“如果說一個人從30多歲到50多歲創(chuàng)新力發(fā)展的黃金階段，那么，到2050年，擔起人工智能科技創(chuàng)新重任的人，現(xiàn)在正坐在中小學的課堂里。”3月25日，人大附中校長翟小寧的一句話，把“2018中外教師科技教育創(chuàng)新論壇”出席者的目光從未來拉回當下。
像所有前沿科技領(lǐng)域一樣，人工智能未來已來。人工智能與教育的結(jié)合，正在讓未來越來越現(xiàn)實。
教育+人工智能：給智能提速
澳大利亞科技館科普項目主管杰西卡·席爾瓦從事科普工作已經(jīng)有十多年。這二十年里，她看到了科學教育追蹤科技發(fā)展的步伐。
人工智能“火”起來之后，澳大利亞科技館的科技教育里加入了人工智能的內(nèi)容。“我們做了一個項目叫‘電子動畫學’。這個項目有點像一個創(chuàng)客空間，是一個八周的課程，學生在八周的課程來做一個電子動畫機器人。”杰西卡說。
“在課程中，他們一開始要先學習如何去安裝這些電子元件，比如安裝LED燈、振動電機等。然后，學生要學習軟件編程，并把抽象的編程理念落實到實實在在的作品上，理解機器人工作原理及傳感器跟環(huán)境的互動。基本理解編程知識后，我們開始一些更加復雜的工作，激發(fā)學生對于人工智能的理解、編程創(chuàng)造力。”杰西卡說。
我國也開始了“教育+人工智能”的實踐。在翟小寧看來，“人工智能時代，學校如何跟上節(jié)奏”是當下教育發(fā)展的一個重要議題。“我曾經(jīng)在每次教師大會和科研年會上，都把STEAM（科學、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學教育）+人工智能教育作為報告重點。”翟小寧說。
人大附中對STEAM+人工智能教育構(gòu)建了課程體系，從感知、認知、創(chuàng)新層面，開展中小學普及教育、跨學科實踐應用、深入動手實操等工作，內(nèi)容涉及大數(shù)據(jù)、無人駕駛、數(shù)據(jù)挖掘、機器人、虛擬現(xiàn)實、人機交互、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，時常讓翟小寧驚喜。
“在時代發(fā)展過程中，人工智能已經(jīng)成為時代發(fā)展的一個重要內(nèi)容。培養(yǎng)人才，應著眼未來。”翟小寧說。
人工智能+教育：為教育減負
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活動領(lǐng)域之一。
無論是《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》，都將推動人工智能在教學、管理、資源建設的應用，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越方便。”科大訊飛京津冀大區(qū)總經(jīng)理周佳峰說。
人工智能技術(shù)的出現(xiàn)，為老師提供了減負增效的可能。“人工智能可以減少老師的工作，比如說通過機器了解每個學生的情況，制定個性化的方案，實現(xiàn)人機結(jié)合。”周佳峰說。
同時，“人工智能還能為學生提供個性化的服務，為各級的管理者提供大數(shù)據(jù)的決策分析，為科學治理提供很好的支撐。”周佳峰說。
在教育實踐中，人工智能正深入到各個學科。“我們提出‘人工智能+X’，深入到了數(shù)學、語文、英語、物理、化學、生物、商學、經(jīng)濟各方面。在這個過程中，我們感覺到人工智能高科技的發(fā)展可以為教育帶來解放。”翟小寧說。
教育形式正在發(fā)生變化。“將來很可能學生個人就可以主動習得知識，而老師的價值更多的在價值引領(lǐng)和文化教養(yǎng)的形成。”翟小寧說。
人工智能還在“萊特兄弟時代”
如果說人工智能的出現(xiàn)為教育開啟了一扇窗，那么，當前人工智能的力量或許還不足以將這扇窗完全打開。
“現(xiàn)在的人工智能還處于‘萊特兄弟時代’。”清華大學教授馬少平說，如果用飛機來舉例的話，現(xiàn)在人工智能的發(fā)展還是處于初級階段，人工智能的發(fā)展好比從萊特兄弟造的飛機到現(xiàn)在的噴氣式飛機，還缺乏一個“空氣動力學”的推進。
馬少平表示，雖然深度學習取得了很多成果，但還存在缺陷，“比方說需要學習大量的數(shù)據(jù)，小樣本可能會存在問題，可解釋性也成問題。有些人專門研究對抗樣本，看起來亂七八糟的東西，會被識別成王企鵝、海星、孔雀等”。
僅就我國而言，人工智能的發(fā)展也面臨著挑戰(zhàn)。“我國人工智能在基礎理論、核心算法以及芯片等關(guān)鍵支撐領(lǐng)域，與發(fā)達國家、國際先進國家相比還有不小差距。”工業(yè)和信息化部發(fā)展規(guī)劃處處長姚珺表示，在芯片方面，人工智能的芯片美國企業(yè)占據(jù)90%的市場，在人才儲備方面，我國也遠遠滿足不了需求。
2017年，教育部、人力資源和社會保障部、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》。“其中一項就是要在基礎教育階段為未來發(fā)展制造業(yè)領(lǐng)域打好基礎，在學科布置、教學內(nèi)容安排上提前做好儲備。”姚珺說。
“未來，對工人的要求和現(xiàn)在是不一樣的，現(xiàn)在工人的素質(zhì)適應不了未來自動化、智能化生產(chǎn)的需要。人工智能發(fā)展需要在人才培養(yǎng)上進行謀劃。”姚珺說。（完）
近日，有著“計算機界的諾貝爾獎”之稱的“圖靈獎”揭開面紗。國際計算機協(xié)會宣布，美國科學家約翰·軒尼詩和大衛(wèi)·帕特森獲得2017年度圖靈獎，以表彰二人開創(chuàng)了一種系統(tǒng)的、可量化的方法用以設計和評價計算機體系架構(gòu)，并對精簡指令集（RISC）微處理器行業(yè)產(chǎn)生深遠影響。
在國際計算機協(xié)會（ACM）官網(wǎng)公布的信息中，微軟公司創(chuàng)始人比爾·蓋茨評價軒尼詩和帕特森的貢獻為“已被證明為整個行業(yè)蓬勃發(fā)展的基石”。
將靈感設計變成可重復科學
說到此次獲獎的RISC系統(tǒng)是什么，中科院計算技術(shù)研究所研究員、中科院“龍芯”CPU首席科學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，效率就會很高。如果每個產(chǎn)品大小、規(guī)格都不同，則效率很低。”胡偉武說，RISC系統(tǒng)表面現(xiàn)象就是指令變得簡單通用，而內(nèi)在邏輯則是系統(tǒng)實現(xiàn)起來比較高效，這是它的核心所在。
事實上，在計算機技術(shù)發(fā)展的歷程中，人類一直在孜孜不倦地追求對其性能的提升，并獲得了一定的突破。
中科院計算所計算機體系結(jié)構(gòu)國家重點實驗室研究員、中科院計算所先進計算機系統(tǒng)研究中心常務副主任包云崗告訴《中國科學報》記者，這其中一方面是工藝層面的貢獻，也就是將晶體管做得越來越小，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)來設計。
“有研究顯示，在過去20余年，體系結(jié)構(gòu)處理器性能提升了大約1萬倍，這其中體系結(jié)構(gòu)和工藝方面的貢獻各自占100倍左右。”包云崗說。“體系結(jié)構(gòu)使得處理器的性能變得很高效，程序的執(zhí)行時間從幾天變成幾分鐘。”
此次兩位科學家獲獎更讓硬件研究者看到了希望。“在當下各類應用都比較多，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’卻頒給了計算機領(lǐng)域內(nèi)做底層硬件的兩位大師，這對我們做硬件的研究人員是一個極大的認可和鼓舞。”中科院計算所研究員韓銀和說。
顛覆設計理念
“如今，每年生產(chǎn)的超過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、平板電腦和嵌入式設備都會用到。”國際計算機協(xié)會網(wǎng)站有關(guān)軒尼詩和帕特森研究成果的介紹中，如此評價二者研究對產(chǎn)業(yè)的影響。
“整個芯片產(chǎn)業(yè)每年有幾千億美元的產(chǎn)值，他們確實對信息技術(shù)做出了巨大的貢獻。”包云崗稱。不過，專家分析稱，兩位科學家此次獲獎還與其開創(chuàng)的新處理器設計方法對處理器設計帶來的顛覆性影響密切相關(guān)。
包云崗將此前處理器設計比作藝術(shù)設計。“設計出來，好就是好，不好就是不好，高手可以設計出佳作，而普通人卻只能望洋興嘆。”然而，軒尼詩和帕特森卻把處理器設計“為什么好”“怎么才能好”變成了一門可重復的科學。
二人不僅將處理器設計的透徹分析撰寫成《計算機體系結(jié)構(gòu)：量化研究方法》一書，并且自己通過研制RISC處理器親自對書中的思想進行了驗證。
“這本書在全世界銷售了近百萬本，幾乎所有處理器設計者和系統(tǒng)軟件設計者人手一本，相當于改變了人們傳統(tǒng)設計處理器的思想和觀念。”包云崗說。
近年來，我國在體系結(jié)構(gòu)研究上發(fā)展迅速，但國內(nèi)對體系結(jié)構(gòu)的研究特別是核心芯片和系統(tǒng)設計放，卻存在“跟隨美國的思維方式太重”的問題。
“在這個人工智能新時代背景下，中國企業(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。” 中科院計算所研究員、中科睿芯董事長范東睿說。
對此胡偉武表現(xiàn)的更有信心。他表示，國內(nèi)指令體系技術(shù)已實現(xiàn)，比如龍芯CPU已實現(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”。在他看來，再經(jīng)過兩三年的時間，我國自主研發(fā)的CPU性能將與國外主流CPU相當。
未來前景可期
在各國積極構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)和發(fā)展人工智能的當下，兩位科學家成果的影響還有望在新技術(shù)的推動中進一步得到延展。
“體系結(jié)構(gòu)是整個計算機復雜系統(tǒng)搭建的重要基石，在當前最火熱的人工智能等熱點技術(shù)中都體現(xiàn)著最核心的價值。”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�？磥恚锫�(lián)網(wǎng)和人工智能等應用本身所體現(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步，更得益于體系結(jié)構(gòu)技術(shù)的不斷突破。”他說。
事實上，物聯(lián)網(wǎng)比較重視處理器能耗，如果能夠設計一種很高性能功耗比的處理器，對于物聯(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指導高性能處理器，也可以指導低功耗處理器，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”有可能為未來埋下了伏筆。包云崗介紹稱，此次獲獎的帕特森對計算機產(chǎn)業(yè)還有兩大貢獻。“比如存儲技術(shù)——磁盤冗余技術(shù)RAID，這項技術(shù)也開辟了一個新產(chǎn)業(yè)，今天的存儲市場有500億美元的產(chǎn)值，他在其中扮演了重要的角色。”他說。
專家預測，未來獲獎者或許并非軒尼詩和帕特森本人，但極有可能他們的合作者會因為其技術(shù)研發(fā)摘得“圖靈獎”。
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