DARPA 最新計劃 L2M:研發超越圖靈模型和諾依曼架構的新型計算機

2021-01-15 機器之心Pro

選自CIO作者:Agam Shah機器之心編譯參與:黃小天

DARPA 認為,計算機應該做的不僅是計算,還有像人一樣學習。

美國國防部高級研究計劃局(DARPA)的想法常常讓人感到瘋狂。最近這次也不例外,它要創建一臺可以像人一樣自學習和自適應的計算機。

然而,這個想法並非不著邊際。實際上手機、計算機和小配件早已具有了智能特徵,比如蘋果的 Siri、微軟的 Cortana 和亞馬遜的 Alexa。

但是,只有在信息被預編進系統的前提下,上述設備才能進行學習並得出結論。現有的機器學習技術並不允許計算機在黑箱之外思考,也就是說,計算機不能根據外在情況和環境進行動態思考。

這次 DARPA 新項目的目標是創建一臺可以像生物體一樣思考並能像人一樣持續學習的計算機,通過把之前未預料的問題考慮在內和動態的適應能力,計算機可以更好地做決策。

這樣的計算機就像兒童一般起初學習很慢,但隨著系統越發成熟,經驗越來越多,學習模型也變得越發靈活。如果這個想法行得通,計算機將能夠像人一樣根據具體情景推斷更多的答案。

「DARPA 將這一想法恰當地命名為終身學習機器(L2M)計劃,它有著雄心勃勃的目標:在這一領域內為在線學習的新人工智慧系統創造新技術,從而可使其周遭事物中學習,而無需由於新條件而被迫下線以重新編程或訓練。」根據一份周四公布的詳細介紹該計劃的文件所言。

DARPA L2M 計劃的經理 Hava Siegelmann 說:「打造一臺依據經驗做出決策的自適應計算機一直是一個長期目標。」

具有神經科學背景的 Siegelmann 說:「這是由於自博學的艾倫·圖靈在上世紀 30 年代開發了最早的計算機器以來,計算機就運行在事先編寫好的、當其被執行時而毫無應變能力的程序上直到今天。」

對於 DARPA 來說,這樣一個系統有很多優勢,尤其是在更安全的自動駕駛領域。它在網絡安全、計算機遊戲和健康記錄自動化方面也同樣有幫助。

賦予計算機生物智能需要開發新的計算機架構和機器學習技術。現在的計算機沒有自適應能力,並且在試圖解決問題時不能把每一次可能的計算考慮在內。

這就是為什麼大家對量子計算機(其計算能力將顯著超越今天的計算機)很興奮。但是在試圖發現答案時,計算機依然不能像生物體一樣學會適應不同的情況。

DARPA 的另一個目標是創建新的計算機架構,一個也許可以打破依賴於馮·諾依曼架構的現有模型的設計。馮·諾依曼架構已被多次挑戰,但今天的計算機依然在使用著它。

L2M 計劃也同樣涉及到構建新的機器學習模型。基於 TensorFlow、Theano 和 Caffe 的現有模型可以適應於高性能的計算機、GPU 甚至拇指電腦。像谷歌這樣的公司已經發明了更小的機器學習模型,並帶有針對安卓穿戴設備 2.0 的搜尋引擎。

雖然很多項目常無果而終,但 DARPA 也成功發明了網際網路、GPS、計算機滑鼠、新型的腦啟發計算機、智能傳感器、新晶片材料,推動了技術進步。

相關焦點

  • 馮.諾依曼架構在新人工智慧時代的進化
    說起馮·諾依曼架構,就不得不說起圖靈機(Turing Machine),圖靈機是英國數學家阿蘭·圖靈(Alan Turing)於1936年提出的抽象計算模型,圖靈機是一臺存在於大腦中的計算機,擁有一個無限長的磁帶,根據輸入和一個狀態遷移表確定下一步動作。
  • 人工智慧的突破需要顛覆圖靈機嗎?
    阿蘭·圖靈堅稱人腦和現代計算機有著相同的計算模型,即「圖靈機」。然而,約翰·馮·諾依曼認為大腦在本質上不同於現代計算機的體系結構,即「馮·諾依曼架構」。如果他們不可能都正確呢?自現代計算機出現以來,腦科學的目標就是理解大腦作為計算機是如何工作的,而人工智慧的目標是建造出像大腦一樣的計算機。但是,現代計算機的兩位奠基者卻在「大腦在本質上是不是現代計算機」這一議題上存在著分歧:阿蘭·圖靈堅稱大腦和現代計算機有著相同的計算模型,即「圖靈機」,然而,約翰·馮·諾依曼認為大腦在本質上不同於現代計算機的體系結構,即「馮·諾依曼架構」。
  • 中國科學家研製出新型可擴展光子計算機
    2月2日,記者從上海交通大學集成量子信息技術研究中心獲悉,該中心金賢敏團隊研製出一種結合集成晶片、光子概念和非馮諾依曼計算架構的光子計算機,新計算機不僅在解決某些難題方面擁有超越經典電子計算機的潛力,且物理尺度可擴展。該研究提供了超越經典計算機計算能力新思路,預示光子計算機未來可期。
  • 我科學家研製出新型可擴展光子計算機
    2月2日,記者從上海交通大學集成量子信息技術研究中心獲悉,該中心金賢敏團隊研製出一種結合集成晶片、光子概念和非馮諾依曼計算架構的光子計算機,新計算機不僅在解決某些難題方面擁有超越經典電子計算機的潛力,且物理尺度可擴展。
  • 馮·諾依曼逝世60周年:他做了無數一流的工作,包括奠定了計算機...
    今天是馮·諾依曼逝世60周年的日子。馮·諾依曼在數學、理論物理和邏輯領域貢獻良多,也影響、改變了許多人,比如圖靈、納什。今天我們熱烈討論的AlphaGo、人工智慧,與馮·諾依曼同樣分不開。馮·諾依曼在計算機工程的開創性工作是計算機產業的基礎,所有的人都在受益。馮·諾依曼生於1903年12月28日,逝於1957年2月8日。
  • 中國發明人腦計算機來了,超越美國。
    然而計算機的發展,在當時選擇了以數值計算見長的馮·諾依曼架構,也就是以數字加減乘除的方式來進行信息架構。隨著摩爾定理逐漸失效,馮·諾依曼架構帶來的局限日益明顯,存儲牆、功耗牆、智能提升等問題,讓當前計算機發展面臨重大挑戰。比如,存儲牆問題是由於現有的馮·諾依曼架構中數據儲存和計算的分離產生的,「這就好比信息存儲在甲地,要計算的時候就把信息搬到乙地去,計算好了再搬回甲地去。
  • 清華大學研發類腦計算機 首提新概念突破圖靈與馮諾依曼體系
    ,目前,清華正在開發第三代「天機芯」以及新型類腦計算機.   與通用計算機的「圖靈完備性」概念與「馮諾依曼」體系結構相對應,本次研究首次提出「類腦計算完備性」以及軟硬體去耦合的類腦計算系統層次結構,通過理論論證與原型實驗證明該類系統的硬體完備性與編譯可行性,並擴展了類腦計算系統應用範圍使之能支持通用計算.本次研究成果填補了完備性理論與相應系統層次結構方面的空白,利於自主掌握新型計算機系統核心技術.
  • 首提新概念,突破圖靈與馮諾依曼體系!清華研發類腦計算機
    這是一年多來,清華在類腦計算領域繼「天機芯」和「多陣列憶阻器存算一體系統」之後於《自然》正刊發表的第三篇成果,也是計算機系以第一完成單位發表的首篇《自然》論文,目前,清華正在開發第三代「天機芯」以及新型類腦計算機。近年來,類腦計算研究受到了越來越多的關注。類腦計算,是借鑑生物神經系統信息處理模式和結構的計算理論、體系結構、晶片設計以及應用模型與算法的總稱。
  • 現在計算機之父——馮諾依·曼
    又有誰會知道那趟巧合的火車極大地推動了計算機的發展,美國彈道實驗室的軍方負責人戈爾斯坦與諾依曼恰好在火車的候車廳碰到,戈爾斯坦就把ENIAC計劃的相關情況告訴了諾依曼,而有著遠見卓識的諾依曼被這研製計劃深深吸引,他仿佛看到了未來。此外,最早賞識圖靈的人是馮諾依曼,他給了圖靈留在普林斯頓工作的機會,不過圖靈還是選擇了回到英國。
  • 馮·諾依曼辭世60周年紀念
    他同輩的朋友和晚一輩的同行都認為他是當時最聰明的人。他1930年先知先覺地加入普林斯頓大學任教,1933年再加入普林斯頓高等研究院作為創始數學家之一。二戰期間他為曼哈頓計劃工作。二戰結束後,他的大部分精力都花在電子計算機項目。
  • 我國科學家研發全球神經元規模最大的類腦計算機
    近年來,浙江大學聚焦人類智能與機器智能等核心領域,實施了簡稱為「雙腦計劃」的腦科學與人工智慧會聚研究計劃,希望借鑑大腦結構模型和功能機制,將腦科學的前沿成果應用到人工智慧等研究領域,建立引領未來的新型計算機體系架構。
  • 烏鎮智庫尼克:紀念馮·諾依曼辭世60周年
    馮·諾依曼在數學、理論物理和邏輯領域都做出了很多貢獻。他同輩的朋友和晚一輩的同行都認為他是當時最聰明的人。他1930年先知先覺地加入普林斯頓大學任教,1933年再加入普林斯頓高等研究院作為創始數學家之一。二戰期間他為曼哈頓計劃工作。二戰結束後,他的大部分精力都花在電子計算機項目。
  • 我國科學家研發全球神經元規模最大的類腦計算機,「腦容量...
    近年來,浙江大學聚焦人類智能與機器智能等核心領域,實施了簡稱為「雙腦計劃」的腦科學與人工智慧會聚研究計劃,希望借鑑大腦結構模型和功能機制,將腦科學的前沿成果應用到人工智慧等研究領域,建立引領未來的新型計算機體系架構。
  • 從萊布尼茨到馮諾依曼
    可問題是,他的二進位算術與當代計算機沒有絲毫關係。現代計算機用的的布爾代數,而非萊布尼茨的二進位算術。那麼萊布尼茨的二進算術究竟是幹什麼用的?來看一下羅斯寫的《萊布尼茨》,他說萊布尼茨的二進位:「……「最重大的意義還是形上學方面的……是神學方面的……」布爾是英國人,由於萊布尼茨和牛頓在微積分優先權的爭鬥上,歐陸數學家對英倫數學家的工作嗤之以鼻。
  • 我國研發全球神經元規模最大的類腦計算機,「腦容量」堪比小鼠
    近年來,浙江大學聚焦人類智能與機器智能等核心領域,實施了簡稱為「雙腦計劃」的腦科學與人工智慧會聚研究計劃,希望借鑑大腦結構模型和功能機制,將腦科學的前沿成果應用到人工智慧等研究領域,建立引領未來的新型計算機體系架構。
  • 《非馮諾依曼網絡計算體系》高端理論專著隆重預發布
    清華大學校長邱勇在今年的清華大學109年校慶致辭中明確提到,清華正以自強不息的精神全力突破馮諾依曼架構下的算力瓶頸,並且將勇往直前,投入更多精力和資源研究非馮諾依曼體系架構。今年年初,阿里達摩院發布了《2020十大科技趨勢》,將"計算存儲一體化突破AI算力瓶頸"列為重大趨勢之一。今年,科技部表示要進一步加大前沿技術研發和關鍵核心技術的攻關支持力度,先進計算、核心軟體、寬帶通信等均在支持之列。
  • 馮·諾依曼與計算機的發展
    說到計算機的發展,就不能不提到美籍科學家馮·諾依曼。馮·諾依曼早期以算子理論、共振論、量子理論、集合論等方面的研究聞名,他開創了馮·諾依曼代數。他為研製電子數字計算機提供了基礎性的方案。1944年,馮·諾依曼與摩根斯特恩合著《博弈論與經濟行為》,這部著作是博弈論學科的奠基性書籍。晚年,馮·諾依曼研究自動機理論,著有對人腦和計算機系統進行精確分析的著作《計算機與人腦》。作為二十世紀最偉大的數學家之一,馮·諾依曼被後人稱為「計算機之父」。20世紀初,物理學家和電子學家關於數值計算的機器應該採用什麼樣的結構而爭論不休。這個問題被爭論了多年,但一直沒有得到解答。
  • 計算機的歷史——計算機之父 轉字 小黑盒
    說起計算機之父,那就眾說紛紜了,當前我們一般稱馮·諾依曼為計算機之父,嚴格來講他是現代計算機之父,能背負計算機之父名號的人還有好幾個,其中大家最熟悉可能是圖靈了,此外巴貝奇和約翰·阿坦納索夫也在某種程度上被認為是計算機之父。這一期的主題就是講述這四位計算機之父對計算機發展的貢獻。
  • 分布式架構概述
    分布式架構是一個非常複雜的體系,任何技術都不是孤立的存在,任何技術都無法適應所有場景。作為一名分布式系統架構或者資深研發人員,我們必須儘可能多的學習與之相關的各種知識,掌握各種技術的演進路線,正式從一名碼農蛻變成為架構師什麼是分布式?網際網路應用的特點是:高並發,海量數據。
  • 淺談現代計算機、人工智慧之父艾倫·圖靈的坎坷一生
    他是天才的數學家和計算機理論專家,24歲提出圖靈機理論,31歲參與 COLOSSUS的研製,33歲設想仿真系統,35歲提出自動程序設計概念,38歲設計「圖靈測驗」。這一朵朵靈感浪花無不閃耀著他在計算機發展史上的預見性。特別是在60年代後當然,圖靈最高的成就還是在電腦和人工智慧方面,他是這一領域開天闢地的大師。為表彰他的貢獻,專門設有一個一年一度的「圖靈獎」,頒發給最優秀的電腦科學家。