Peter Lee：從“無(wú)用知識的有用性”看科學(xué)研究背后的永恒原則

編者按：科學(xué)研究是怎么發(fā)展的，其意義何在？好奇心驅動(dòng)的研究有多重要？“無(wú)用知識的有用性”又是什么？哪些是未來(lái)世界不可避免的問(wèn)題？在第四個(gè)十年中，對微軟研究院最重要的事是什么？

在微軟研究院成立30周年之際，微軟全球八大研究院攜手打造了首屆微軟研究峰會(huì )。昨天，在大會(huì )的第一天，微軟全球資深副總裁、微軟研究院負責人 Peter Lee 發(fā)表了主題為《二十一世紀的產(chǎn)業(yè)研究》的演講，就上述問(wèn)題分享了他的觀(guān)察和感悟，并且與微軟研究院創(chuàng )始人 Rick Rashid 共同探討了微軟研究院下一步發(fā)展的方向。

下面是 Peter Lee 的演講實(shí)錄：

大家好。歡迎各位參加首屆微軟全球研究峰會(huì )。我們很高興與科研界的同仁們相聚一堂，分享、交流最前沿的創(chuàng )新想法，這也是微軟研究院在過(guò)去30年一直傳承的文化之一。

但是，這次活動(dòng)有些不同。這是我們第一次將這個(gè)活動(dòng)開(kāi)放給所有感興趣的用戶(hù)。此時(shí)此刻，如果你們親臨現場(chǎng)，就能夠與科學(xué)家們比肩而坐。同時(shí)，還有開(kāi)發(fā)人員、商界領(lǐng)袖、學(xué)生、決策者等等，他們或從事科學(xué)研究，或依賴(lài)于科學(xué)研究，或對科學(xué)技術(shù)的發(fā)現和創(chuàng )新過(guò)程感到好奇。

微軟研究院的團隊一直在努力為今天的活動(dòng)做精心準備。不得不說(shuō)，這對我們來(lái)說(shuō)也是一次難忘的經(jīng)歷。它讓我們在座的所有人都有機會(huì )反思：這些年來(lái)研究是如何發(fā)展的？我們?yōu)槭裁匆M(jìn)行研究？以及研究如何在我們作為一個(gè)社會(huì )共同體的一切活動(dòng)中變得越來(lái)越重要？

當我在思考今天要說(shuō)些什么的時(shí)候，我想起了亞伯拉罕·弗萊克斯納（Abraham Flexner）撰寫(xiě)的一篇文章，這篇文章我已經(jīng)反復閱讀很多次了。它有一個(gè)極具挑釁性的標題：《無(wú)用知識的有用性》。文章開(kāi)頭提出了一個(gè)令任何參與科學(xué)研究的人都非常不舒服的問(wèn)題。我想現在就讀給你們聽(tīng)一下。

《無(wú)用知識的有用性》

“在一個(gè)充滿(mǎn)非理性仇恨的世界里，人們投身于美的教化、知識的拓展、疾病的治療和痛苦的減輕，這難道不是一個(gè)奇怪的事實(shí)嗎？學(xué)術(shù)和精神生活看似一無(wú)所用，但卻能讓沉陷其中的人獲得別處無(wú)法給與的滿(mǎn)足?！?/p>

對我來(lái)說(shuō)，這句話(huà)看起來(lái)就像是昨天寫(xiě)出來(lái)的，但實(shí)際上它們已經(jīng)存在整整100年了。這句話(huà)來(lái)自于1921年 Flexner 寫(xiě)給洛克菲勒基金會(huì )（Rockefeller Foundation）的備忘錄中。幾年后，他將這篇文章發(fā)表在了《哈珀雜志（Harper's Magazine）》上，解釋了將阿爾伯特·愛(ài)因斯坦（Albert Einstein）以及其他飽受戰爭蹂躪的歐洲難民轉移到普林斯頓高等研究院（Institute for Advanced Study at Princeton）的原因。

像庫爾特·哥德?tīng)枺↘urt G?del）、羅伯特·奧本海默（Robert Oppenheimer）、阿爾伯特·愛(ài)因斯坦（ Albert Einstein）、約翰·馮·諾依曼（John von Neumann）等這樣的人，他們可以在沒(méi)有具體應用或結果的情況下，有足夠的自由去追隨自己的想法做事。

Flexner 在文章中寫(xiě)道，“本文我將論述的是，對這些‘無(wú)用’滿(mǎn)足感的追求究竟成就了多少做夢(mèng)也想象不到的‘用處’?！盕lexner 在文章中引用了詹姆斯·克拉克·麥克斯韋（James Clerk Maxwell）在赫茲研究所（Heinrich Hertz）的例子。他們對電磁學(xué)的研究，純粹是源自于他們的興趣。當然，這些人的工作為其他人奠定了不可或缺的基礎，使無(wú)線(xiàn)通信成為可能。

再舉一個(gè)離我們比較近的例子?？藙诘隆ぐ瑺栁榈隆は戕r（Claude Shannon）花了很多個(gè)夜晚和周末去探究這個(gè)后來(lái)被證明對社會(huì )至關(guān)重要的想法：信息理論。

在這次微軟研究峰會(huì )上，你將聽(tīng)到的計算機科學(xué)在其他學(xué)科中的探索，都是建立在數十年甚至數百年的工作基礎之上，由好奇心驅動(dòng)的，在第一臺計算機還沒(méi)有建造出來(lái)之前就開(kāi)始探索的研究工作。

我自己每隔一段時(shí)間就會(huì )重讀一次 Flexner 的文章，并推薦給與我密切合作的人也讀一讀。這是一種朝圣，一種與持久價(jià)值觀(guān)重新建立連接并保持關(guān)聯(lián)的方式，這些價(jià)值觀(guān)涉及研究是什么以及我們?yōu)槭裁匆鲅芯康葐?wèn)題。

這篇文章還提醒我，理解研究的價(jià)值，對于人們乃至整個(gè)社會(huì )都不是一件容易的事，更不用說(shuō)去承擔研究工作的成本?，F在，從知識本身來(lái)追求知識的想法有一個(gè)驅動(dòng)原則——Flexner 和他的同事一起籌款資助了普林斯頓高等研究院——對所謂無(wú)用知識的追求，對更深層的理解、永恒的真理、新的美好的探索，都令今天的研究人員感到謙卑，受到鼓舞和啟發(fā)。我認為所有研究人員都有義務(wù)理解和接受這個(gè)想法，并努力在日益復雜的世界中保持這份赤誠。

以 Flexner 所寫(xiě)下的這個(gè)偉大理念為背景，我現在想談?wù)勎④浹芯吭?。我想介紹一下微軟研究院所研究的問(wèn)題和想法，及其在更廣泛的研究界的位置。

先來(lái)談一點(diǎn)歷史。首先，微軟研究院成立于30年前的1991年。內森·梅爾沃德（Nathan Myhrvold）和里克 ? 雷斯特（Rick Rashid） 創(chuàng )立了微軟研究院。Rick 的領(lǐng)導讓我受到了很大的啟發(fā)。微軟研究院開(kāi)始收獲作為嚴謹研究機構信譽(yù)的同時(shí)，也專(zhuān)注于與新興的個(gè)人計算機革命相關(guān)的研究領(lǐng)域。

在微軟研究院的第一個(gè)十年中，我們在操作系統、計算機圖形學(xué)、數據庫、編譯器技術(shù)、程序分析等方面取得了重大進(jìn)展。一些早期的工作，如操作系統架構、3D 圖形、觸摸界面、符號定理證明，以及 SQL 數據庫優(yōu)化等等，都是最初的十年中，從微軟研究人員的頭腦中涌現出來(lái)的。其中大多數研究對計算機科學(xué)做出了重大貢獻，但也為微軟帶來(lái)了全新的業(yè)務(wù)線(xiàn)，引領(lǐng)微軟乃至更廣泛的科技行業(yè)完成了重大轉型。人們很容易忘記曾經(jīng)發(fā)生過(guò)的一些重大事件，例如從16位到32位再到64位處理器的變更。

第一個(gè)十年為微軟研究院奠定了重要的范式：研究要反應市場(chǎng)的變化，要反應即將到來(lái)的計算的基礎性進(jìn)展，以及為微軟帶來(lái)潛在的增長(cháng)和新的商機。最初的十年間，微軟研究院迅速成為新技術(shù)轉化的強大引擎。

第二個(gè)十年，微軟研究院擴大了規模，集中精力于軟件開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)力、質(zhì)量和安全性。這些方向變得非常重要，因為全世界已經(jīng)越來(lái)越依賴(lài)于像 Windows 這樣的微軟產(chǎn)品。不知道你們是否還記得，微軟曾經(jīng)暫停了幾周的工作，為了專(zhuān)注于提升軟件質(zhì)量。

相應地，微軟研究院創(chuàng )建了程序員生產(chǎn)力研究中心，內部稱(chēng)之為 PPRC，致力于研究如何大幅提高軟件開(kāi)發(fā)團隊的協(xié)同工作能力，增強軟件可靠性，并且提升工作效率。PPRC 讓微軟走上了成為全球首屈一指的開(kāi)發(fā)人員平臺的道路，今天我們認為這是理所應當的事。但令我們更自豪的是，像 Visual Studio、Z3 求解器和 GitHub 之類(lèi)的技術(shù)已經(jīng)成為微軟公司產(chǎn)品的天然組成部分。

當然，在第二個(gè)十年中，其他領(lǐng)域也取得了令人難以置信的進(jìn)步，例如人機交互。Xbox、Kinect 和 HoloLens 等設備中體現的最新交互形式，以及在分布式系統、計算機安全和密碼學(xué)等領(lǐng)域研究的重大進(jìn)展，都為后來(lái)的云計算時(shí)代奠定了基礎。

在微軟研究院的第三個(gè)十年，我們看到了機器學(xué)習，尤其是深度學(xué)習的驚人進(jìn)步。在2009年，杰弗里·辛頓（Geoffrey Hinton）與他的一些學(xué)生和博士后，在微軟研究院度過(guò)了一個(gè)夏天。他們說(shuō)服了我們的語(yǔ)音識別研究小組，嘗試使用深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )而不是高斯混合模型，來(lái)做語(yǔ)音識別?，F在我不得不承認，在當時(shí)我認為這是一個(gè)瘋狂的想法，而且有同樣想法的不止我一個(gè)人。許多人也都認為這是一個(gè)瘋狂的想法。盡管如此，微軟研究院同意了這個(gè)嘗試，甚至在2009年 NeurIPS 大會(huì )上贊助了一個(gè)專(zhuān)門(mén)討論這個(gè)想法的研討會(huì )。

2010年年中，這一工作產(chǎn)生的第一個(gè)工程成果就很令人震驚。谷歌后來(lái)通過(guò)深度學(xué)習進(jìn)行的計算機視覺(jué)實(shí)驗也向整個(gè)研究界證明了這一獨特的發(fā)現。當然，今天已經(jīng)很難再找到一種產(chǎn)品或服務(wù)，尤其是在云中，尚未被機器學(xué)習深度影響，并且其未來(lái)路線(xiàn)圖與人工智能毫無(wú)關(guān)聯(lián)。

在這三十年中，我們變得更加善于贏(yíng)得來(lái)自微軟以及我們合作伙伴的工程和業(yè)務(wù)同事的信任。今天我們與他們合作，將先進(jìn)的計算機科學(xué)研究應用到每個(gè)教室、每個(gè)實(shí)驗室、每個(gè)醫療保健機構、每個(gè)家庭、每個(gè)人口袋里的產(chǎn)品中。

整整三十年，微軟的研究工作已經(jīng)幫助人類(lèi)拓展了令人難以置信的成就和創(chuàng )造力。有些工作是希望通過(guò)更好的產(chǎn)品幫助微軟獲得更大的成功，而有些工作則是為了響應緊迫的社會(huì )需求，例如安全投****，或更快捷地驗證臨床新療法等。還有一些工作在嘗試“打破陳規”。例如，我們將整個(gè)數據中心部署到海底，并正常運營(yíng)了多年。我們所做的其他工作也是要解決“有用的難題”，抱歉我沒(méi)有更好的詞匯來(lái)表達。比如，如何用最好的方法為地球上最大規模的數據中心連接進(jìn)出長(cháng)達數千英里的電纜。此外，讓我最喜歡的是，我們所做的一部分工作只是為了表達喜悅之情。例如，我們創(chuàng )造了嵌入計算智能的高級時(shí)裝。

現在，讓我們再回過(guò)頭來(lái)談?wù)?Flexner 的《無(wú)用知識的有用性》。雖然我們一直秉持著(zhù)追隨自己好奇心的精神開(kāi)展研究工作，無(wú)論它將我們引向何方，我們對一些想法的探索都是為了享受這個(gè)過(guò)程中的樂(lè )趣，但是在微軟研究院，我們有義務(wù)將這些工作在現實(shí)世界中實(shí)現。事實(shí)上，這也是產(chǎn)業(yè)界科研機構與學(xué)術(shù)界研究實(shí)驗室不同的根本原因。這不僅適用于應對我們近期業(yè)務(wù)上的挑戰，或實(shí)現推動(dòng)行業(yè)向前邁進(jìn)一兩步的成就，還適用于我們對所處領(lǐng)域及其在世界上的位置的更廣泛思考。

現在我會(huì )這樣來(lái)思考：我會(huì )提出一個(gè)問(wèn)題，從現在起1年后、10年后、30年后，世界將會(huì )面臨哪些不可避免的問(wèn)題？我舉幾個(gè)例子。

如果微控制器將不可避免地在未來(lái)幾年轉向14納米處理器，那我們今天應該進(jìn)行哪些物理系統方面的研究？

如果未來(lái)10年我們的人口不可避免地愈發(fā)老齡化，我們將遭受更多與年齡相關(guān)的神經(jīng)系統疾病，那我們今天應該支持和開(kāi)展哪些健康和生命科學(xué)研究？

如果20年后我們將不可避免地擁有強大而有效的人工智能，那么我們今天應該從事哪些社會(huì )科學(xué)和可信計算的研究？

如果氣候危機不可避免，而且在本世紀中葉就會(huì )面臨更加緊迫的問(wèn)題，那我們應該如何使用計算來(lái)加速氣候科學(xué)的發(fā)展，并找到減輕或預防未來(lái)災害的方法？

我希望也要求微軟研究院的每個(gè)人，永遠不要忘記科學(xué)研究背后的永恒原則。正如 Flexner 在《無(wú)用知識的有用性》中所寫(xiě)的那樣，它是激勵所有科研人員開(kāi)展工作的核心，但同時(shí)，因為認識到我們在全球最重要研究機構群體中的位置，我們也有義務(wù)從現實(shí)世界出發(fā)，選擇我們的研究課題和研究目標。那可能是許多年后的世界，也可能就是今天，但就其必然性而言，它是真實(shí)存在的。

作為全球研究共同體的一員，微軟研究院在此真誠地表示，這是我們做出重要貢獻的方式，我們非常榮幸能夠成為其中的一份子。

為了更深入地探討這個(gè)問(wèn)題，并對即將到來(lái)的第四個(gè)十年進(jìn)行思考，我希望可以借此機會(huì )分享一下我與 Rick Rashid 關(guān)于這個(gè)問(wèn)題的對話(huà)。Rick 是微軟研究院的第一任院長(cháng)，也是第一名員工，當然也是微軟研究院的創(chuàng )始人。

在加入微軟之前，Rick 曾在卡內基梅隆大學(xué)擔任教授。他的眾多成就之一，是開(kāi)發(fā)了模擬微系統的內核，這是當今廣泛使用的幾種操作系統的基礎。他領(lǐng)導著(zhù)微軟研究院一直到2013年，現在仍然作為榮譽(yù)退休研究員與我們一起共事。

這里，分享一個(gè)我自己的故事。我加入卡內基梅隆大學(xué)計算機科學(xué)學(xué)院擔任教職時(shí)，Rick 也是那里的教授之一。記得那天我正坐在位于韋恩大廳的辦公室里，Rick 來(lái)到我的辦公室告訴我，他要加入微軟，創(chuàng )建一個(gè)全新的研究院。當時(shí)我不能確定這是不是一個(gè)好主意，但不得不說(shuō)，Rick 成功了。這里很榮幸能與大家分享我們之間的這次對話(huà)。

左：微軟全球資深副總裁、微軟研究院負責人 Peter Lee，右：微軟研究院創(chuàng )始人 Rick Rashid

微軟研究院創(chuàng )始人 Rick Rashid：我認為對微軟研究院而言，很重要的一件事是將學(xué)術(shù)刊物作為我們取得成功的關(guān)鍵標準之一，這幫助我們成為全球領(lǐng)先的研究機構之一，同時(shí)這也確實(shí)是我創(chuàng )建微軟研究院的主要目標之一。但我們衡量自己的方式之一是看我們對學(xué)術(shù)界的影響，不是我們發(fā)表了多少篇論文，而是這些論文的影響力如何？ 

Peter Lee：是的。你認為第四個(gè)十年里最重大的事情是什么？

Rick Rashid：有幾件事情我認為是接下來(lái)幾乎不可避免要發(fā)生的。我不知道是否會(huì )在十年內，但也可能會(huì )在下個(gè)十年內發(fā)生。我認為，一個(gè)就是機器學(xué)習、程序分析和程序證明工具的結合。我們將進(jìn)入這樣一個(gè)時(shí)期，軟件更多的是由機器生成而不是人類(lèi)編寫(xiě)的。

這將對我們如何看待計算，如何看待計算機，以及如何看待產(chǎn)品的生產(chǎn)和使用方式都產(chǎn)生重大的影響。我們已經(jīng)看到了相當多的例子。它們正悄悄地來(lái)到我們身邊。事實(shí)上，今天我們系統中由機器生成的代碼量已經(jīng)相當多了。這些機器生成的代碼大部分都非常簡(jiǎn)單，不會(huì )太復雜，但它會(huì )變得越來(lái)越復雜。這有點(diǎn)類(lèi)似于2000年至2010年間，由于深度學(xué)習技術(shù)的發(fā)展，我們突然間就能夠極大地擴展那些系統的能力了。從2010年到2020年，甚至是現在，我們見(jiàn)證了傳感技術(shù)的爆炸式增長(cháng)。

無(wú)論是自然語(yǔ)言、計算機視覺(jué)、自動(dòng)駕駛汽車(chē)，還是其他你能說(shuō)出來(lái)的技術(shù)，在那十年里都發(fā)生了巨大的變化。我想我們已經(jīng)看到了機器生成代碼的早期成果，確實(shí)產(chǎn)生了一定的影響。不過(guò)我認為，當我們開(kāi)始應用機器學(xué)習技術(shù)，并且對軟件和編程在規范制定和代碼開(kāi)發(fā)角度有了更深入的理解后，這將產(chǎn)生巨大的機會(huì )和重大的影響。

我們在前三十年所探求的研究挑戰，其共同點(diǎn)是都專(zhuān)注于用計算解決計算本身的事情，比如讓計算機更強大、更可靠、更安全、更易于編程、更易于訪(fǎng)問(wèn)，有時(shí)候只是為了使用起來(lái)更加有趣。然而，現在計算技術(shù)已經(jīng)融入到了我們整個(gè)社會(huì )之中，因此我們無(wú)法再將計算領(lǐng)域面臨的研究挑戰與社會(huì )共同體所面臨的更廣泛的挑戰區分開(kāi)來(lái)，包括氣候、醫療、信任、包容性和復原力。

我們所屬行業(yè)的成功，從根本上取決于一個(gè)健康、安全的世界，在這個(gè)世界里，人們有能力取得更多成就。在微軟，我們業(yè)務(wù)的增長(cháng)取決于人們是否能夠通過(guò)協(xié)同工作而取得成功。

簡(jiǎn)單地說(shuō)，當世界繁榮時(shí)，微軟才會(huì )繁榮，而達成這一目標比以往任何時(shí)候都更依賴(lài)于科學(xué)的進(jìn)步。簡(jiǎn)而言之，這是一個(gè)科學(xué)的時(shí)代。

現在，我們已經(jīng)從利用研究來(lái)解決計算機問(wèn)題的時(shí)代，邁入到使用跨學(xué)科研究來(lái)幫助計算機技術(shù)為人類(lèi)解決問(wèn)題的時(shí)代。因此，微軟研究院作為一個(gè)研究社區，所從事的計算機科學(xué)和其他所有工作都變得越來(lái)越重要。計算機科學(xué)的進(jìn)步可以加速所有科學(xué)的發(fā)展，我們行業(yè)交付的產(chǎn)品和服務(wù)可以對社會(huì )產(chǎn)生直接而強大的影響。我們在這里所做的工作比以往任何時(shí)候都更有可能改變世界。

這里我舉一個(gè)例子，在本周的研究峰會(huì )上，你可能聽(tīng)說(shuō)了我們最新成立的實(shí)驗室——微軟阿姆斯特丹研究院。在那里 Max Welling 和他的同事們正在從事分子模擬方面的基礎工作，將我們現在擁有的巨大計算能力投入到模擬現實(shí)的任務(wù)中，直接模擬單個(gè)原子和分子的行為。

想一想，是什么激發(fā)了這項研究？什么事情將成為可能？我們是否以及何時(shí)能夠成功？如果成功的話(huà)，我們將能夠以這些基礎能力為依托，在醫療健康、氣候科學(xué)和材料科學(xué)等領(lǐng)域取得難以置信的突破。如果將它與人工智能方面的進(jìn)展相結合，那么將能夠幫助科學(xué)家們探索和理解其所涉及的海量數據，讓數據產(chǎn)生價(jià)值，這其中蘊含的可能性是驚人的。

這些是微軟研究院進(jìn)入第四個(gè)十年時(shí)，我們的一些夢(mèng)想。我們的研究涵蓋不同學(xué)科，從系統與網(wǎng)絡(luò )到數據庫、安全、密碼學(xué)、人機交互、經(jīng)濟學(xué)、社會(huì )科學(xué)等等。未來(lái)的每一次進(jìn)步都可能對世界產(chǎn)生影響。

在此次微軟研究峰會(huì )上，你將聽(tīng)到我們的研究員與其在學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的合作伙伴，共同探討計算機科學(xué)和其他學(xué)科的最新進(jìn)展，這些進(jìn)展將會(huì )推動(dòng)基礎技術(shù)和人類(lèi)知識的進(jìn)步，賦能人類(lèi)創(chuàng )造力與成就，培育具有復原力、可持續、健康的全球社會(huì )，并確保技術(shù)值得信賴(lài)，可造福于每一個(gè)人。

大會(huì )期間你所了解到的每一個(gè)項目都是源于好奇心——當我們看到現實(shí)世界中的某個(gè)問(wèn)題，就想知道計算機科學(xué)怎樣才能幫助解決它；看到某個(gè)領(lǐng)域的突破，會(huì )思考如何更廣泛地應用它；看到具有巨大潛力的新技術(shù)，會(huì )努力尋找新穎的應用。在這周的活動(dòng)上，你可能不會(huì )聽(tīng)到我們的某些研究，我們的某些探索，主要是因為這些項目目前還沒(méi)有太多進(jìn)展，但是有些項目已經(jīng)取得了進(jìn)展，并且結果令人震驚。

我想講一個(gè)關(guān)于語(yǔ)音翻譯的小故事。很多年以前，我們從事語(yǔ)音識別和機器翻譯研究。這基本上是探索計算極限的一項“藍天”工作。從那開(kāi)始，我們最終創(chuàng )造出的技術(shù)捕捉到了深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的重大進(jìn)步。之后，基于此，我們開(kāi)展了以任務(wù)為導向的研究工作，從而開(kāi)發(fā)出了一種能夠集成到 Skype 和 PowerPoint 等產(chǎn)品中的新技術(shù)。最終，通過(guò)在產(chǎn)品中的應用，我們幫助有聽(tīng)力障礙的學(xué)生走進(jìn)了教室學(xué)習。

正是這種探索之旅，從天馬行空的思考，到創(chuàng )新發(fā)明，到以任務(wù)為導向的研究，再到應用在現實(shí)世界中——這就是我們的研究精神，也是激勵著(zhù)我們每天早上走進(jìn)研究院的動(dòng)力。

感謝大家，祝大家度過(guò)愉快的一周！