從前沿探索到應用落地，英特爾研究院為未來(lái)計算“插上翅膀”

英國著(zhù)名科幻小說(shuō)家阿瑟·克拉克（《2001：太空漫游》）有言：“任何先進(jìn)的技術(shù)，初看都與魔法無(wú)異?！痹谟⑻貭栠@家巨大的半導體公司的內部，有一批人正在專(zhuān)注于此，即用新穎的方法，在廣泛的前沿研究領(lǐng)域中探索如何幫助人類(lèi)應對在計算、連接、從云到邊緣的基礎設施、AI、傳感和感知等領(lǐng)域面臨的重大技術(shù)挑戰。

這就是英特爾研究院（Intel Labs）在做的事情。2023英特爾on技術(shù)創(chuàng )新大會(huì )期間，英特爾研究院院長(cháng)Rich Uhlig介紹了英特爾在A(yíng)I、集成光電、神經(jīng)擬態(tài)計算、量子計算等關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域的最新進(jìn)展和解決方案，他表示：“英特爾研究院的探索邏輯是‘3S’，即 ‘發(fā)現’（Seek）、‘解決’（Solve）和‘推廣’（Scale），先盡量把概念向前推進(jìn)，確認其進(jìn)入規?；A段時(shí)能夠走向成功，再建立技術(shù)原型，測試技術(shù)的應用，如果成功，就會(huì )借助英特爾強大的執行能力擴大產(chǎn)品規模，將研究項目轉化為產(chǎn)品?！?/p>

英特爾高級院士、英特爾公司副總裁兼英特爾研究院院長(cháng)

Rich Uhlig

本次大會(huì )中，英特爾研究院還舉辦了技術(shù)洞察分享、專(zhuān)題論壇和Demo演示等豐富多彩的活動(dòng)。

在技術(shù)洞察分享環(huán)節，英特爾研究院副總裁兼新興AI研究總監Gadi Singer圍繞靈活、認知、自主和負責任四大方面，分享了英特爾研究院對AI未來(lái)的洞察。2023年是AI向新階段過(guò)渡的一年。很多行業(yè)的重點(diǎn)正在轉向成本效益高、值得信賴(lài)、安全、負責任、適應性強的大規模生成式AI模型，包括醫療、制造、零售和娛樂(lè )等行業(yè)。在英特爾研究院，研究人員正在推進(jìn)新興AI應用，并與行業(yè)合作，以便更好地整合最新技術(shù)并從中獲得價(jià)值，幫助AI變得更加靈活、淵博、自主和負責任。

此外，通過(guò)多場(chǎng)專(zhuān)題論壇，英特爾研究院詳細地介紹了其在諸多前沿技術(shù)領(lǐng)域的工作，包括：

?集成光電及其對未來(lái)系統和數據中心的影響

服務(wù)器之間的數據移動(dòng)日益頻繁，這對當今數據中心基礎設施造成了沉重負擔。這個(gè)行業(yè)正在迅速接近電氣I/O性能的實(shí)際極限。通過(guò)將硅光子與低成本、大容量的硅集成，英特爾研究院的集成光電研究解決了數據中心內網(wǎng)絡(luò )流量日益增長(cháng)帶來(lái)的挑戰。在該專(zhuān)題論壇中，英特爾研究院分享了其取得的最新進(jìn)展，介紹了集成光電改變未來(lái)數據中心架構中的系統接口和網(wǎng)絡(luò )拓撲的可能性，并闡述了英特爾對未來(lái)數據中心的光學(xué)計算互連和端到端光網(wǎng)絡(luò )的愿景。

?面向智能邊緣的AI驅動(dòng)的邊緣服務(wù)和控制

企業(yè)正在部署創(chuàng )新的基于A(yíng)I或機器學(xué)習的邊緣服務(wù)，以支持分布式異構邊緣的各種使用場(chǎng)景。在該專(zhuān)題論壇中，英特爾研究院展示了如何使用AI或機器學(xué)習技術(shù)來(lái)操作智能邊緣，從服務(wù)到端到端基礎設施，從上到下到平臺。該專(zhuān)題論壇介紹了一組創(chuàng )新的邊緣應用程序，使用AI或機器學(xué)習技術(shù)提高其能力和性能，例如改進(jìn)缺陷檢測、執行視覺(jué)查詢(xún)和數據管理或協(xié)調移動(dòng)機器人路徑的應用程序。英特爾研究院還展示了，針對資源受限的邊緣平臺的自動(dòng)化AI和機器學(xué)習算法優(yōu)化會(huì )如何幫助優(yōu)化應用程序的性能，并詳細介紹了這些算法如何用于優(yōu)化5G網(wǎng)絡(luò )基礎設施上應用程序的端到端操作。此外，在該專(zhuān)題論壇中，英特爾研究院也展示了，這些算法如何使用平臺功能——例如資源調度技術(shù)（Resource Director Technology）——動(dòng)態(tài)地調整共享資源的使用，以滿(mǎn)足用戶(hù)通過(guò)總體目標定義的需求，實(shí)現端到端管道，并詳細介紹了如何使用創(chuàng )新的AI和機器學(xué)習技術(shù)來(lái)優(yōu)化和操作智能邊緣。

?神經(jīng)擬態(tài)計算：Loihi 2和Lava軟件

盡管幾十年來(lái)取得了進(jìn)步并且近期也取得了突破，但目前的AI技術(shù)在許多重要領(lǐng)域仍然落后于生物大腦。為了創(chuàng )造充滿(mǎn)各種智能設備的未來(lái)世界并讓它們安全、自主地配合人類(lèi)，英特爾受神經(jīng)科學(xué)原理的啟發(fā)開(kāi)創(chuàng )了一種全新的計算方法。這就是全新的Loihi處理器架構，通過(guò)最小化數據移動(dòng)和利用基于稀疏性和異步事件的傳輸，它實(shí)現了數量級的計算指標提升。在該專(zhuān)題論壇中，英特爾研究院詳細介紹了其在神經(jīng)擬態(tài)計算研究領(lǐng)域的最新進(jìn)展。

?推動(dòng)大規模的基礎性AI研究

英特爾的AI實(shí)驗室開(kāi)發(fā)基礎性AI技術(shù)、顛覆性應用以及極具挑戰性的計劃。該專(zhuān)題論壇分享的洞察涉及十億級圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )（GNN）分布式訓練平臺，通過(guò)圖形架構理解長(cháng)視頻（在處理10倍長(cháng)的視頻的同時(shí)以很低的成本匹配SOTA轉換模型的性能），以及“AI for Science”的突破（第一個(gè)面向蛋白質(zhì)結構設計的對話(huà)界面和面向新材料研發(fā)AI的全新基準）。

?量子計算的進(jìn)展和英特爾?量子軟件開(kāi)發(fā)工具包（Intel? Quantum SDK）介紹

盡管可能還需要很多年，但量子計算有望在能源生產(chǎn)、材料、化學(xué)品和藥物設計、金融和氣候建模以及密碼學(xué)等方面取得突破。許多公司正在共同努力，推進(jìn)有助于實(shí)現量子計算的研究工作。英特爾研究院正在擴大軟件開(kāi)發(fā)者社區，以充分利用名為英特爾?量子軟件開(kāi)發(fā)工具包的全棧解決方案。在該專(zhuān)題論壇中，英特爾研究院詳細介紹了英特爾取得的最新進(jìn)展，介紹并演示了如何使用英特爾?量子軟件開(kāi)發(fā)工具包，包括運行流行的經(jīng)典量子化學(xué)算法。

?加密計算：探索數據隱私保護前沿

超越當今的機密計算，名為加密計算的新研究領(lǐng)域有望進(jìn)一步提升云計算數據隱私保護和安全。與可信執行環(huán)境不同，加密計算是一種強大的新技術(shù)，通過(guò)端到端加密實(shí)現涉及私有敏感數據的計算和協(xié)作。它可能會(huì )徹底改變未來(lái)加密數據的共享、分析和處理方式，使組織機構能夠獲得有價(jià)值的見(jiàn)解，同時(shí)從理論上消除數據暴露給第三方的風(fēng)險。在該專(zhuān)題論壇中，英特爾研究院介紹了在全同態(tài)加密和英特爾加密計算軟件開(kāi)發(fā)工具包方面取得的最新進(jìn)展。

?自?xún)?yōu)化數據庫：在數據庫管理系統中使用機器學(xué)習

數據庫管理系統（DBMS）是一個(gè)復雜的軟件系統。其性能取決于硬件、數據和數據庫查詢(xún)。針對特定問(wèn)題優(yōu)化DBMS可能會(huì )讓人不知所措。英特爾研究院與麻省理工學(xué)院和布朗大學(xué)的學(xué)術(shù)合作伙伴密切合作，正在開(kāi)發(fā)自動(dòng)完成自?xún)?yōu)化的數據管理系統。采用簡(jiǎn)單參數搜索方法的DBMS優(yōu)化以前已經(jīng)使用過(guò)，然而，這項研究正在通過(guò)基于機器學(xué)習的創(chuàng )新方法開(kāi)辟新方向。從自組織的數據容器和自動(dòng)優(yōu)化的查詢(xún)引擎到DBMS內基于機器學(xué)習模型的低級數據結構，一切都清晰明確。在該專(zhuān)題論壇中，英特爾研究院介紹了未來(lái)采用自?xún)?yōu)化系統的數據管理。

?異構編程：C++中的分布式數據結構、算法和視圖

分布式和異構系統——例如每個(gè)節點(diǎn)有多個(gè)GPU的集群——已經(jīng)變得越來(lái)越普遍。目前，這類(lèi)系統的編程通常使用多個(gè)低級編程模型。為了給這些系統打造軟件生態(tài)系統，需要更高級的編程模型。英特爾研究院的目標是，幫助用戶(hù)在此類(lèi)系統的編程中使用標準的數據結構和算法，就像目前使用序列系統一樣。英特爾研究院使用分布式數據結構來(lái)實(shí)現這一點(diǎn)，這種結構在多個(gè)GPU或節點(diǎn)上自動(dòng)分配數據。此外，還使用了并行計算的分布式算法。在該專(zhuān)題論壇中，英特爾研究院介紹了如何在多個(gè)GPU上運行C++程序，只需極少的修改，讓性能媲美經(jīng)專(zhuān)業(yè)調優(yōu)的代碼。

同時(shí)，英特爾研究院還在2023英特爾on技術(shù)創(chuàng )新大會(huì )現場(chǎng)展示了多個(gè)Demo，呈現了推動(dòng)前沿技術(shù)應用落地的諸多探索和嘗試，包括：

?AI機器人：具有可編程性的人類(lèi)-AI交互技術(shù)

協(xié)作機器人（Cobot）正在成為面向一般體力勞動(dòng)的自適應智能助手，具有顛覆性的投資回報。在這個(gè)演示中，終端用戶(hù)通過(guò)VR方式（遠程）操控機器人，直接完成物品拾取和放置任務(wù)。其中展示的編程過(guò)程包括機器人模仿人類(lèi)，動(dòng)作和實(shí)體標注，以及對模塊化機器人技能的安排。這個(gè)使用場(chǎng)景逐步演示、介紹了英特爾在運動(dòng)基元、增強機器人視覺(jué)和VR接口方面取得的進(jìn)展，通過(guò)英特爾RealSense技術(shù)和英特爾XPU硬件實(shí)時(shí)地控制、推理、斷定和行動(dòng)。

?AI安全和信任

這個(gè)演示涵蓋了AI領(lǐng)域的安全、信任和隱私保護等幾個(gè)主題。雖然ChatGPT等流行的大語(yǔ)言模型（LLM）是使用公開(kāi)可用的數據進(jìn)行訓練的，但下一步是在組織內部署它們，并通過(guò)自定義數據進(jìn)一步增強。但是，如何保證大語(yǔ)言模型尊重組織邊界，不會(huì )向未經(jīng)授權的人員透露信息？互動(dòng)Demo展示了一個(gè)猜謎挑戰，目的是說(shuō)服大語(yǔ)言模型透露它被告知不要透露的信息。

?輔助計算：AI回復生成與腦機接口

輔助情景感知工具包（Assistive Context-Aware Toolkit, ACAT）是由英特爾研究院開(kāi)發(fā)的一個(gè)開(kāi)源軟件平臺，使患有運動(dòng)神經(jīng)元疾病的人能夠通過(guò)鍵盤(pán)模擬、文本預測和語(yǔ)音合成進(jìn)行交流。最近發(fā)布的ACAT 2.0版具有腦機接口，使完全不能行動(dòng)的用戶(hù)能夠進(jìn)行溝通。該版本還包括針對AAC（增強和替代性溝通）用途進(jìn)行微調的增強語(yǔ)言建模功能，以實(shí)現個(gè)性化的語(yǔ)句完成，以及更高效打字模式，提高溝通速度。該系統經(jīng)過(guò)優(yōu)化，可在客戶(hù)端設備上運行，而徹底重新設計的用戶(hù)界面易于使用。這個(gè)演示展示了ACAT的所有功能，包括腦機接口和新的文本預測功能。

?生成式AI：3D潛在擴散模型（LDM3D）

DepthFusion展示了英特爾LDM3D擴散模型的強大功能，通過(guò)文本提示生成360度視圖。LDM3D擴散模型使用用戶(hù)提供的文本提示生成2D RGB圖像及其相應的深度圖，從而提供文本提示的完整RGBD呈現。然后，利用LAION400M數據集的一個(gè)子集對該模型進(jìn)行微調，該數據集是一個(gè)大規模的圖文數據集。用于微調模型的深度圖由MiDaS 3.1生成，這是一種深度估計算法，為圖像中的每個(gè)像素提供高度精確的相對深度估計。然后，英特爾的應用程序利用多功能平臺TouchDesigner的強大功能，可以創(chuàng )建身臨其境的交互式多媒體體驗，生成逼真的360度視圖，為用戶(hù)提供一種獨特而引人入勝的方式來(lái)體驗他們給出的文本提示。

?光場(chǎng)顯示器上的沉浸式遠程呈現

該Demo重點(diǎn)介紹了一個(gè)完整的實(shí)時(shí)光場(chǎng)視頻端到端系統，該系統使用云處理，并在內容創(chuàng )建和消費終端設備方面獲得客戶(hù)端功能的支持。這項“光場(chǎng)視頻”技術(shù)展示了在沉浸式視頻點(diǎn)播、實(shí)時(shí)直播和視頻會(huì )議體驗方面的突破。該演示展示了一個(gè)完整的端到端系統，其中包括一個(gè)用于同時(shí)捕捉各種攝像頭角度的消費級光場(chǎng)攝像頭陣列，用于可變視點(diǎn)視頻創(chuàng )建、云處理、流媒體內容交付的算法，以及一個(gè)沉浸式視頻觀(guān)看設備。

?神經(jīng)對象復制：用于游戲等領(lǐng)域的AI驅動(dòng)的3D內容創(chuàng )建

?神經(jīng)擬態(tài)計算：利用Loihi 2進(jìn)行衛星調度和優(yōu)化

該演示展示了，在解決物流和運營(yíng)中經(jīng)常遇到的調度問(wèn)題時(shí)，英特爾的神經(jīng)擬態(tài)技術(shù)如何減輕計算負擔。一個(gè)典型的調度問(wèn)題涉及分配一定數量的代理來(lái)執行特定數量的任務(wù)，同時(shí)遵守調度的約束。該演示展示了如何解決太空技術(shù)行業(yè)的一個(gè)關(guān)鍵調度問(wèn)題：將大量地球觀(guān)測請求（任務(wù)）安排給衛星群（代理）。調度問(wèn)題所花費的時(shí)間與代理數量，以及要解決的任務(wù)數量的平方成正比。對于擁有數十個(gè)衛星和數千個(gè)客戶(hù)請求的商業(yè)衛星公司來(lái)說(shuō)，目前的算法無(wú)法及時(shí)找到最佳解決方案。

?量子計算：英特爾?量子軟件開(kāi)發(fā)工具包和3D交互式硬件演示

該演示重點(diǎn)介紹了英特爾量子軟件開(kāi)發(fā)工具包（Intel? Quantum SDK）的1.0版本，該工具包讓用戶(hù)可以對接英特爾的量子計算堆棧。該軟件開(kāi)發(fā)工具包包括一個(gè)基于C++的直觀(guān)用戶(hù)界面、一個(gè)適用于量子計算的基于LLVM的編譯器工具鏈，以及一個(gè)高性能的英特爾量子模擬器（Intel Quantum Simulator）作為以量子比特為目標代碼的后端。該演示還展示了英特爾量子硬件的3D交互式外觀(guān)。

邁向計算的未來(lái)，人類(lèi)不會(huì )停步。英特爾研究院將始終致力于在各種前沿領(lǐng)域“全面出擊”，從技術(shù)探索，到應用落地，不斷探索多樣化的可能性，為未來(lái)計算“插上翅膀”。