Caffe 作者賈揚(yáng)清：我們應(yīng)該跳出框架的桎梏，往更廣泛的領(lǐng)域?qū)ふ覂r(jià)值

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作為 AI 大神，賈揚(yáng)清讓人印象深刻的可能是他寫(xiě)的 AI 框架 Caffe，那已經(jīng)是六年前的事了。經(jīng)過(guò)多年的沉淀，成為「阿里新人」的他，對(duì)人工智能又有何看法？最近，賈揚(yáng)清在阿里內(nèi)部分享了他的思考與洞察，歡迎共同探討、交流。

賈揚(yáng)清，浙江上虞人，畢業(yè)于清華大學(xué)自動(dòng)化系，在加州大學(xué) Berkeley 分校獲得計(jì)算機(jī)博士學(xué)位，目前擔(dān)任阿里計(jì)算平臺(tái)掌門(mén)人。

最近幾年深度學(xué)習(xí)的流行，大家一般認(rèn)為是從 2012 年 AlexNet 在圖像識(shí)別領(lǐng)域的成功作為一個(gè)里程碑。AlexNet 提升了整個(gè)業(yè)界對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)的接受程度：以前很多機(jī)器學(xué)習(xí)算法都處在「差不多能做 demo」的程度，但是 AlexNet 的效果跨過(guò)了很多應(yīng)用的門(mén)檻，造成了應(yīng)用領(lǐng)域井噴式的興趣。

當(dāng)然，任何事情都不是一蹴而就的，在 2012 年以前，很多成功的因素已經(jīng)開(kāi)始逐漸顯現(xiàn)：2009 年的 ImageNet 數(shù)據(jù)庫(kù)奠定了大量標(biāo)注數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)；2010 年開(kāi)始，IDSIA 的 Dan Ciresan 首次用 GPGPU 進(jìn)行物體識(shí)別；2011 年，北京的 ICDAR 大會(huì)上，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在中文離線識(shí)別上大放異彩。就算是 AlexNet 中用到的 ReLU 層，早在 2001 年神經(jīng)科學(xué)的文獻(xiàn)中就有提及過(guò)。所以，一定程度上說(shuō)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的成功也是一個(gè)水到渠成的過(guò)程。2012 年以后的事情，大家可以讀到很多，這里就不再贅述。

成功與局限

在看待神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)成功的同時(shí)，我們也要進(jìn)一步深挖其背后的理論背景和工程背景，為什么神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和深度學(xué)習(xí)在幾十年前失敗，但是現(xiàn)在卻成功了？它成功的原因是什么？而它的局限又在什么地方？我們這里只能片面地說(shuō)幾個(gè)重點(diǎn)：

• 成功的原因，一點(diǎn)是大數(shù)據(jù)，一點(diǎn)是高性能計(jì)算。

• 局限的原因，一點(diǎn)是結(jié)構(gòu)化的理解，一點(diǎn)是小數(shù)據(jù)上的有效學(xué)習(xí)算法。

大量的數(shù)據(jù)，比如說(shuō)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的興起，以及 AWS 這樣低成本獲得標(biāo)注數(shù)據(jù)的平臺(tái)，使機(jī)器學(xué)習(xí)算法得以打破數(shù)據(jù)的限制；由于 GPGPU 等高性能運(yùn)算的興起，又使得我們可以在可以控制的時(shí)間內(nèi)（以天為單位甚至更短）進(jìn)行 exaflop 級(jí)別的計(jì)算，從而使得訓(xùn)練復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)變得可能。要注意的是，高性能計(jì)算并不僅限于 GPU ，在 CPU 上的大量向量化計(jì)算，分布式計(jì)算中的 MPI 抽象，這些都和 60 年代就開(kāi)始興起的 HPC 領(lǐng)域的研究成果密不可分。

但是，我們也要看到深度學(xué)習(xí)的局限性。今天，很多深度學(xué)習(xí)的算法還是在感知這個(gè)層面上形成了突破，可以從語(yǔ)音、圖像，這些非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)中進(jìn)行識(shí)別的工作。在面對(duì)更加結(jié)構(gòu)化的問(wèn)題的時(shí)候，簡(jiǎn)單地套用深度學(xué)習(xí)算法可能并不能達(dá)到很好的效果。有的同學(xué)可能會(huì)問(wèn)為什么 AlphaGo 和 Starcraft 這樣的算法可以成功， 一方面，深度學(xué)習(xí)解決了感知的問(wèn)題，另一方面，我們也要看到還有很多傳統(tǒng)的非深度學(xué)習(xí)算法，比如說(shuō) Q-learning 和其他增強(qiáng)學(xué)習(xí)的算法，一起支撐起了整個(gè)系統(tǒng)。而且，在數(shù)據(jù)量非常小的時(shí)候，深度學(xué)習(xí)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)往往無(wú)法取得很好的效果，但是很多領(lǐng)域，特別是類(lèi)似醫(yī)療這樣的領(lǐng)域，數(shù)據(jù)是非常難獲得的，這可能是接下去的一個(gè)很有意義的科研方向。

接下去，深度學(xué)習(xí)或者更廣泛地說(shuō)，AI 這個(gè)方向會(huì)怎么走？我個(gè)人的感覺(jué)，雖然大家前幾年一直關(guān)注 AI 框架，但是近年來(lái)框架的同質(zhì)化說(shuō)明了它不再是一個(gè)需要花大精力解決的問(wèn)題，TensorFlow 這樣的框架在工業(yè)界的廣泛應(yīng)用，以及各種框架利用 Python 在建模領(lǐng)域的優(yōu)秀表現(xiàn)，已經(jīng)可以幫助我們解決很多以前需要自己編程實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題，因此，作為 AI 工程師，我們應(yīng)該跳出框架的桎梏，往更廣泛的領(lǐng)域?qū)ふ覂r(jià)值。

挑戰(zhàn)

往上走，我們會(huì)遇到產(chǎn)品和科研的很多新挑戰(zhàn)，比如說(shuō)：

• 傳統(tǒng)的深度學(xué)習(xí)應(yīng)用，比如說(shuō)語(yǔ)音、圖像等等，應(yīng)該如何輸出產(chǎn)品和價(jià)值？比如說(shuō)，計(jì)算機(jī)視覺(jué)現(xiàn)在基本還是停留在安防這個(gè)層面上，如何深入到醫(yī)療、傳統(tǒng)工業(yè)，甚至社會(huì)關(guān)愛(ài)（如何幫助盲人看見(jiàn)這個(gè)世界？），這些領(lǐng)域是不僅需要技術(shù)，還需要產(chǎn)品的思考的。

• 除了語(yǔ)音和圖像之外，如何解決更多問(wèn)題。在阿里和很多互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)中有一個(gè)「沉默的大多數(shù)」的應(yīng)用，就是推薦系統(tǒng)：它常常占據(jù)了超過(guò) 80% 甚至 90% 的機(jī)器學(xué)習(xí)算力，如何將深度學(xué)習(xí)和傳統(tǒng)推薦系統(tǒng)進(jìn)一步整合，如何尋找新的模型，如何對(duì)搜索和推薦的效果建模，這些可能沒(méi)有像語(yǔ)音和圖像那么為人所知，卻是公司不可缺少的技能。

• 即使在科研方向，我們的挑戰(zhàn)也剛剛開(kāi)始：Berkeley 的教授 Jitendra Malik 曾經(jīng)說(shuō)，「我們以前是手工調(diào)算法，現(xiàn)在是手工調(diào)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，如果囿于這種模式，那人工智能無(wú)法進(jìn)步」。如何走出手工調(diào)參的老路，用智能提升智能，是個(gè)非常有意思的問(wèn)題。最開(kāi)始的 AutoML 系統(tǒng)依然停留在用大量算力暴力搜索模型結(jié)構(gòu)的層面上，但是現(xiàn)在各種更高效的 AutoML 技術(shù)開(kāi)始產(chǎn)生，這是值得關(guān)注的。

機(jī)會(huì)

往下走，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的系統(tǒng)、體系結(jié)構(gòu)等知識(shí)，計(jì)算機(jī)軟件工程的實(shí)踐，會(huì)給 AI 帶來(lái)很多新的機(jī)會(huì)，比如說(shuō)：

• 傳統(tǒng)的 AI 框架都是手寫(xiě)高性能代碼，但是模型如此多變，新的硬件平臺(tái)層出不窮，我們應(yīng)該如何進(jìn)一步提升軟件效率？我們已經(jīng)看到有通過(guò)編譯器技術(shù)和傳統(tǒng)的人工智能搜索方法來(lái)反過(guò)來(lái)優(yōu)化 AI 框架，比如 Google 的 XLA 和華盛頓大學(xué)的 TVM，這些項(xiàng)目雖然處于早期，但是已經(jīng)展現(xiàn)出它們的潛力。

• 平臺(tái)如何提升整合能力。在開(kāi)源領(lǐng)域，大家的做法是一個(gè)人，一臺(tái)機(jī)器，幾個(gè) GPU，訓(xùn)練比較學(xué)院派的模型。但是在大規(guī)模應(yīng)用中，我們的數(shù)據(jù)量非常大，模型非常復(fù)雜，集群還會(huì)出現(xiàn)各種調(diào)度的挑戰(zhàn)（能不能一下子就要求 256 個(gè) GPU？計(jì)算資源是否可以彈性調(diào)度？），這些對(duì)于我們自己的機(jī)器學(xué)習(xí)平臺(tái)，以及云上向客戶(hù)提供的服務(wù)，都提出了非常多的挑戰(zhàn)。

• 如何進(jìn)行軟硬件的協(xié)同設(shè)計(jì)。在深度學(xué)習(xí)的計(jì)算模式開(kāi)始逐漸固化的時(shí)候（比如說(shuō) CNN），新硬件和特殊硬件（比如 ASIC）的優(yōu)勢(shì)就開(kāi)始體現(xiàn)出來(lái)了。如何實(shí)現(xiàn)軟硬件的協(xié)同設(shè)計(jì)，防止「硬件出來(lái)了，不知道怎么寫(xiě)程序」或者「模型已經(jīng)變了，硬件一出來(lái)就過(guò)時(shí)了」這樣的問(wèn)題，會(huì)是將來(lái)幾年中很大的方向。

人工智能是一個(gè)日新月異的領(lǐng)域，我們有一個(gè)笑話說(shuō)，2012 年的科研成果，現(xiàn)在說(shuō)起來(lái)都已經(jīng)是上古時(shí)代的故事了?？焖俚牡鷰?lái)的大量機(jī)遇和挑戰(zhàn)是非常令人興奮的，無(wú)論是有經(jīng)驗(yàn)的研究者還是新學(xué) AI 的工程師，在當(dāng)今云化，智能化的年代，如果能快速學(xué)習(xí)并刷新算法和工程的各種挑戰(zhàn)，就可以通過(guò)算法創(chuàng)新引領(lǐng)并且賦能社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域。這方面，人工智能領(lǐng)域開(kāi)源開(kāi)放的各種代碼，科研文章和平臺(tái)給大家創(chuàng)造了比以前更容易的入門(mén)門(mén)檻，機(jī)遇都掌握在我們自己手中。

（完）

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