深度解读人工智能过去60年沉浮史，未来60年将彻底改变人类【万字长文】

　　AI对于传统计算架构的挑战

　　到底发生什么事情呢？原来，用Hadoop进行并行计算的时候，其原理为把计算任务分解为若干子任务，然后在不同机器上运行不同的子任务，当每一个子任务都完成后再通过所有子任务之间的一次握手通信，宣告这次并行计算的结束。

　　Hadoop起源于1945年的冯·诺依曼架构，该架构也是现代计算机的原型，包括中央处理器、记忆存储器、输入和输出等，通过硬件和软件实现简洁的桥接，而不用对每个晶体管和电子管做局部编程。在20世纪60年代就已经有人看到冯·诺依曼的局限，当有更大的任务或者速度有更高要求，需要让很多台机器一起执行同一个任务，于是就有了早期的并行计算系统。

　　后来，莱斯利·兰伯特（LeslieLamport）创造了BSP桥接模型（1980~1990s），通过简单抽象把计算和通信分成了两个不重合的项，每个项只完成各自的计算或通信任务。Hadoop(2000s)就是这一思路的优秀代表，它可以用不同的机器以并行方式执行子任务，子任务完成后再通过握手通信完成计算。

　　Hadoop是当前流行的并行计算架构

　　Hadoop现在已经成为主流的运算平台，对传统计算程序像数据库、统计数据归纳等都相当有效。BSP桥接模型的一个最近突破就是Spark（2010s），它与Hadoop的区别在于，Hadoop用硬盘作为存储单元而Spark用内存作为存储单元，但二者的通信原理是一样的。

　　于是，在Hadoop机制下，整个并行计算的瓶颈出现在机群里最慢的那台机器。而在实际情况中，总会出现最慢的一台机器。因为整个机群是共享计算资源，同期还有其它计算任务跑在机器上争抢计算资源，此外甚至机房的温度不均匀也会影响机器的速度。

　　装了Hadoop的千台机器很好地支持Facebook当时其他的业务，包括搜索业务和存储业务。为什么到了人工智能业务就不行了呢？原因是人工智能计算有它的独特性，人工智能是迭代式反复读取数据和刷新模型的方式，与传统计算模式有很大的不同，这是人工智能发展遇到的又一瓶颈。

　　从人工智能角度来讲，需要完成大型的计算任务，光有好的数学模型或算法还不够，还需要强力计算引擎支持，而且这个计算引擎跟原来的不一样。这就是当时邢波在Facebook机群上运行人工智能程序，每一次迭代接近结束进入下一个迭代时，总会出现已经完成99%还有1%的计算没有完成并且拖延一个星期的情况。

　　新的AI计算引擎

　　人工智能采用了渐进迭代方式，迭代速度和迭代效率与数学方程难度有关。在大数据和复杂任务情况下，每一次计算中心都要把大数据遍历刷一遍，1000次迭代就要刷1000遍。如果深度学习模型有几十亿参数，意味着每次迭代都要把所有参数刷新一遍。而当数据和模型同时放大时，这个任务就变得无比困难。

　　传统计算架构下的BSP通信协议，就是先计算再通信、再计算再通信，这是实现计算一致性基本保障之一。理论上假设这样的代价为零，但在工程实际系统中这并不是一个零代价的工程，各种问题使得机群不同步，要花很多时间等待计算的一致性。

　　邢波通过自己在Facebook的经历，发现人工智能运算和传统计算非常不一样，传统计算由指令集构成，执行指令目的就是执行程序，执行的过程中不能出错。这是传统执行计算任务经典特征，所有操作系统都是围绕着这个目的来优化，包括容错性和通信有效性等。

　　人工智能算法就像爬山，中间可以出错，只要能到达山顶。

　　人工智能的运算也是由指令集构成，但执行指令集的执行只是一个过程而不是目的，目的是优化算法。就像爬山一样，目的是爬到山顶。传统计算体系是严格设定登山路线，一步也不能出错，但人工智能则可以在中间出错，只要能到山顶。

　　2012年，邢波及其同事设计了一种新的参数服务器模型，这个框架下的核心概念，就是人工智能的计算任务不再像传统计算任务那样以精准性为前提，而是像执行救火任务的机群那样，其任务为“灭火”，至于如何达到火场只是一个手段。而且“扑火机群”还需要以机群为整体给上级一个简单的指挥界面，具体飞行细节则由飞行员们自行协调，这是人工智能的新观点。

　　基于这样一个目标，邢波及其同事开发了新的桥接模型——SSP有限异步模型。在有限异步模型下，运行机器服从中央指挥，但每个“战队”都有局限性自由度，总体目的是打赢仗。传统并行计算，需要很精准的协调；而完全异步模型下，每个机器各自为政，大部分不能协调实现共同目标。于是，邢波选择了第三条路线：有限异步模型。

　　邢波用有限异步桥接原理去构建参数服务器的编程界面，是一个分享内存的大规模编程界面，程序运行速度和精度都有了巨大的提升。而且这个系统并不是为某一个特定人工智能计算而设计的，更是一个公用的计算平台模型，在设计时考虑了整个人工智能程序的普遍共性。这个系统也有非常灵活的容错及通讯管理机制，最后的结果就是系统功效的巨大提升。

　　2013年，邢波研究小组取得了另一个突破。当训练巨大模型的时候，需要把模型分解到不同机器上，每个机器上完成一个子任务，子任务间必须有效通信，才能保证整体任务不失败。于是就设计了一个动态调度器Strads，其原理像拉小提琴十个手指一样，虽然很快速且每个手指执行异步异时的动作，但最终是为了同一首小提琴曲。

　　最后结果不仅可以保障大型模型程序在很细颗粒度下的正确性，有时候还能实现令人吃惊的加速收敛曲线效果，这是传统的完全同步运行程序无法达到的结果。

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