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朱世强:智能计算,智慧时代的基石

 发布日期:2021-11-22

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“虽然智能计算目前还是一个有争议的概念,但是新事物总是在争议中成长,新概念往往也是在争议中迭代完善的。之江实验室提出关于智能计算的定义和体系架构设想,目的是为了邀请更多的同行者加入,携手开拓智能计算的未来。”

11月16日,在之江实验室智能计算创新论坛上,实验室主任朱世强教授作了题为《智能计算:智慧时代的基石》的主旨报告。什么是智能计算?智能计算的特征、核心和框架是怎样的?之江实验室在智能计算领域取得了哪些科研进展?让我们通过朱世强教授的分享,一同走近智能计算。


朱世强认为,人机物三元融合是现代社会的发展趋势。未来,人类社会将迈入万物数化的智慧时代,这背后需要强大的计算技术支撑。计算技术与人类社会的发展相生相伴,已经逐渐渗透至生产生活的方方面面,可以说计算已经无处不在,只是有时我们没有意识到。

然而计算技术发展到今天,面临多重挑战,比如说计算速度受到冯诺伊曼结构的制约,计算方法面临海量数据挑战,算力供给受能源消耗的制约,计算的使用受到接入方式的限制。因此,之江实验室提出了要发展智能计算,一方面是通过计算形成智能,另一方面是以智能的方式驱动计算,实现计算服务的随需接入、泛在服务、自动适配、精准高效。未来的计算就像通信、电力、水一样,随处可取。

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智能计算不是超级计算、云计算的替代品,也不是现有计算的简单集成品,而是根据任务所需,以最佳方式利用既有计算资源和最恰当的计算方法,解决实际问题的一种计算形态。它既要充分利用现有的各种算力和算法,又要推动形成新的算力和算法。

要实现智能计算的未来愿景,必须让计算回归本义——即为解决实际问题。具体而言,当计算系统接收到一个任务,首先需要对任务进行智能理解和子任务分解,依托强大的知识库、算法库,根据子任务的需求自动配置算法和数据,同时以广域协同计算平台为支撑,自动调度和配置算力资源,实现对任务的快速求解。得到的计算结果经过校验后,准确的计算结果将会输出反馈给使用者。整个过程,使用者无需专业的计算技术技能,即可随时随地使用智能计算服务。朱世强认为,计算服务人类的最佳方式,就应让所有的计算隐藏在背后,让用户无感地得到计算服务。

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其实智能计算已经应用在我们的工作生活当中并在不断地深化。比如通过感知通信计算一体化,提供实时动态的识别、预测、全局化的决策与反馈,在公共交通违章抓拍、救护车智能调度、公共安全事件处理等场景下,智能计算正在全面赋能社会治理,这背后是机器视觉算法、定位规划算法、动态规划算法等一系列计算技术的突破。智能计算在赋能科学研究方面也出现了不少令人兴奋的萌芽型案例,如AlphaFold AI模型精准预测人类98.5%的蛋白质结构;Folding@home三周时间征集40万算力志愿者,依托广域协同创造出全球运算速度最快的超级计算系统,支撑新冠病毒研究;人工智能系统21天从零开始设计出一个全新分子……智能计算将伴随数字化的发展,融入到社会生产、生活、科研、教育等方方面面,成为支撑智慧社会的基础。

作为一个严谨的科学问题,智能计算需要一个定义,虽然这在任何时候都不是一件容易的事情,但之江实验室尝试给出了关于智能计算的“之江定义”:智能计算是支撑万物互联的数字文明时代的新型计算理论方法、构架体系和技术能力的总称。

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而构成智能计算六大要素体系的一是数据和由数据形成的知识库,二是各类算法库,三是强大的算力支撑,四是具备感知和执行能力的终端资源,五是面向用户接口的技术体系,六是实现各类任务和资源的整体调度以确保计算系统顺畅运转的调度引擎。

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智能计算的基础理论体系尚未成熟,但如多元异构信息融合、知识自动生成、基于知识的自学习机理、广域协同的算力资源配置、非结构化场景下的问题求解机理、生物计算机与复制等基础理论正在成为智能计算的核心理论萌芽。在基础理论之上,还需要人工智能的基础算法、面向专业领域的算法,以及科学计算算法来进一步支撑和充实智能计算的理论体系。

要形成智能计算的“四梁八柱”,架构体系尤为重要,实验室还需要研究混合计算、协同计算、异构集成计算、可信计算等新的计算架构,构筑起从理论到实际,从算法到应用的桥梁。

有了理论基础和架构体系的同时,还需要构建智能计算技术能力。为此,之江实验室围绕着任务发起、任务分解与求解、资源调度以及任务执行四个环节,针对性地去推动智能的人机协同,任务驱动的自动求解,高效资源调度和多维算力协同等核心能力的形成,并同步打造实时透明的数字孪生,动态软硬件重构等技术能力配套。

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为在智能计算领域寻求创新突破,之江实验室已经围绕智能计算的基础理论、硬件能力架构体系、重大平台、重大应用以及智能计算标准体系建设,布局了一系列的重大科研和工程任务。其中,智能计算数字反应堆是之江实验室重点打造的大科学装置,它以智能计算的算力设施与智能平台为底座,以数据、算法、模型与知识为基础,在智能化数字反应引擎驱动下,为不同计算任务调度最优计算资源,适配最佳计算方法,形成最优结果,为我国科学研究、经济社会发展提供新方法、新工具、新手段,推动科研范式变革。

目前,实验室依托数字反应堆资源,联合国家天文台、中国水稻研究所、上海大学等创新机构,面向材料、天文、制药、育种、基因等国家重大战略领域启动了一批重点攻关项目。未来,智能计算数字反应堆还将不断地迭代升级,面向更多的科学前沿和战略应用领域提供服务。

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为了推进智能计算理论体系的建设,之江实验室与Science合作创办了一本国际学术期刊:科学伙伴期刊《智能计算》,为全球从事智能计算研究的科学家们搭建一个开放交流和合作的平台;经过几个月的努力,实验室还编写了一本《智能计算白皮书》对智能计算进行解读和讨论。之江实验室期待与志同道合者合作,开创计算技术创新发展的新阶段,携手迈向智能计算新时代,为创建智慧社会提供坚实支撑。

 

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《智能计算:智慧时代的基石》白皮书.pdf