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利用記憶體解決方案發展神經網路智慧

Micron Technology | 2018 年 11 月

想像一下最糟糕的情況:地震、颶風、火災、洪水或其他自然災害襲擊了您居住的城市或城鎮。一切都亂套了。人們四處奔逃,一片混亂。你該去哪裡尋找安全的棲身之所? 如何找到你的親人? 或者——救援人員如何找到你?

或者:你是一名急救人員,正處於生死攸關的時刻。建築物搖搖欲墜;你聽到尖叫聲和呼救聲,但能見度極低,無法看到受害者的位置,也不知道如何才能安全地找到他們。當你找到需要幫助的人時,你必須檢查他們的生命體徵,診斷他們的病情,並在其他人呼救時充分利用寶貴的時間。但是,你不可能同時出現在所有地方。

多虧了包括人工智慧(AI)在內的數位技術,您很快就可以擺脫困境。

想像一下,人工智慧的身影出現在這些場景中。你的手機會使用 Pokémon™-Go 式的增強實境疊加技術,帶領你前往最近的避難所,並提醒你沿途採取預防措施,例如在煙霧逼近時捂住口鼻,或在洪水來臨時前往地勢較高的地方。

無人機在空中和水下自由穿梭,在瓦礫堆、燃燒的建築物和其他危險區域進進出出。感測器、紅外裝置、聲納和攝影機提供的資料幫助無人機搜尋受災者。一旦發現受災者,這些智慧型飛行器會向急救人員發出警報,告知被困者或受傷人員的生命體徵和狀況,以及到達他們身邊的最安全路線。

機器人也會在廢墟中穿行,實施急救,甚至營救被困或受傷的人員和動物——抬起和清理沉重的瓦礫、滅火、包紮傷口,並在瞬間做出生死攸關的決定。人類醫療救援人員穿梭於機器人和無人機之間,能夠利用資料和增強實境技術虛擬穿牆透視,並協助處理最困難、最複雜的病例,這些病例需要更多或不同於醫療機器人所能提供的護理。

世界變得更加險惡

自然和人為災害不斷增加。2018 年,僅美國就發生了 14 起自然災害,每起災害造成的損失至少達 10 億美元。根據美國國家海洋和大氣管理局的資料,2017 年的情況更糟,自然災害造成的損失高達 3,060 億美元,是有記錄以來損失最慘重的一年。

隨著全球範圍內災難的破壞性越來越大、越來越普遍,搜救人員、消防員和緊急醫療技術人員(EMT)在履行拯救生命的使命時面臨著巨大的挑戰。幸運的是,數位技術的進步——包括模仿人腦的特殊形式的人工智慧——有望徹底改變緊急應變和緊急醫療護理的速度、效率和效果。

是什麼讓這項令人興奮的技術成為可能? 有趣的是,它與驅動人類思維加工的動力如出一轍:記憶,沒有記憶,我們和我們的機器都無法學習。

模仿人類大腦

要讓神經網路像我們的大腦一樣運作,它們必須能夠快速分析環境,識別上下文線索,並確定最佳行動。這意味著接收資料,透過從一種決策算法到另一種決策算法的轉換來處理資料,然後制定最佳行動方案。

我們的大腦透過神經元來完成這一迴路,神經元是專門用來傳遞資訊的細胞。電訊號通過這些細胞的多層結構,每次都會整理資訊,啟用正確的神經元,以識別物理世界的形狀、模式和特徵,並相應地做出回應。從發現問題——一棟正在燃燒的大樓——到做出反應——跑進大樓或逃離大樓——該過程幾乎瞬時完成,對於訓練有素的急救人員來說,只需要幾毫秒甚至更短的時間。

模仿這種結構,電腦神經網路由節點組成,就像神經元一樣,層層排列:

  • 輸入層負責收集資料
  • 隱藏層負責處理資料
  • 輸出層將處理後的資訊傳輸到外部世界

人工神經網路接收來自攝影機、雷達、鐳射雷達、陀螺儀、加速度計和其他來源的感官資料,經過篩選後將其傳輸到隱藏層(一系列編碼算法)進行分類和分析,然後傳輸到輸出層,由機器做出決定並採取行動。

AI 面臨的挑戰在於如何像人類一樣,盡可能快地(瞬間)做出正確的決定。為了尋獲這一「聖杯」,研究人員正在繪製神經元圖譜,並將他們掌握的有關人類如何處理資訊的知識應用程式到人工神經網路。與此同時,美光正在研發更快、更密集的記憶體技術,以真正的思維速度(甚至更快)進行資料處理。

AI 成為救星

在日益險惡的世界,這些進步為拯救生命和財產帶來巨大希望:

  • 建築物緊急疏散時,電腦神經網路可以為多人選擇最佳逃生路線,根據每個人的獨特位置和能力將其引導到安全地帶。
  • 丹麥哥本哈根一個以神經網路為基礎的 AI 平台可以接聽 911 報警電話,分析報警人說了什麼,並分析他們是如何說的,進而即時檢測出心臟病或中風等危急疾病。據報導,這個稱作 Corti 的平台可以幫助調度員和急救人員更快、更有效地幫助呼叫者。
  • 在美國,NASA 和國防部為消防員開發的 AUDREY——the Assistant for Understanding Data through Reasoning, Extraction and sYnthesis(透過推理、提取和合成理解資料的助手)——可以測量溫度和探測危險,引導消防員和其他救援人員穿過燃燒的建築物,拯救生命。
  • AI 還能提供即時洪水預報,幫助社群和急救人員「更完善地預測洪水的嚴重程度」,使調度員能夠最佳化資源調配。
  • 配備 AI 的無人機正在拯救生命,它們前往人類無法前往或因危險而不應前往的地方以幫助救援人員尋找失蹤人員、評估損失——以及運送物資。
  • 神經網路甚至為整座城市(包括洛杉磯和舊金山)提供災害評估和氣候變化影響分析,其中一個平台在災害發生後 15 分鐘內的預測準確率高達 85%

一場革命即將到來

如果這一切似乎好得令人難以置信——再想一想。神經網路不僅即將徹底改變緊急應變,還將改變日常生活的方方面面。專家們「將 AI 神經網路革命比作世紀之交電力的引入,」

美光雲端部門客戶計畫經理 Gregg Wolf 說。

Micron Technology 資深自訂計畫經理 Gregg Wolff

「AI 就像電力一樣,將徹底改變某些產業(如緊急應變)處理和使用資訊的方式」

在任何緊急情況下,應變時間都是挽救生命的最關鍵因素。在包括 AI 在內的數位技術中,速度取決於記憶體——不僅取決於可用的資料量,還取決於存取這些資料的速度。

神經網路的決策算法需要密集的數學處理和資料分析,這兩方面都需要更快的記憶體和儲存裝置。這種需求在超大規模資料中心的雲端中尤為重要,美光的超頻寬解決方案等記憶體產品在以 GPU 或 FPGA 為基礎的大數據加速和處理中發揮著關鍵作用。美光的 DRAM 和 SSD 產品組合可加快整個資料中心的資料流,進而實現資料的快速移動。

Wolff 說:「流經資料中心的資料量巨大,人類很難定義所有功能和程式碼,然後來回傳遞所有資料。大量資訊可以透過具有高效能硬體的可擴充神經網路流動,讓工作人員以儘可能接近即時的方式從這些資訊中提取價值。」

就像你的大腦會讀取來自手部的訊號,提醒你爐子很熱並讓你把手縮回來一樣,神經網路可以讀取來自攝影機的大量資料點,並準確地指出機器人應該在哪裡移動瓦礫,以協助緊急應變。就可穿戴感測器而言,資料可透過多個來源收集,並在中央資料中心進行關聯處理,進而更好地瞭解整體環境,派遣機器人執行最緊急的任務。

美光記憶體讓一切成為可能

要想加快大腦的思維速度,就必須提高記憶回想能力。有無數的應用程式、數獨練習冊和其他工具可供想要提高反應速度的人使用。

同樣,神經網路的能力也會隨著資料處理效能的提高而增強。美光將效能推向極致,持續研發更快的 DRAMNAND 快閃記憶體超頻寬解決方案。美光的 GDDR6X 等繪圖記憶體是神經網路推理中所使用以 GPU 為基礎的顯示卡的首選技術。然而,更密集的過程是訓練神經網路,這需要儘可能高的系統頻寬,因此美光的 HBM2E 可能是該工作負載的最佳選擇。

Wolff 說:「隨著時間的推移,每個人都在努力尋找合適的硬體足跡,而記憶體是這一過程中非常重要的一環。美光致力於尋找增值解決方案,滿足神經網路訓練和推理部署的高頻寬需求。」

神經網路是未來的趨勢。隨著電腦開始做出更像人類的反應,它們將以高速度和高效率構成我們生活的底層智慧結構。美光將自始至終為這場革命提供動力,幫助這些網路充分發揮作用。

美光的記憶體和儲存解決方案所支援的 AI 將使機器人能夠與急救人員合作,評估威脅生命的情況,並採取行動挽救生命和財產。

當然,這一切都始於神奇的人腦的力量和設計。有句話說得特別對:偉大的頭腦彼此相通。