(xiàn)持續(xù)學(xué)習(xí)、改善預(yù)測、改進經(jīng)營效率。最后—也許是最重要的—它們讓用戶能夠感知傳統(tǒng)方法無法發(fā)現(xiàn)的模式和機會。

認知系統(tǒng)的靈感來自人的大腦，這個器官仍有許多內(nèi)容等待我們探索。隨著系統(tǒng)規(guī)模和復(fù)雜程度的增加，傳統(tǒng)計算機架構(gòu)正在走向極限，因為耗電量的激增和元件之間的傳輸延時日益成為負擔(dān)。事實上，就能源效率而言—用“無結(jié)構(gòu)”數(shù)據(jù)上每能源單位的計算次數(shù)衡量—人腦表現(xiàn)要比最佳人造機器還要高出大約1萬倍。

如今，據(jù)數(shù)字力量集團（Digital Power Group）CEO馬克·米爾斯（Mark Mills）的數(shù)據(jù)，計算機消耗了大約世界發(fā)電量的10%。為了充分實現(xiàn)認知時代的好處，我們必須能夠處理巨量信息；在未來15年，“數(shù)字上可接觸”的數(shù)據(jù)數(shù)量預(yù)計將增加1，000多倍。只有在能源效率實現(xiàn)巨大的改進，才有可能實現(xiàn)使用如此大量數(shù)據(jù)所需要的計算量。

趕超人腦的表現(xiàn)和效率可能需要我們模仿某些大腦結(jié)構(gòu)。我們不必試圖從越來越大的芯片中榨取能源密集型性能，可以重新排布計算機元件，組成類似于人腦的密集3D矩陣，從而實現(xiàn)能源效率而言不是性能的最大化。

在3D環(huán)境中部署芯片讓計算機的各種要素彼此之間更加接近。這不僅縮短了它們的通訊時間；也改善了能源效率，幅度可達5，000倍—有望產(chǎn)生能源效率接近生物腦的計算機。目前，通過可用移動技術(shù)和熱水冷卻建造的性能大幅提高的計算機已經(jīng)實現(xiàn)了比傳統(tǒng)系統(tǒng)高十倍的能源效率。

但人造計算機效率低下不僅是因為它們需要為芯片供能，也是因為它們需要能源運行空調(diào)從而帶走處理器所產(chǎn)生的熱量。人腦在這方面也能提供教益。正如大腦使用糖分和血液提供能源、冷卻各個區(qū)域，3D計算機也可以使用冷卻液體為芯片輸送能量。除了散熱，這種冷卻液體還能為向處理器提供能量的電化學(xué)系統(tǒng)供能。這反過來能進一步增加封裝密度—從而提高效率。

通過模仿人腦的某些特點，計算機有望大大增加緊湊性、效率和性能。而這反過來能讓我們充分利用認知計算—為我們真正的大腦提供新的支持、仿真和啟發(fā)資源。

本文由 Project Syndicate授權(quán)《南風(fēng)窗》獨家刊發(fā)中文版。作者是IBM蘇黎世研究中心科學(xué)家。