【Arm 專欄】人工智慧對人類的未來是好或壞? 讓 Arm 機器學習專家為你說分明

我們已經被人工智慧包圍,目前我們仍處於這場科技和生活革命的早期階段,然而這些 AI 應用會產生更多對於人工智慧運算週期和能源的需求,所以這一切是值得的嗎?
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人工智慧將會拯救或是毀滅人類的未來? Arm 機器學習部門專家認為能源密集型人工智慧將成為推動全球永續發展的重要工具。

我們被人工智慧 (AI) 包圍,當你使用網路、拍照、看電視或使用字詞預測時,你正在與人工智慧互動,目前我們仍處於這場科技和生活革命的早期階段。但人工智慧可能需要大量的電力,研究人員發現訓練現代人工智慧演算法時所需耗費的電力相當驚人。人們使用人工智慧的方式很多,例如用來尋找貓,即使把此類應用移除,限制在對人類有明顯助益的應用上,例如醫療診斷等,然而這些 AI 應用仍然會產生更多對於人工智慧運算週期和能源的需求,所以我們又回到原點:這一切是值得的嗎?

簡而言之,我們的結論是這一切是值得的,倘若人工智慧能夠有遠見的被加以使用,人工智慧將成為我們推動全球永續發展最重要的新工具之一,原因如下:

1. 人工智慧正變得更有效率

雖然早期的人工智慧主要是在功能方面的競賽,以及相關的指數能耗需求,但最近的焦點已經轉向更高效的人工智慧演算法、優化工具和為高效人工智慧調整的專用處理器,這些都帶來了巨大的能源效率提升。

若只考慮晶片,2020 年 Arm 發佈了 Cortex-M55 CPU 和 Ethos-U55 microNPU,用於增強物聯網裝置中的機器學習 (ML) 處理。單 Cortex-M55 就提供了 7 倍的 ML 性能提升,每瓦性能提升 6 倍,若將這兩種處理器結合在一起,性能可提高 50 倍,效率提高 25 倍。除了 Arm 之外,GPU 在資料中心為有效率地處理人工智慧發揮關鍵作用,許多新創公司也都在為人工智慧開發處理器,我們稱此為為「性能- 完美迴圈」。通常,當一種創新出現時,公司就會持續追求更好的性能,一旦功能達到「夠好」的水準,對效率的追求就展開了,人工智慧目前正圍繞此迴圈努力。

2. 人工智慧任務將從雲轉移到本機裝置

在需要人工智慧的地方運行,例如在我們周圍的裝置上運行,可以減少頻寬、成本和能耗。考量一台聲控咖啡機,如果製造商選擇在雲運算處理消費者的語音指令,那麼為每台裝置每年提供支援的成本可能為 15 美元,由於裝置平均壽命為 5 到 10 年,一台聲控、雲驅動的咖啡機將虧損,但在本機上執行人工智慧則幾乎沒有任何開銷,人工智慧推理將轉移到本機裝置,而複雜的、一次性的「訓練」目前仍將留在雲端,但隨著時間的推移,我們將會看到它也朝向邊緣和裝置移動。

3. 人工智慧有讓幾乎所有會消耗功耗的裝置變得更高效的潛力

根據全球最大的泵 (pump) 製造商 Grundfos 指出,泵消耗了全球約 10% 的電力,其中 90% 是低效率的。透過人工智慧控制,即使僅能提升一半的潛在效率,也可以減少全球 1 - 2% 的電力消耗。本地化的 AI 控制在這個領域已經變得很普遍,且將隨著時間更普及。

甚至像建築管理系統此類已經從數位控制中受益的設計,也能透過人工智慧和 ML 得到改善,因為它們能夠根據交通模式提供更好的預測和反應,一些數據指出,透過良好的處理,數位技術可以減少 15% 的排放,將能源花在高效且本機化的人工智慧上,對於實現巨大的電力節約極具潛力。

4. 人工智慧將使世界更加多樣化

人工智慧將迅速擴展,Google 使用人工智慧透過天氣資料等資料將資料中心的冷卻降低了30%,接著,它試驗負載轉移,也就是把非緊急的任務,轉移到人工智慧演算法預測風能和太陽能能供應更大 (也就是更便宜) 的時段。現在,Google 正在研究從一個資料中心移至另一個資料中心的滾動式應用,以儘可能地利用可再生能源,累積的效應能更顯著地提高資料中心的效率、永續性和更具經濟性。

5. 有些設計已經到位: 例如更智慧的 AI 冰箱

假設現在是天氣炎熱的深夜,而你有點餓,大多數人可能會走向冰箱拿出一瓶清涼飲料與食物。大約有 3,500 萬個美國家庭擁有兩台冰箱,其中 600 萬家庭擁有三台或三台以上的冰箱,而冰箱,作為一種需要永遠插電的設備,通常是家庭用電的第二大來源,消耗了家庭總能源消耗的 7- 13%,地區效率法規使得冰箱效率改善,加上人們對能源消耗的影響以及其在應對氣候危機中所應該扮演的角色的認知逐步提高,因此人工智慧在冰箱效率上有更進一步能提升的潛力。

以 Arm 的合作夥伴、土耳其一家大型家電製造商 Arcelik 為例,Arcelik 是全球最大的家電製造商之一,它擁有包括 Grundig 和 Beko 在內的 11 個品牌,Areclik 了解消費者希望購買可靠品牌的產品,為了儘量減少對環境的影響,Areclik 一直將永續發展作為研發過程的核心,從而開發出像 BioFridge 這樣的產品,它是由高性能、基於植物的生物塑膠製成,碳足跡比普通塑膠低了 80%。

除了材質之外,冰箱的工作原理是使內部循環的製冷劑蒸發,從而冷卻周圍區域。為了啟動該過程,製冷劑由壓縮機加壓並冷卻成液態。然後透過膨脹裝置降低製冷劑的壓力,將其從液體變成氣體。然後將其重新壓縮,並重新開始該過程。由於冰箱大部分能源的消耗來自壓縮機在迴圈冷卻液時的開啟和關閉,所以降低耗電一個方法是優化循環系統,或是提高導熱係數,例如升級壓縮機或引入其他形式的隔熱材料,如真空隔熱板,然而,以真空隔熱板為例,雖能帶來 10% 的節能但將使零售價增加 30% 以上,顯然,這並非能持續的解決方法,因此 Areclik 決定借助 Arm 創新的技術來解決方案,從不同的角度來解決這個問題。

一般情況下,壓縮機運行得越快,能帶走的熱量就越多,電力成本就越高,Arcelik 的人工智慧冰箱利用 Arm Cortex-M 類處理器來平衡壓縮機速度和功耗,在硬體限制和標準和產品壽命規定的最短工作/停止時間內工作,Arm Cortex-M 不僅小巧但功能強大,還能存取 Cortex-M 的軟體庫、工具和優化流程,在不增加材料成本下提升效能。Arcelik 開發了一種輕量的強化學習 (Reinforcement Learning; RL) 演算法,能分析當地的家庭行為,而非大量的訓練資料,以盡可能地減少人們開關冰箱門時產生的溫度波動,當波動越小,壓縮機消耗的功率就會越小,由於一般冰箱的溫度波動幅度為攝氏 +/-0.5 度,若能將此波動幅度壓低至攝氏 +/-0.2 度以下,將能使食物保鮮延長 10%,目前每年全球約有價值 1.2 億美元食物被浪費的情況 (約佔全球食物產量的三分之一),也可能因而獲得改善。根據聯合國糧食及農業組織(FAO)的數據,如果將食物垃圾算作一個國家,它將成為僅次於美國和中國的第三大溫室氣體排放國,如果世界公民能夠停止浪費食物,將減少全球總排放量的 8%。

目前 Arcelik 的 AI 冰箱仍在開發中,至今為止,節能可達 10%,明年可能有試用原型。節能冰箱對減少家庭能耗帶來的效益相當驚人,理論上來說,僅在歐洲這些節電量就可以關閉 9 座發電廠,並有助於實現 2050 年全球碳排放量降至零的目標。

我們繼續思考,假設全球安裝了約 10 億支智慧電錶,想像一下,使用電錶可以讓電器與公用事業公司協商節省峰值用電的折扣。峰值發電廠的成本高達數億美元,然而一年只有幾天的使用時間,而且比其他發電廠的排放更高,安裝電表將有機會省下巨額的電量。

要能實現分散式的智慧仍需努力,演算法和處理效率、安全性、資料管理和資料治理都是需要關注之處,我們還將看到作為服務模式的創新,設備製造商將優化和預測性維護服務添加到設備和家電銷售中。儘管如此,努力還是值得的,人工智慧獨特的力量將使我們能夠應對世界上最大的挑戰,而同樣重要的是,未來十年我們累積的經驗和技術將使我們能夠有效率地對應這一切。

2021 Arm 終端 AI 運算生態高峰會

身為主流微控制處理器架構開發者,Arm 在人工智慧解決人類永續性問題的道路上,一直是關鍵的推動者,除了家電業者以 AI 提升冰箱效率,你也能藉由 Arm AI 解決方案在裝置上進行更高效的部署。9 月 14 日於線上舉辦的 2021 Arm 終端 AI 運算生態高峰會,將邀請 AI 技術專家,以及生態系夥伴 TensorFlow、Skymizer、賽微科技 (Cyberon) 與 Edge Impulse 分享開源 ML 框架、AI 解決方案、語言機器學習、AI 系統軟體與指令客製工具,歡迎有興趣的觀眾報名,讓 Arm 與你一起用機器學習提升裝置效能而努力。

報名 2021 Arm 終端 AI 運算生態高峰會 

責任編輯:Mia
核稿編輯:Anny

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百年汽車製造商憑什麼談環境永續?奧迪環境基金會與學生團隊跨界對談,共同為環境努力

作為百年汽車製造商,尤其是像奧迪這樣的大型領導企業,對環境的影響想必是不可忽視。既然如此,奧迪能怎麼做?又能以什麼樣的方式來達成永續?
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奧迪創新獎 Audi Innovation Award (AIA) 是奧迪自2018年起,為了尋找具有創意且能夠改善人們生活方式的新創團隊所舉辦。本屆奧迪創新獎更首度邀請學生團隊加入競賽,獲選的提案將能獲得獎學金。台灣福斯集團暨台灣奧迪總裁安薩瑞(Rahil Ansari)表示,今年奧迪以永續城市為主題,邀請了來自台灣頂尖大學的學生團隊,各自提出他們對城市永續的創意想法,藉由與學生交流,更能為奧迪帶來新鮮氣息,以及充滿活力的新創氛圍。

台灣福斯集團暨台灣奧迪總裁安薩瑞 Rahil Ansari。/Photo Credit: TNL Brand Studio

台灣學生挑戰國際競賽,實踐想法超興奮

本屆的評審委員,也是奧迪環境基金會的資深顧問Matthias Rossmann博士指出,這個深具啟發性的獎項,不僅將德國、台灣的企業與人才匯聚在一起,為了追求一個有意義的共同目標,彼此分享、激盪,是一件相當令人感到興奮的事情;更希望透過學生們新穎的眼光,來點亮這個世界的多種可能。

在台灣的四個團隊中,包括了代表清華大學材料科學與工程學系的蘇姮侒、清華大學工業工程與工程管理學系的林芮伃、臺灣科技大學應用科技研究所的張培旺,以及清華大學材料科學與工程學系的林曜宇。張培旺靦腆地表示,在參加之前,其實並不知道AIA是一個什麼樣的競賽,所以做了很多事前的準備;在實際參加後,更是認同AIA的理念,很高興有機會可以把自己腦中的想法,化為現實可行的作法。而來自清大的蘇姮侒也有同樣的感受,能夠把所學變成所用,甚至更進一步的推展擴大,是這次參加活動最大的收穫。

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刻寫在DNA中的新創力,轉化成永續科技的動能

針對本次競賽的主題「永續城市」,學生們最初的確感到有些困惑。作為百年汽車製造商,尤其是像奧迪這樣的大型領導企業,對環境的影響想必是不可忽視。既然如此,奧迪能怎麼做?又要用什麼樣的角度來談永續?Matthias Rossmann博士認為,事實上,這正是全球的汽車製造商所面臨的挑戰,而奧迪願意正面接受這樣的考驗,並且做出承諾。因此在2009年成立了奧迪環境基金會,就是希望借力使力,將與環境相關的問題,透過科技、技術的力量來解決。藉由解決這些全球性問題的過程中,奧迪環境基金會更期待引發每一位奧迪人對環境的熱情與認識。

奧迪環境基金會資深顧問Matthias Rossmann博士。/Photo Credit:TNL Brand Studio

Matthias Rossmann博士同時也分享了奧迪環境基金會所進行研發的兩個項目。首先是與德國柏林大學合作,用於對付目前無所不在的塑膠微粒的智慧過濾器。這個過濾器被設計成適合安置在城市的下水道系統中,除了直接過濾掉有害的塑膠微粒之外,更重要的是收集這些東西的來源、型式,並且數據化,就能建立城市中的塑膠微粒熱區,以便針對這些地方進行防治、宣導及改善的工作。另一個非常有趣的項目則是與海德堡大學合作,開發配備了先進傳感器技術的無人機,用來監測樹林中的狀態,對於有志於保護植物生態系統的人來說,這無異為最有力的幫手。

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從移動到居住,為下一個世代而生的解決方案

永續、環保的實踐,不再只是自備環保餐具和環保袋而已,奧迪環境基金會把這個影響巨大、需要全球一起努力的環境議題,視為一個創造的契機,一個能夠透過創新思維、前端科技,打造出更適合人們生活的環境的機會,也是幫助我們的地球資源能夠永續循環的機會。

在精彩刺激的競賽之後,2021年的奧迪創新獎AIA圓滿落幕,所有參加的團隊不只具備很強的新創能量,也提出了非常有趣、複雜的設計。而學生團隊的優秀表現,更是令評審耳目一新且印象深刻。Matthias Rossmann博士表示非常期待將來能有機會,與這些學生們一起工作,嘗試更多的可能性。安薩瑞總裁(Rahil Ansari)也提出了願景,希望透過這樣的共識以及共同努力,可以加速打造一個永續的、宜居的、對所有人都更好的,專屬於下一個世代的居住環境。