Columna CCCF|Curso de Sistema de Computación Inteligente-Sistema para Especialización en Inteligencia Artificial
Palabras clave: Sistema de Computación Inteligente Curso Profesional de Inteligencia Artificial
Nota del editor: Hace cinco años, el autor de este artículo, Chen, fue invitado a publicar un artículo en una columna titulada "Artificial Inteligencia para investigadores de arquitectura" El artículo "Dream of Intelligence" 1 presentó públicamente por primera vez su viaje desde los procesadores de uso general hasta los procesadores de aprendizaje profundo (ese artículo se incluyó más tarde en "Artículos excelentes seleccionados"). Después de cinco años de arduo trabajo, Chen ha realizado contribuciones reconocidas internacionalmente en la dirección de los procesadores de aprendizaje profundo: sus artículos académicos han sido citados en más de una cuarta parte de 18 artículos en las principales conferencias y sus resultados técnicos se han aplicado en casi 18 países. como Huawei, Sugon y Alibaba mil millones de teléfonos inteligentes y servidores. Por lo tanto, la revista Science lo evaluó como "pionero" y "líder" de los chips inteligentes. Ahora que los procesadores de aprendizaje profundo se han convertido en un tema candente en el mundo académico y la industria, Chen ha dado un nuevo giro y ha avanzado hacia una nueva etapa en la enseñanza de cursos sobre sistemas de inteligencia artificial. Este artículo compartirá contigo su viaje hacia esta nueva etapa.
Cursos de sistemas informáticos inteligentes abiertos
Soy un joven investigador del Instituto de Tecnología Informática de la Academia de Ciencias de China y me dedico principalmente a la investigación básica en la intersección de la estructura de los sistemas informáticos y lo artificial. inteligencia. Cuando vea el título de este artículo y la afiliación del autor, es posible que se sienta un poco extraño: ¿Qué tiene que ver el autor con el curso profesional de inteligencia artificial? Dado que, en el sentido tradicional, la enseñanza es responsabilidad de los profesores universitarios, los empleados de la Academia de Ciencias de China no están obligados a asistir a clases a menos que se desempeñen voluntariamente como profesores post-profesores en la Academia de Ciencias de la Universidad de China (HKUST).
La razón principal que me impulsa a pensar activamente en el diseño de cursos para carreras de inteligencia artificial es un fenómeno bien conocido: cuanto más se investiga sobre las capas superiores de la inteligencia artificial (capa de algoritmo y capa de aplicación , consulte la Figura 1), cuanto más aprenden los investigadores chinos sobre el mundo, cuanto mayor es la contribución; cuanto menor es el nivel (nivel del sistema y nivel de chip), menor es la contribución de los investigadores científicos chinos. En varias competiciones de ImageNet, los modelos de algoritmos de muchas instituciones nacionales han mostrado una tendencia a "dominar la lista", que se puede decir que representa el nivel líder mundial. Pero la mayoría de estos modelos de algoritmos se desarrollan en base al lenguaje de programación CUDA 2, el marco de programación Tensorflow y la GPU. Entre estas "tecnologías duras" de bajo nivel, los investigadores chinos han hecho relativamente poca contribución al mundo. La falta de capacidades de investigación subyacentes no sólo obstaculizará la investigación básica de mi país sobre inteligencia artificial, sino que, lo que es más importante, hará que la industria inteligente de mi país sea un castillo en el aire y se embarcará en el viejo camino de que la industria de la información esté restringida por chips centrales y sistemas operativos.
Figura 1 Nivel general de investigación en inteligencia artificial
Hay muchas razones para la insuficiente capacidad de investigación básica de China en inteligencia artificial. Creo que la razón más fundamental es la insuficiente educación y formación de talentos. en esta área. Sin suelo fértil, ningún árbol imponente puede crecer. Sin estudiantes especializados en inteligencia artificial con pensamiento sistémico, sería difícil para China producir maestros en sistemas informáticos inteligentes como Jeff Dean, y sería imposible producir productos de sistemas inteligentes internacionalmente competitivos. Por lo tanto, debemos tomar la iniciativa para cambiar el status quo en el cultivo de estudiantes de inteligencia artificial.
En 2018, 35 universidades de todo el país ofrecieron carreras de pregrado en inteligencia artificial. Esta es una gran oportunidad para repensar y ordenar el sistema de formación en inteligencia artificial. Hasta donde yo sé, al considerar el sistema curricular de inteligencia artificial, la mayoría de los colegios y universidades adoptan las ideas de enseñanza de algoritmo puro y aplicación pura. Los estudiantes formados de esta manera todavía prefieren el desarrollo de aplicaciones de nivel superior y carecen de una comprensión integral de los sistemas informáticos inteligentes.
De hecho, hay muchas personas con conocimientos en los colegios y universidades. En el diseño del plan de estudios, eludir los cursos del sistema a menudo presenta tres dificultades objetivas: primero, no hay muchos cursos nacionales de sistemas de inteligencia artificial como referencia; , los cursos nacionales sobre sistemas de inteligencia artificial no están disponibles como referencia; hay escasez de profesores para los cursos de sistemas; en tercer lugar, faltan materiales didácticos para los cursos de sistemas de inteligencia artificial a nivel internacional;
Basándome en mi propia experiencia en investigación, tengo algunos conocimientos superficiales de los algoritmos y sistemas de inteligencia artificial.
¿Puedes hacer tu parte para resolver las dificultades en los cursos, profesores, materiales didácticos, etc. del sistema de inteligencia artificial? ¿Es posible cultivar algunos estudiantes de inteligencia artificial con capacidad y pensamiento sistemático?
Por lo tanto, en el año académico 2018, solicité a la Universidad de la Academia de Ciencias de China ofrecer un curso sistemático sobre inteligencia artificial, llamado "Sistema de Computación Inteligente" (anteriormente llamado "Computadora Inteligente"), con la esperanza de Cultivar la comprensión de los estudiantes sobre la computación inteligente. Comprensión integral de la pila completa de tecnología de software y hardware (incluidos algoritmos inteligentes básicos, marcos de programación de computación inteligente, lenguajes de programación de computación inteligente, arquitectura de chip inteligente, etc.). ).El curso fue popular entre los estudiantes y muchos estudiantes que optaron por no tomar el curso lo siguieron durante todo el semestre. Lo que me conmovió particularmente fue que estudiantes de otros institutos vinieron a Huairou desde Zhongguancun para asistir a clases. Nos tomó tres horas conducir de ida y vuelta desde la última clase, y ya era tarde en la noche cuando regresamos a Zhongguancun. Esto puede indicar que este curso es atractivo para los estudiantes y que todos han obtenido beneficios tangibles al escucharlo.
El sistema formativo y curricular de los estudiantes de la carrera de inteligencia artificial
El diseño del sistema curricular de las carreras de inteligencia artificial debe servir a los objetivos formativos de los estudiantes. Entonces, ¿qué tipo de estudiantes deberían capacitarse en carreras de inteligencia artificial en colegios y universidades?
Puede que no haya una respuesta unificada a esta pregunta. En comparación con la carrera de informática, que está muy cerca de la carrera de inteligencia artificial, es obvio que la carrera de informática en los colegios y universidades no capacita a usuarios de computadoras, sino a investigadores, diseñadores y fabricantes de máquinas o subsistemas informáticos.
Cuando las carreras de informática de nuestro país comenzaron a establecer la carrera de informática hace más de 60 años, tenían un plan con visión de futuro para formar investigadores, diseñadores y fabricantes de máquinas o subsistemas informáticos. Después de 60 años de evolución, este plan todavía mantiene básicamente su intención original. Hoy en día, las carreras de informática en varias universidades ofrecen básicamente cursos obligatorios sobre principios de composición informática, sistemas operativos, principios de compilación, arquitectura informática y otros sistemas (ver Figura 2). En otras palabras, aunque la mayoría de los estudiantes de informática se dedican al desarrollo de software después de graduarse, todavía tienen una comprensión básica de los sistemas de hardware informático.
Figura 2 Plan de formación de especialización en informática de NetEase Cloud Classroom 3
El objetivo de formación de los estudiantes de inteligencia artificial deben ser investigadores, diseñadores y fabricantes de sistemas o subsistemas de inteligencia artificial. Sólo logrando este objetivo los talentos cultivados por las universidades podrán apoyar de manera sostenible e integral la industria y la investigación de la inteligencia artificial de mi país. Para lograr este objetivo, el diseño curricular de las carreras de inteligencia artificial debe incluir habilidades tanto blandas como duras (al igual que la carrera de informática). Si la especialización en inteligencia artificial solo ofrece cursos como algoritmos de aprendizaje automático y aplicaciones audiovisuales, en el mejor de los casos solo puede considerarse como una "especialidad en aplicaciones de inteligencia artificial" o una "especialidad en algoritmos de inteligencia artificial". Después de todo, los algoritmos son sólo la punta del iceberg, y el 90% del iceberg son hardware y sistemas.
Tomemos a Google como ejemplo. Esta empresa tiene el equipo de investigación de algoritmos de IA más grande del mundo. El presidente de Google, John Hannis, es un científico en arquitectura informática y ganador del Premio Turing. Jeff Dean, director general de Google AI, es un investigador de sistemas informáticos; los tres avances más importantes en Google AI (Tensorflow, AlphaGo, TPU) son todos sistemas, no solo algoritmos específicos. Por lo tanto, desde la perspectiva de la corriente académica internacional de inteligencia artificial, los sistemas son tan importantes como los algoritmos.
Los estudiantes que solo han aprendido algoritmos pueden ser buenos ajustando los parámetros del modelo, pero no tienen idea de cuánto tiempo y trabajo requiere un algoritmo. Estos estudiantes no tienen las habilidades básicas para aplicar un algoritmo a sistemas industriales (porque un algoritmo debe cumplir con restricciones de latencia y consumo de energía si realmente se va a utilizar).
Solo al unirse a los cursos de la línea de sistemas, los estudiantes pueden comprender realmente cómo funciona la inteligencia artificial, incluido cómo un algoritmo de inteligencia artificial llama al marco de programación, cómo el marco de programación maneja el sistema operativo y cómo los operadores en la programación. Los pasos del marco se ejecutan paso a paso en el chip. Estos estudiantes podrán construir sistemas o subsistemas complejos por sí mismos, tendrán un mayor potencial en la investigación científica y serán más competitivos en la industria. Como dijo un experto de la industria: “Tensorflow se utilizará para generar 300.000 yuanes por año y Tensorflow se diseñará para generar 300.000 dólares estadounidenses por año.
”
Muchos profesores me dijeron: “La especialización en inteligencia artificial realmente debería tener algunos cursos sistemáticos”. Pero nunca ha habido una clase de este tipo en China y no hay materiales didácticos adecuados. Nuestra universidad también carece de profesores correspondientes para impartir dichos cursos. "Estas son tres dificultades prácticas y objetivas, pero no deberían afectar el diseño curricular de nuestra especialidad en inteligencia artificial.
Desde la perspectiva de un estudiante, los cursos que se deben ofrecer para la especialidad en inteligencia artificial deben basarse en las Las opiniones nacionales y empresariales no se basan enteramente en lo que harán los profesores de hoy. Hace sesenta años, pocas personas en nuestro país habían visto computadoras, y mucho menos habían iniciado clases, excepto para tareas informáticas científicas y de ingeniería, como dos bombas. y un satélite, China todavía no tenía problemas. Se estableció el Instituto de Tecnología Informática de la Academia de Ciencias de China, se impartieron clases de formación de profesores de informática en el Instituto de Tecnología Informática y se abrieron carreras de informática en universidades como la Universidad de Tsinghua y la Universidad de Tsinghua. Universidad de Ciencia y Tecnología de China (es imposible enumerarlas todas aquí), lo que ha dado lugar a la enorme industria informática actual en China.
Desde la perspectiva de un docente, la investigación sistemática sobre inteligencia artificial se ha convertido en un punto de acceso académico internacional. Impartir este tipo de cursos es un proceso de aprendizaje mutuo que puede ayudar a los profesores a alcanzar la vanguardia académica internacional. Este año, estudiantes de las 4 mejores universidades (investigadores informáticos estadounidenses de la Universidad de Stanford, la Universidad Carnegie Mellon, la Universidad de California, Berkeley y la Universidad de California). El Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) y otras instituciones internacionales publicaron conjuntamente un documento técnico titulado "Sistemas de aprendizaje automático" sobre un tema tan candente y emergente. Sin duda, cultivar un grupo de profesores jóvenes en esta dirección será de gran ayuda para mejorar su influencia. universidades e incluso China en el campo académico de la inteligencia artificial.
Por lo tanto, para los estudiantes y profesores de inteligencia artificial, el establecimiento de cursos de Sistema es necesario y factible.
Lo que es un. ¿Sistema informático inteligente?
En pocas palabras, los sistemas informáticos inteligentes son los portadores materiales de la inteligencia artificial. Suele ser un sistema heterogéneo que integra una CPU de uso general y un chip inteligente (NVIDIA GPU o Cambrian MLU, etc.). .), y proporciona a los desarrolladores un marco de programación informática inteligente y un lenguaje de programación. La razón por la que se agregan chips inteligentes a las CPU de uso general es principalmente porque es difícil para las CPU de uso general cumplir con los crecientes requisitos de velocidad y consumo de energía de los dispositivos artificiales. Computación inteligente, por ejemplo, en 2012, Google Brain utilizó 16,000 núcleos de CPU en funcionamiento durante varios días para entrenar cómo reconocer caras de gatos, lo cual es muy difícil de aceptar para aplicaciones industriales. Se deben utilizar sistemas informáticos inteligentes heterogéneos para reducir la dificultad de programar sistemas informáticos inteligentes heterogéneos, se necesita un marco de programación informática inteligente y un lenguaje de programación. De hecho, los sistemas informáticos inteligentes han penetrado ampliamente en nuestro mundo. vive en varias formas. La supercomputadora Summit de IBM utiliza el aprendizaje automático para predecir el clima, el centro de datos de BAT ejecuta una gran cantidad de tareas de recomendación publicitaria y los teléfonos móviles de Huawei integran el procesamiento de aprendizaje profundo Cambrian Procesamiento de análisis de imágenes y reconocimiento de voz, el sistema de piloto automático de Tesla... pueden considerarse sistemas informáticos inteligentes. En la era de la inteligencia, China y el mundo necesitan una gran cantidad de desarrolladores, diseñadores y usuarios de sistemas informáticos inteligentes.
El desarrollo de sistemas informáticos inteligentes no ocurre de la noche a la mañana. Las computadoras de propósito especial (Prolog y LISP) para el procesamiento inteligente de símbolos en la década de 1980 pueden considerarse como la primera generación de sistemas informáticos inteligentes. Pero en aquel momento, la inteligencia artificial carecía de aplicaciones prácticas y los algoritmos no estaban maduros. Además, la Ley de Moore todavía estaba en una etapa de rápido desarrollo en ese momento, y las computadoras de propósito especial no tenían mucha ventaja sobre las CPU de propósito general cuyo rendimiento podía duplicarse cada 18 meses. Por lo tanto, la primera generación de sistemas informáticos inteligentes se fue retirando gradualmente del escenario de la historia.
El curso "Sistemas de Computación Inteligente" se centra en la segunda generación de sistemas de computación inteligentes, que son principalmente computadoras utilizadas para tareas de aprendizaje automático como el aprendizaje profundo. En comparación con el sistema informático inteligente de primera generación de hace 30 años, se puede decir que el sistema informático inteligente de aprendizaje profundo de segunda generación actual ha encontrado el momento, el lugar y las personas adecuados. En la actualidad, se han comenzado a implementar aplicaciones de inteligencia artificial como reconocimiento de imágenes, reconocimiento de voz, comprensión del lenguaje natural, juegos y recomendaciones publicitarias, y la velocidad de desarrollo de los algoritmos de aprendizaje profundo es abrumadora.
Más importante aún, el desarrollo del rendimiento de las CPU de uso general se ha detenido. Para respaldar el desarrollo continuo de algoritmos de aprendizaje profundo, se debe confiar en los sistemas informáticos inteligentes. Por lo tanto, los sistemas informáticos inteligentes de aprendizaje profundo serán el foco a largo plazo de la academia y la industria. El curso "Sistemas informáticos inteligentes" ayudará a los estudiantes a obtener una comprensión profunda de los sistemas informáticos inteligentes de aprendizaje profundo.
La segunda generación de sistemas informáticos inteligentes admite principalmente tareas de aprendizaje automático, como el aprendizaje profundo. En el futuro, si los humanos realmente quieren dar un paso adelante en el camino hacia la inteligencia artificial general, los algoritmos que el futuro sistema informático inteligente de tercera generación debe soportar irán mucho más allá del aprendizaje automático y deberán incluir cognición avanzada como la asociación, razonamiento y aparición de algoritmos inteligentes. Mi suposición personal es que el sistema informático inteligente de tercera generación puede ser un entorno mundial virtual que incuba inteligencia artificial general. El curso "Sistemas informáticos inteligentes" puede estimular la curiosidad de los estudiantes y atraerlos a dedicarse a la investigación de sistemas informáticos inteligentes de tercera generación en el futuro.
Descripción general del curso Sistema de Computación Inteligente
El curso "Sistema de Computación Inteligente" está dirigido principalmente a estudiantes universitarios o de posgrado de último año con especialización en inteligencia artificial, ingeniería informática y de software. El objetivo del curso es capacitar a los estudiantes para que comprendan de manera integral toda la tecnología de software y hardware de la computación inteligente (incluidos algoritmos inteligentes básicos, marcos de programación de computación inteligente, lenguajes de programación de computación inteligente, arquitectura de chip inteligente, etc.) y se conviertan en diseñadores y diseñadores de sistemas informáticos inteligentes (subsistemas).
El prefacio del curso incluye lenguaje de programación C/C, principios de composición informática e introducción a algoritmos (o aprendizaje automático). La duración del curso es relativamente flexible, puede ser el primer semestre de la universidad (40 horas de clase, consulte la Tabla 1 para ver el esquema del curso), el semestre corto puede concentrarse durante una semana (20 horas de clase) o puede integrarse en Otros cursos de aprendizaje automático como complemento. Para el estudio a corto plazo de 20 horas, el curso espera que los estudiantes puedan "saber por qué" los sistemas informáticos inteligentes, principalmente para operaciones prácticas, para el estudio a largo plazo de 40 horas, el curso espera que los estudiantes puedan "saber por qué" los sistemas informáticos inteligentes; sistemas informáticos, por lo que deben explicar el mecanismo a fondo.
Tabla 1 Esquema del curso del sistema de computación inteligente (40 horas)
En la enseñanza del curso, debemos adherirnos a dos principios. El primero es el controlador de la aplicación. Un buen curso de ingeniería requiere aplicar lo aprendido, especialmente el curso "Sistemas de Computación Inteligente". Si simplemente aprende algunos teoremas y fórmulas después del curso, es básicamente ineficaz. Otro principio es la penetración total de la pila. En el pasado, había un problema en el diseño curricular de las carreras de informática, es decir, había divisiones obvias, como la separación de los sistemas operativos y la arquitectura de la computadora, qué requisitos impone el sistema operativo a la arquitectura de la computadora y qué soporte La arquitectura informática proporcionada para el sistema operativo los une. "Sistemas de Computación Inteligente", como curso avanzado de pregrado (o posgrado), tiene la obligación de ayudar a los estudiantes a conectar todos los conocimientos previos de software y hardware de inteligencia artificial para formar una comprensión general.
Para el curso "Sistemas informáticos inteligentes", el paradigma impulsor es una mano que agarra. En el proceso de la Universidad Nacional de Ciencia y Tecnología, elegimos la transferencia de estilo de video como ejemplo conductor. En pocas palabras, la transferencia de estilo puede mantener el contenido básico de cada cuadro de un video, pero cambiar el estilo de pintura de la imagen (como la transferencia de fotografías comunes al estilo Picasso o al estilo de pintura con tinta china, como se muestra en la Figura 3). Para los estudiantes, este es un ejemplo divertido y motivador de algo que está dentro de sus capacidades.
Figura 3 Un ejemplo de cómo impulsar la transformación de fotografías ordinarias al estilo Picasso
Nos centramos en cómo lograr la transferencia de estilo de vídeos en tiempo real, guiando a los estudiantes paso a paso para escribir algoritmos. y trasplantarlos a marcos de programación, escribir operadores para el marco de programación, diseñar chips para los operadores, construir un sistema de múltiples chips, evaluar las ventajas y desventajas de este sistema en términos de velocidad, eficiencia energética, precisión, etc., y luego. Realizar una optimización iterativa de bucle cerrado del sistema. Finalmente, le brindaremos un entorno experimental para un sistema informático inteligente, que incluye una cámara y una placa de desarrollo de chip inteligente, que permitirá a los estudiantes implementar una aplicación "semiacabada" que convierte el video capturado por la cámara en un estilo de pintura en tiempo real. tiempo.
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Mi madre es profesora de secundaria. Cuando era niño, mis mayores y los profesores que me ayudaron mucho también eran profesores famosos que habían estado inmersos en la primera línea de la enseñanza durante todo el año y tenían un gran entusiasmo por la enseñanza.
Desde la niñez hasta la edad adulta, las palabras y los hechos de estos mayores me hicieron sentir profundamente que la educación es una gran causa que puede cambiar profundamente a los estudiantes, cambiar las industrias, cambiar la sociedad, cambiar el país y cambiar a la humanidad. Lo que hoy enseñamos a los estudiantes sobre inteligencia artificial puede afectar la competitividad de nuestro país en la era inteligente del mañana. Por lo tanto, aunque tengo muchas tareas de investigación básicas entre manos, todavía estoy dispuesto a considerar el cultivo de talentos de sistemas de inteligencia artificial como mi misión más importante en el futuro y dedicar la mayor parte de mi tiempo y energía a impartir el curso "Sistema de Computación Inteligente". en diversas universidades.
Es muy gratificante que el nuevo curso "Sistemas Informáticos Inteligentes" haya recibido el apoyo y el estímulo de muchos profesores y estudiantes, aunque todavía existen muchas deficiencias. Hemos ofrecido o ofreceremos conjuntamente este curso en varias universidades, incluida la Universidad de la Academia de Ciencias de China, la Universidad de Pekín, la Universidad de Beihang, la Universidad de Tianjin, la Universidad de Ciencia y Tecnología de China, la Universidad de Nankai, el Instituto de Tecnología de Beijing y la Universidad de Ciencias de Huazhong. y Tecnología. Este año, todos los PPT, folletos, materiales didácticos, videos, códigos, plataformas en la nube y tableros de desarrollo de este curso estarán disponibles para que los profesores los critiquen y corrijan. Le invitamos a enviarme un correo electrónico con sus valiosas opiniones.
En el futuro, esperamos cooperar con más instituciones que capaciten a estudiantes con especialización en inteligencia artificial, participen ampliamente en intercambios y debates sobre cursos de sistemas de inteligencia artificial y mejoren el nivel de enseñanza de los cursos de sistemas de inteligencia artificial. Creo que mediante los esfuerzos conjuntos de todos se resolverán las dificultades prácticas para establecer cursos de sistemas de inteligencia artificial, de modo que los talentos de inteligencia artificial formados en China en el futuro no tengan deficiencias técnicas.
Como profesor joven, existe una gran brecha entre mi capacidad y experiencia docente y la de muchas personas mayores en el campo de la educación. El curso "Sistemas informáticos inteligentes" puede, como mucho, desempeñar un papel en el cultivo de las capacidades de los sistemas de inteligencia artificial de mi país. Como dijo el Sr. Lu Xun en un pasaje para jóvenes en "Hot Wind: Random Thoughts": "Si hay un poco de calor, un poco de luz, se convertirá en una luciérnaga, o puede emitir un poco de luz en la oscuridad". ... Si hay Antorcha, sale el sol, naturalmente... alabamos la antorcha o el sol como queramos; porque él toma fotografías de la humanidad, incluso de mí."
Nota al pie:
1 Este artículo se publicó en "Boletín de la Federación de Computadoras de China (CCCF)", número 5, 2014. /Organización/Detalles de la organización? identificación=3738875863074816. _ack=1 .
2 CUDA: Arquitectura de dispositivo unificado de computación, Arquitectura de dispositivo unificado de computación.
3Ver también
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