普適計(jì)算的六大必備條件

Arm首席技術(shù)官辦公室創(chuàng)新總監(jiān) Remy Pottier

若要為普適計(jì)算構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)并將計(jì)算融入日常萬(wàn)物，大量試錯(cuò)在所難免。

毋庸置疑，在未來(lái)數(shù)十年內(nèi)數(shù)字化技術(shù)將愈發(fā)普遍。Exponential Group等機(jī)構(gòu)認(rèn)為，數(shù)字化應(yīng)是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的第一步，預(yù)計(jì)至2030年及往后，硬件和軟件將通過(guò)對(duì)建筑、工廠及其他環(huán)境進(jìn)行微調(diào)，幫助減少15%的排放。

隨著電動(dòng)汽車、優(yōu)化ADAS系統(tǒng)以及自動(dòng)駕駛的發(fā)展，已搭載了大量處理器的汽車將成為車輪上的數(shù)據(jù)中心。通過(guò)新型可穿戴設(shè)備或醫(yī)療設(shè)備來(lái)提供醫(yī)療保健和遠(yuǎn)程醫(yī)療往往被視為電子技術(shù)最大的機(jī)遇。

然而，若要為普適計(jì)算系統(tǒng)構(gòu)建經(jīng)濟(jì)有效的生態(tài)系統(tǒng)，則必須進(jìn)行大量試錯(cuò)。作為Arm研發(fā)部門的未來(lái)學(xué)家，我的工作就是展望未來(lái)并制定未來(lái)的路線圖。以某些未來(lái)主義場(chǎng)景為方針，以下是我認(rèn)為必須克服的一些關(guān)鍵障礙。

智能紋身

Neuralink公司啟動(dòng)了一項(xiàng)宏偉的計(jì)劃，他們欲利用腦部和神經(jīng)脈沖將人與計(jì)算機(jī)相連。該項(xiàng)技術(shù)前景誘人——想象一下對(duì)于肢體殘疾或患有衰竭性疾病的人們而言，他們的世界將發(fā)生顯著改變，但同時(shí)也充滿了嚴(yán)重的隱憂。

將處理器直接植入大腦或神經(jīng)元突觸會(huì)給患者帶來(lái)巨大的醫(yī)療風(fēng)險(xiǎn)，升級(jí)的復(fù)雜性不言而喻。另一方面，分析眼動(dòng)或音色的計(jì)算機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)存在固有的局限性——它們僅能夠利用少量且有限的外部數(shù)據(jù)。

智能紋身能夠?qū)?shù)據(jù)傳輸至云端進(jìn)行分析或直接執(zhí)行人工智能功能。它們還可充當(dāng)數(shù)據(jù)進(jìn)入大腦的網(wǎng)關(guān)。

數(shù)據(jù)完整性和系統(tǒng)安全是安全的關(guān)鍵。所需的技術(shù)包括用于抵御分布式拒絕服務(wù) (DDoS)攻擊，以及用于檢測(cè)輸入輸出數(shù)據(jù)或者防止異常脈沖的自動(dòng)暫停按鈕。此外，設(shè)計(jì)人工智能算法和人機(jī)界面以確定用戶的真正意圖也必不可少，譬如，三次快速眨眼或其他簡(jiǎn)單的身體動(dòng)作通常不會(huì)與觸發(fā)鼠標(biāo)點(diǎn)擊的微小動(dòng)作相混淆。

另外，智能紋身還應(yīng)該易于移除。Arm近期發(fā)布了一款柔性處理器的原型以及可印制的柔性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。雖然這項(xiàng)技術(shù)尚處于試驗(yàn)階段，但由技術(shù)組件、制造工具集以及軟件組成的生態(tài)系統(tǒng)很可能在未來(lái)數(shù)年內(nèi)初步成型。

數(shù)字化監(jiān)管鏈

正如加利福尼亞大學(xué)伯克利分校的Hany Farid所展示的那樣，現(xiàn)下，視頻、圖像甚至人聲的深度偽造日益猖獗，檢測(cè)難度不斷提高，且手段也愈加狡猾。甚至在未來(lái)的選舉中，可能通過(guò)一些精選的假信息來(lái)制造懷疑，從而贏得或失去選舉。

試想在元宇宙中發(fā)生惡作劇的可能性。人工智能增強(qiáng)的視頻通話可能被轉(zhuǎn)化為完全偽造、令人信服的對(duì)話，并企圖影響我們的正常行為或決策過(guò)程。在現(xiàn)實(shí)世界中，工業(yè)設(shè)備可能發(fā)送消息，導(dǎo)致員工錯(cuò)誤地停止生產(chǎn)，甚至造成他們無(wú)法針對(duì)嚴(yán)重故障采取行動(dòng)。

對(duì)于智能工廠或汽車等自動(dòng)化系統(tǒng)而言，遇有事故，人工智能決策流程所有級(jí)別上的每個(gè)元件需能夠告知用戶發(fā)生的情況以及因何做出某個(gè)決策（例如，紅燈發(fā)送錯(cuò)誤信號(hào)，LIDAR沒(méi)有檢測(cè)到目標(biāo)等）。

無(wú)論是在現(xiàn)實(shí)還是數(shù)字世界中，我們需要能夠通過(guò)不可變的方式對(duì)信息進(jìn)行跟蹤追溯，最終發(fā)掘真相。數(shù)據(jù)證明服務(wù)和區(qū)塊鏈功能將是必不可少，因?yàn)檫@些能輕松擴(kuò)展，以對(duì)信息進(jìn)行追溯直至找到原始數(shù)據(jù)。雖然此類系統(tǒng)可能無(wú)法證明事情的真實(shí)性，但可識(shí)別中間篡改并確保數(shù)據(jù)完整性。

可溶解的集成電路

2020年，人類迎來(lái)了另一個(gè)充滿爭(zhēng)議的里程碑：人造材料的數(shù)量首次超過(guò)了天然生物料，且每20年就翻一番。從搖籃到搖籃的制造，制造商可通過(guò)重新使用舊材料或部件，助力減少垃圾的產(chǎn)生。

但是，如何通過(guò)可持續(xù)和可擴(kuò)展的方式來(lái)開(kāi)發(fā)、部署并回收智能傳感器或系統(tǒng)呢？可溶解集成電路為生產(chǎn)商提供了一種回收利用元器件的可行方法?？删幊痰目扇芙饧呻娐飞踔磷屛覀兡軌蛘{(diào)整產(chǎn)品功能和美學(xué)設(shè)計(jì)，從而通過(guò)可持續(xù)和可擴(kuò)展的方式實(shí)現(xiàn)批量定制。

空中數(shù)據(jù)中心

雖然數(shù)據(jù)中心和網(wǎng)絡(luò)的功耗在過(guò)去十年內(nèi)相對(duì)平穩(wěn)，但我們?nèi)孕枰粩鄤?chuàng)新來(lái)延續(xù)這一記錄。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)保持著每?jī)赡攴脑鏊?，同時(shí)，人工智能和5G也將擴(kuò)大工作負(fù)載。

幸運(yùn)的是，很多普遍的應(yīng)用程序并不要求超短延時(shí)。冷（和微溫）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和一般計(jì)算負(fù)載轉(zhuǎn)移到納米衛(wèi)星上是可以想見(jiàn)的。雖然這需要對(duì)總能耗進(jìn)行復(fù)雜的計(jì)算，但相對(duì)于地面的數(shù)據(jù)中心，衛(wèi)星數(shù)據(jù)中心具有系統(tǒng)性的優(yōu)勢(shì)——無(wú)需冷卻成本。這毋庸置疑是一個(gè)浩大的工程問(wèn)題，但其所需的大量相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)目前已經(jīng)存在。

人工智能生成的硬件

所有行業(yè)都在經(jīng)歷數(shù)字化轉(zhuǎn)型，電子行業(yè)也必須緊跟這個(gè)趨勢(shì)。在物聯(lián)網(wǎng)(IoT)領(lǐng)域，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)已經(jīng)從應(yīng)用支持平臺(tái)中受益，從而可以更快、更輕松地設(shè)計(jì)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和相關(guān)應(yīng)用。未來(lái)七年內(nèi)，大約有10到20個(gè)此類平臺(tái)達(dá)到合理的成熟度。我們也需要開(kāi)發(fā)類似的支持技術(shù)與工具，協(xié)助電子行業(yè)的各個(gè)細(xì)分市場(chǎng)進(jìn)行硬件與軟件及應(yīng)用的協(xié)同設(shè)計(jì)。

對(duì)于半導(dǎo)體來(lái)說(shuō)，通過(guò)此類半導(dǎo)體設(shè)計(jì)支持平臺(tái)，讓復(fù)雜智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)得以簡(jiǎn)化并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，以簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)人員的工作，這個(gè)目標(biāo)將比我們預(yù)期的更早實(shí)現(xiàn)。一旦設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的龐大數(shù)據(jù)庫(kù)在云端投入使用，可進(jìn)行人工智能分層，比人類更快更好地生成硬件和軟件，并且能夠隨時(shí)投入生產(chǎn)。

神經(jīng)架構(gòu)搜索機(jī)器學(xué)習(xí)工具可以自動(dòng)創(chuàng)建硬件感知的訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，針對(duì)特定機(jī)器學(xué)習(xí)任務(wù)進(jìn)行優(yōu)化。同樣，對(duì)于特定的流程，若能夠以成本函數(shù)的方式表示硬件組件及其關(guān)系，我們應(yīng)該能夠自動(dòng)優(yōu)化和合成適用于任務(wù)的硬件。

相變存儲(chǔ)器(PCM)大展身手

1970年，Gordon Moore在《電子》雜志中預(yù)測(cè)相變存儲(chǔ)器將在十年內(nèi)進(jìn)入市場(chǎng)。這一預(yù)測(cè)并未成真。事實(shí)證明，傳統(tǒng)內(nèi)存和存儲(chǔ)器非常靈活和強(qiáng)大，甚至超出了其忠實(shí)支持者的預(yù)期，而閃存作為時(shí)下更新潮的概念，在傳統(tǒng)半導(dǎo)體存儲(chǔ)領(lǐng)域找到了用武之地。但與此同時(shí)，相變存儲(chǔ)器卻還停留在原型階段，難以投入生產(chǎn)。

然而普適應(yīng)用的物聯(lián)網(wǎng)改變了這一狀況。歸功于混合電子系統(tǒng)，桌子、窗戶、門以及其他一些耐用或不耐用的物件將很快開(kāi)始具備一些新功能，并將變成無(wú)處不在的人機(jī)界面或傳感器。但它們并不會(huì)始終保持連接或接入狀態(tài)，也不包含傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)接口或電池。相反，它們包裹著智能的第二層皮膚，可對(duì)射頻電波、熱量或其他刺激做出響應(yīng)。這必然需要低功耗且非易失性的存儲(chǔ)。你說(shuō)相變存儲(chǔ)器能夠?yàn)槠涮峁┧璧娜萘?、非易失性和功耗嗎?