“如果說(shuō)一個(gè)人從30多歲到50多歲創(chuàng)新力發(fā)展的黃金階段，那么，到2050年，擔(dān)起人工智能科技創(chuàng)新重任的人，現(xiàn)在正坐在中小學(xué)的課堂里。”3月25日，人大附中校長(zhǎng)翟小寧的一句話，把“2018中外教師科技教育創(chuàng)新論壇”出席者的目光從未來(lái)拉回當(dāng)下。
像所有前沿科技領(lǐng)域一樣，人工智能未來(lái)已來(lái)。人工智能與教育的結(jié)合，正在讓未來(lái)越來(lái)越現(xiàn)實(shí)。
教育+人工智能：給智能提速
澳大利亞科技館科普項(xiàng)目主管杰西卡·席爾瓦從事科普工作已經(jīng)有十多年。這二十年里，她看到了科學(xué)教育追蹤科技發(fā)展的步伐。
人工智能“火”起來(lái)之后，澳大利亞科技館的科技教育里加入了人工智能的內(nèi)容。“我們做了一個(gè)項(xiàng)目叫‘電子動(dòng)畫(huà)學(xué)’。這個(gè)項(xiàng)目有點(diǎn)像一個(gè)創(chuàng)客空間，是一個(gè)八周的課程，學(xué)生在八周的課程來(lái)做一個(gè)電子動(dòng)畫(huà)機(jī)器人。”杰西卡說(shuō)。
“在課程中，他們一開(kāi)始要先學(xué)習(xí)如何去安裝這些電子元件，比如安裝LED燈、振動(dòng)電機(jī)等。然后，學(xué)生要學(xué)習(xí)軟件編程，并把抽象的編程理念落實(shí)到實(shí)實(shí)在在的作品上，理解機(jī)器人工作原理及傳感器跟環(huán)境的互動(dòng)�；纠斫饩幊讨R(shí)后，我們開(kāi)始一些更加復(fù)雜的工作，激發(fā)學(xué)生對(duì)于人工智能的理解、編程創(chuàng)造力。”杰西卡說(shuō)。
我國(guó)也開(kāi)始了“教育+人工智能”的實(shí)踐。在翟小寧看來(lái)，“人工智能時(shí)代，學(xué)校如何跟上節(jié)奏”是當(dāng)下教育發(fā)展的一個(gè)重要議題。“我曾經(jīng)在每次教師大會(huì)和科研年會(huì)上，都把STEAM（科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)教育）+人工智能教育作為報(bào)告重點(diǎn)。”翟小寧說(shuō)。
人大附中對(duì)STEAM+人工智能教育構(gòu)建了課程體系，從感知、認(rèn)知、創(chuàng)新層面，開(kāi)展中小學(xué)普及教育、跨學(xué)科實(shí)踐應(yīng)用、深入動(dòng)手實(shí)操等工作，內(nèi)容涉及大數(shù)據(jù)、無(wú)人駕駛、數(shù)據(jù)挖掘、機(jī)器人、虛擬現(xiàn)實(shí)、人機(jī)交互、智能家居等諸多領(lǐng)域。青少年在這些課程中表現(xiàn)出的創(chuàng)造力，時(shí)常讓翟小寧驚喜。
“在時(shí)代發(fā)展過(guò)程中，人工智能已經(jīng)成為時(shí)代發(fā)展的一個(gè)重要內(nèi)容。培養(yǎng)人才，應(yīng)著眼未來(lái)。”翟小寧說(shuō)。
人工智能+教育：為教育減負(fù)
人工智能的發(fā)展，不僅使教育增加了新的內(nèi)容，也讓教育成為人工智能正在改變的社會(huì)活動(dòng)領(lǐng)域之一。
無(wú)論是《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，還是《教育信息化“十三五”規(guī)劃》，都將推動(dòng)人工智能在教學(xué)、管理、資源建設(shè)的應(yīng)用，及大數(shù)據(jù)采集分析作為教育改革的內(nèi)容。
“人工智能的手段讓信息采集越來(lái)越方便。”科大訊飛京津冀大區(qū)總經(jīng)理周佳峰說(shuō)。
人工智能技術(shù)的出現(xiàn)，為老師提供了減負(fù)增效的可能。“人工智能可以減少老師的工作，比如說(shuō)通過(guò)機(jī)器了解每個(gè)學(xué)生的情況，制定個(gè)性化的方案，實(shí)現(xiàn)人機(jī)結(jié)合。”周佳峰說(shuō)。
同時(shí)，“人工智能還能為學(xué)生提供個(gè)性化的服務(wù)，為各級(jí)的管理者提供大數(shù)據(jù)的決策分析，為科學(xué)治理提供很好的支撐。”周佳峰說(shuō)。
在教育實(shí)踐中，人工智能正深入到各個(gè)學(xué)科。“我們提出‘人工智能+X’，深入到了數(shù)學(xué)、語(yǔ)文、英語(yǔ)、物理、化學(xué)、生物、商學(xué)、經(jīng)濟(jì)各方面。在這個(gè)過(guò)程中，我們感覺(jué)到人工智能高科技的發(fā)展可以為教育帶來(lái)解放。”翟小寧說(shuō)。
教育形式正在發(fā)生變化。“將來(lái)很可能學(xué)生個(gè)人就可以主動(dòng)習(xí)得知識(shí)，而老師的價(jià)值更多的在價(jià)值引領(lǐng)和文化教養(yǎng)的形成。”翟小寧說(shuō)。
人工智能還在“萊特兄弟時(shí)代”
如果說(shuō)人工智能的出現(xiàn)為教育開(kāi)啟了一扇窗，那么，當(dāng)前人工智能的力量或許還不足以將這扇窗完全打開(kāi)。
“現(xiàn)在的人工智能還處于‘萊特兄弟時(shí)代’。”清華大學(xué)教授馬少平說(shuō)，如果用飛機(jī)來(lái)舉例的話，現(xiàn)在人工智能的發(fā)展還是處于初級(jí)階段，人工智能的發(fā)展好比從萊特兄弟造的飛機(jī)到現(xiàn)在的噴氣式飛機(jī)，還缺乏一個(gè)“空氣動(dòng)力學(xué)”的推進(jìn)。
馬少平表示，雖然深度學(xué)習(xí)取得了很多成果，但還存在缺陷，“比方說(shuō)需要學(xué)習(xí)大量的數(shù)據(jù)，小樣本可能會(huì)存在問(wèn)題，可解釋性也成問(wèn)題。有些人專門(mén)研究對(duì)抗樣本，看起來(lái)亂七八糟的東西，會(huì)被識(shí)別成王企鵝、海星、孔雀等”。
僅就我國(guó)而言，人工智能的發(fā)展也面臨著挑戰(zhàn)。“我國(guó)人工智能在基礎(chǔ)理論、核心算法以及芯片等關(guān)鍵支撐領(lǐng)域，與發(fā)達(dá)國(guó)家、國(guó)際先進(jìn)國(guó)家相比還有不小差距。”工業(yè)和信息化部發(fā)展規(guī)劃處處長(zhǎng)姚珺表示，在芯片方面，人工智能的芯片美國(guó)企業(yè)占據(jù)90%的市場(chǎng)，在人才儲(chǔ)備方面，我國(guó)也遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了需求。
2017年，教育部、人力資源和社會(huì)保障部、工業(yè)和信息化部印發(fā)了《制造業(yè)人才發(fā)展規(guī)劃指南》。“其中一項(xiàng)就是要在基礎(chǔ)教育階段為未來(lái)發(fā)展制造業(yè)領(lǐng)域打好基礎(chǔ)，在學(xué)科布置、教學(xué)內(nèi)容安排上提前做好儲(chǔ)備。”姚珺說(shuō)。
“未來(lái)，對(duì)工人的要求和現(xiàn)在是不一樣的，現(xiàn)在工人的素質(zhì)適應(yīng)不了未來(lái)自動(dòng)化、智能化生產(chǎn)的需要。人工智能發(fā)展需要在人才培養(yǎng)上進(jìn)行謀劃。”姚珺說(shuō)。（完）
近日，有著“計(jì)算機(jī)界的諾貝爾獎(jiǎng)”之稱的“圖靈獎(jiǎng)”揭開(kāi)面紗。國(guó)際計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)宣布，美國(guó)科學(xué)家約翰·軒尼詩(shī)和大衛(wèi)·帕特森獲得2017年度圖靈獎(jiǎng)，以表彰二人開(kāi)創(chuàng)了一種系統(tǒng)的、可量化的方法用以設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)計(jì)算機(jī)體系架構(gòu)，并對(duì)精簡(jiǎn)指令集（RISC）微處理器行業(yè)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。
在國(guó)際計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)（ACM）官網(wǎng)公布的信息中，微軟公司創(chuàng)始人比爾·蓋茨評(píng)價(jià)軒尼詩(shī)和帕特森的貢獻(xiàn)為“已被證明為整個(gè)行業(yè)蓬勃發(fā)展的基石”。
將靈感設(shè)計(jì)變成可重復(fù)科學(xué)
說(shuō)到此次獲獎(jiǎng)的RISC系統(tǒng)是什么，中科院計(jì)算技術(shù)研究所研究員、中科院“龍芯”CPU首席科學(xué)家胡偉武用工廠生產(chǎn)線向記者作了比喻。
“比如工廠生產(chǎn)線生產(chǎn)的產(chǎn)品大小、規(guī)格都一樣，效率就會(huì)很高。如果每個(gè)產(chǎn)品大小、規(guī)格都不同，則效率很低。”胡偉武說(shuō)，RISC系統(tǒng)表面現(xiàn)象就是指令變得簡(jiǎn)單通用，而內(nèi)在邏輯則是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較高效，這是它的核心所在。
事實(shí)上，在計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的歷程中，人類一直在孜孜不倦地追求對(duì)其性能的提升，并獲得了一定的突破。
中科院計(jì)算所計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員、中科院計(jì)算所先進(jìn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)研究中心常務(wù)副主任包云崗告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者，這其中一方面是工藝層面的貢獻(xiàn)，也就是將晶體管做得越來(lái)越小，以便在同一芯片上安放更多的晶體管；另一方面在于如何充分利用晶體管，而這就需要體系結(jié)構(gòu)來(lái)設(shè)計(jì)。
“有研究顯示，在過(guò)去20余年，體系結(jié)構(gòu)處理器性能提升了大約1萬(wàn)倍，這其中體系結(jié)構(gòu)和工藝方面的貢獻(xiàn)各自占100倍左右。”包云崗說(shuō)。“體系結(jié)構(gòu)使得處理器的性能變得很高效，程序的執(zhí)行時(shí)間從幾天變成幾分鐘。”
此次兩位科學(xué)家獲獎(jiǎng)更讓硬件研究者看到了希望。“在當(dāng)下各類應(yīng)用都比較多，人工智能、區(qū)塊鏈、大數(shù)據(jù)也都比較熱的情況下，‘圖靈獎(jiǎng)’卻頒給了計(jì)算機(jī)領(lǐng)域內(nèi)做底層硬件的兩位大師，這對(duì)我們做硬件的研究人員是一個(gè)極大的認(rèn)可和鼓舞。”中科院計(jì)算所研究員韓銀和說(shuō)。
顛覆設(shè)計(jì)理念
“如今，每年生產(chǎn)的超過(guò)160億枚微處理器中，99%都使用了RISC處理器，幾乎所有智能手機(jī)、平板電腦和嵌入式設(shè)備都會(huì)用到。”國(guó)際計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)網(wǎng)站有關(guān)軒尼詩(shī)和帕特森研究成果的介紹中，如此評(píng)價(jià)二者研究對(duì)產(chǎn)業(yè)的影響。
“整個(gè)芯片產(chǎn)業(yè)每年有幾千億美元的產(chǎn)值，他們確實(shí)對(duì)信息技術(shù)做出了巨大的貢獻(xiàn)。”包云崗稱。不過(guò)，專家分析稱，兩位科學(xué)家此次獲獎(jiǎng)還與其開(kāi)創(chuàng)的新處理器設(shè)計(jì)方法對(duì)處理器設(shè)計(jì)帶來(lái)的顛覆性影響密切相關(guān)。
包云崗將此前處理器設(shè)計(jì)比作藝術(shù)設(shè)計(jì)。“設(shè)計(jì)出來(lái)，好就是好，不好就是不好，高手可以設(shè)計(jì)出佳作，而普通人卻只能望洋興嘆。”然而，軒尼詩(shī)和帕特森卻把處理器設(shè)計(jì)“為什么好”“怎么才能好”變成了一門(mén)可重復(fù)的科學(xué)。
二人不僅將處理器設(shè)計(jì)的透徹分析撰寫(xiě)成《計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)：量化研究方法》一書(shū)，并且自己通過(guò)研制RISC處理器親自對(duì)書(shū)中的思想進(jìn)行了驗(yàn)證。
“這本書(shū)在全世界銷售了近百萬(wàn)本，幾乎所有處理器設(shè)計(jì)者和系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)者人手一本，相當(dāng)于改變了人們傳統(tǒng)設(shè)計(jì)處理器的思想和觀念。”包云崗說(shuō)。
近年來(lái)，我國(guó)在體系結(jié)構(gòu)研究上發(fā)展迅速，但國(guó)內(nèi)對(duì)體系結(jié)構(gòu)的研究特別是核心芯片和系統(tǒng)設(shè)計(jì)放，卻存在“跟隨美國(guó)的思維方式太重”的問(wèn)題。
“在這個(gè)人工智能新時(shí)代背景下，中國(guó)企業(yè)需要用自己的發(fā)展思維，不斷縮小差距并趕超乃至領(lǐng)先。” 中科院計(jì)算所研究員、中科睿芯董事長(zhǎng)范東睿說(shuō)。
對(duì)此胡偉武表現(xiàn)的更有信心。他表示，國(guó)內(nèi)指令體系技術(shù)已實(shí)現(xiàn)，比如龍芯CPU已實(shí)現(xiàn)了多指令發(fā)射和可程序“超車”功能，“只是火候上還差一點(diǎn)”。在他看來(lái)，再經(jīng)過(guò)兩三年的時(shí)間，我國(guó)自主研發(fā)的CPU性能將與國(guó)外主流CPU相當(dāng)。
未來(lái)前景可期
在各國(guó)積極構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)和發(fā)展人工智能的當(dāng)下，兩位科學(xué)家成果的影響還有望在新技術(shù)的推動(dòng)中進(jìn)一步得到延展。
“體系結(jié)構(gòu)是整個(gè)計(jì)算機(jī)復(fù)雜系統(tǒng)搭建的重要基石，在當(dāng)前最火熱的人工智能等熱點(diǎn)技術(shù)中都體現(xiàn)著最核心的價(jià)值。”范東睿表示。
物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)的發(fā)展，其本質(zhì)上是處理能力和效率的提升。在范東睿看來(lái)，物聯(lián)網(wǎng)和人工智能等應(yīng)用本身所體現(xiàn)出的高通量特性逐漸突出并成為瓶頸，高通量計(jì)算技術(shù)則成為了突破這一瓶頸的核心。
“芯片和系統(tǒng)能夠在限定功耗、限定時(shí)間的條件下算的更多更快，是物聯(lián)網(wǎng)、人工智能不斷發(fā)展的核心因素，這不但依靠工藝的進(jìn)步，更得益于體系結(jié)構(gòu)技術(shù)的不斷突破。”他說(shuō)。
事實(shí)上，物聯(lián)網(wǎng)比較重視處理器能耗，如果能夠設(shè)計(jì)一種很高性能功耗比的處理器，對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)具有很大吸引力。包云崗指出，二人的方法不僅可以用來(lái)指導(dǎo)高性能處理器，也可以指導(dǎo)低功耗處理器，并在兩者之間尋得平衡。
此外，采訪中專家也表示，此次“圖靈獎(jiǎng)”有可能為未來(lái)埋下了伏筆。包云崗介紹稱，此次獲獎(jiǎng)的帕特森對(duì)計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)還有兩大貢獻(xiàn)。“比如存儲(chǔ)技術(shù)——磁盤(pán)冗余技術(shù)RAID，這項(xiàng)技術(shù)也開(kāi)辟了一個(gè)新產(chǎn)業(yè)，今天的存儲(chǔ)市場(chǎng)有500億美元的產(chǎn)值，他在其中扮演了重要的角色。”他說(shuō)。
專家預(yù)測(cè)，未來(lái)獲獎(jiǎng)?wù)呋蛟S并非軒尼詩(shī)和帕特森本人，但極有可能他們的合作者會(huì)因?yàn)槠浼夹g(shù)研發(fā)摘得“圖靈獎(jiǎng)”。
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