人腦與電腦的爭霸戰–由超級電腦到人工智慧之發展趨勢

 
2016/12/20 黃吉川 | 成功大學工程科學系講座教授
 
活動(演講)時間: 2016/11/25
 
繼 IBM 的深藍電腦在 1997 年擊敗西洋棋世界冠軍 Garry Kasparov,19 年後,今年3月AlphaGo電腦也在世界最複雜的圍棋遊戲上擊敗了人類,再次使得人腦與電腦的爭霸戰浮出檯面。而為什麼電腦會擊敗人腦呢? 答案就是 — 此電腦就是超級電腦,而且是具有人工智慧的超級電腦。

什麼是超級電腦? 簡單來說,若一部個人桌機電腦的運算能力是每秒 100G 浮點運算能力,那麼 1000P 的超級電腦浮點運算能力就等於約1000萬部的桌機電腦。相較於目前全世界最快的超級電腦神威·太湖之光(Sunway TaihuLight),其計算力可達93P,美國、中國、日本等國都持續在挑戰可達1000P計算量的超級電腦, 本演講中也將討論各國及公司為了研發1000P超級電腦所遭遇到的挑戰。

最後,結合超級電腦與人工智慧,將從大數據、大型資料庫、各領域自由軟體以及智能雲端服務系統等四個層次來做說明。在現有的人工智慧應用領域中,大多集中在物聯網的討論,而事實上物聯網只是第一個層次的大數據問題。因此,若以超級電腦為基礎核心設施,搭配人工智慧功能,進而建立起智能雲端服務系統,將可進一步應用到國家及民間各類型的經濟產業,如 3D 影像、3D 列印、防災科學、綠能科技、虛擬實境、巨量資料、機器人學、精密機械、物聯網、生醫科技、高能物理等。

聽講心得(撰文|孫維新館長)

上週五(11/25)晚間的第二場秋季展望演講,由國立成功大學工程科學系黃吉川講座教授擔綱,黃教授以「人腦與電腦的爭霸戰─由超級電腦到人工智慧之發展趨勢」為題,帶領我們深入超級電腦的世界。

正當台灣社會遍尋不著向前之路的時候,黃教授開門見山說:今天要替大家找出路!黃教授身穿短袖,頭頂涼帽,講起話來聲如洪鐘。他一開頭就談到了國學大師陳寅恪先生的風範:「前人講過的不講,今天只講以前未曾有人講過的!」,讓大家感受到他不只是資工方面的專家,也身兼創業者,充滿創意和抱負!

進入正題後,黃教授以美國大選為題材,提到人腦與電腦爭霸戰的未來,人類對上電腦短多長空,在這樣的相互較勁下,短期人腦應有獲勝可能,但長期就不樂觀了。他以有名宇宙學家的理論舉例,霍金過去就曾對人類發展人工智慧做出了深刻的警告。而歷史上,早在1997年深藍電腦就在西洋棋上打敗了人腦,同樣的情形,今年3月也發生在對上AlphaGo,電腦在世界最複雜的圍棋遊戲上也擊敗了人腦!另外,日本還發展了一套人工智慧程式:「東Robo君」,目標是用機器人考進東京大學。黃教授指出,人工智慧發展要成功需要慎重選擇,因「東Robo君」需要辨識多種科目,目前只能考上私立學校,還沒有辦法考上最難的東大!

要什麼電腦才能戰勝人腦?答案就是具有人工智慧的超級電腦!目前世界上最快的超級電腦是中國的「神威.太湖之光」(SunWay TaihuLight)。事實上,人腦與電腦差異很大,前者主要處理記憶、推理、想像,後者則是因記憶體與硬體不斷升級,能記憶,能計算,有邏輯。我們知道雖說電腦與人腦相比,缺少了能夠想像的功能,但具有人工智慧的電腦可就不一樣了,人類可以教會他們!

在探討國家工業發展上,黃教授指出其中關鍵。從過去工業1.0一直發展到今日所強調的「工業4.0」,在這之前,要全面轉移到工業3.0階段,就必須要有研發設計,真正掌握核心技術,並且有自己品牌。他說,假若要進入工業4.0時代,不僅要有3.0的基礎,還要加入雲端服務和人工智慧。政府對於每個階段的內涵,應該充分了解箇中道理,更要清楚所需代價,才不會難以實踐。

說到全世界超級電腦的分布,目前美國佔了35%,歐洲21%,因中國、日本對這個戰略產業相繼投入大量資源,整個東方佔了42.6%。黃教授補充說,目前世界第一名的超級電腦計算量,甚至比100名以後到500名通通相加的總量還大!究竟甚麼是超級電腦?簡單來說,超級電腦有兩部分:交換器與伺服器,交換器可比喻成車站,伺服器像是做生意的人,而車站的效率越好,超級電腦效率也就越好。我們說一台1,000P(P等於10的15次方次/秒)的超級電腦浮點運算能力,相當於1,000萬具100G浮點運算能力的桌機電腦,240萬部具420G運算能力的伺服器。而要做超級電腦,重點就在交換器拓樸(Topology)、溝通路由(Routing),以及如何廣播(Broadcast)。

黃教授講到超級電腦的發展歷程,第一代超級電腦天河二號計算在世界上數一數二,但也面對一些困境,如交換器龐大,對切比(對切數/總線數)差,造成所謂的「胖樹」(Fat tree topology)結構,還有加速卡跨機困境。第二代超級電腦也一樣,就算是「神威太湖之光」,也還是有對切比小,與整體時間延遲的困境。除了這兩代以外,黃教授提到通過台灣專利的新一代超級電腦,根據他詳盡地A-D效能指標圖,與Bisection ratio分析比較,第三代超級電腦,很可能是台灣未來進入世界前幾名排行榜的機會!

人工智慧的內涵,包含演算法和數學(工具)的範疇,黃教授以最佳化迴歸分析,以及類神經網路進一步說明,提到了蒙地卡羅法與基因演算法。他特別強調,如果要發展人工智慧,沒有超級電腦就別妄想!因為其中要解的超大逆矩陣,就是超級電腦要處理的任務!他也提到人工智慧各層級發展,第一層級在大數據方面,接著是專業資料庫(如精準醫學資料庫),以及第三層級自由軟體(如國防上的巡弋飛彈,醫學上的達文西機器手臂等)。

我們需要掌握人工智慧的兩個重要利器,其中一個是超級電腦,另一個就是晶片系統設計。黃教授打趣的以老祖宗的算盤來說明,要具備這些利器,硬體、軟體、演算法都需要跟進,相輔相成。不只對台灣而言,每個國家都不應偏廢!最後,黃教授也講了幾個有意思的笑話,說到了自己成長與研究時的態度,與深度學習基礎學科的重要。他期許大家能學習程式語言,因為未來重要的第二語言,或許不是英文、日文,或西文、德文、法文,是要跟電腦溝通的語言!

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