人工智能关键技术知识图谱,人工智能关键技术

　　人工智能（AI），可以说是科技信息时代的大飞跃，既具备一定的类人逻辑性，又具备强大的计算能力和数据存储能力。虽然，目前业界并不处在一个良好的投资状态，但AI 技术依旧被认为是下一个带来巨大经济效益，提高社会生产力的巨大突破点。

　　事实上，在过去的这两年时间里，AI、机器人、自动驾驶等概念已经成为最前沿的文化、政治名词。很多研究认为，人工智能关键技术我们目前正处于这样一个技术拐点：计算能力更强更快，数据源更丰富，深度学习算法趋于成熟，专业的硬件（芯片）和开源代码逐渐崛起，越来越多的实用性AI应运而生。

　　AI背后的三大推手：数据、芯片、算法

　　1、移动网络大量普及 数据结构化或爆发

　　数据可以说是机器学习的关键。分布全球的无所不在的互联设备，包括移动设备、物联网等，使得非结构化的数据大量增长，也就是说，机器学习算法能够用来模拟、训练和测试的数据源更加充足。

　　仅以特斯拉互联汽车为例，截至目前，特斯拉总行程78000万英里，公司平台额外驱动的互联汽车也行驶了 100万英里。无线运营方面，Verizon8月公布了新的传输标准，使得远程传感器联通云端软件的速度更快。同时，新的5G网络也将促进传输数据，IDC预计截至2020年，年均数据量将达44泽字节（也就是44万亿字节），未来五年复合年增长率将达141%，大数据技术将逐渐渗透实用领域。

　　与此同时，移动网络建立大规模数据库和云端处理技术的成本也在不断降低。智东西也曾在111期智能内参援引世界经济论坛指出：预计不用三年，将有90%的人拥有被广告商支持的无限的免费数据存储。这是因为，硬盘驱动器的成本持续下降，激励着数据的创造。事实上，近90%的数据是过去两年中创建的。

　　2、GPU应用大势 新硬件更适配并行结构

　　GPU被认为是低成本、高计算能力的处理单元，特别是针对云端服务和新的神经网络结构，它能提高准确性和计算速率。基于GPU的并行结构允许更快的机器学习培训体系，远远优于目前广泛使用的基于CPU的数据架构。此外，通过额外的显卡网络，GPU体系可以加快迭代，实现更为精确的快速培训。

　　芯片浮点能力发展之快可以以NVIDIA GPU（GTX 1080）为例：该芯片性能为9T浮点运算，价值约700美元，也就是每G约8美分。参考1961年的IBM 1620，不考虑浮点运算能力的话，通过串联实现的每G浮点运算需耗9万亿美元。

　　智东西也曾在102期智能内参中强调GPU的市场前景，并分析市场份额。相比于CPU，GPU 具有数以千计的计算核心，及强大、高效并行计算能力， 可实现 10-100倍应用吞吐量，特别适用于AI 海量训练数据情形。目前深度学习解决方案几乎完全依赖 （NVIDIA的）GPU。

　　3、算法不断优化 大公司推动开源

　　越来越多的算法研究推动着深度学习的实用性，伯克利、谷歌、Facebook也纷纷公开自家的源代码框架，也就是Caffe、TensorFlow和Torch。源代码的开放吸引着越来越多的软件开发者尝试新的算法，不到一年，TensorFlow就以及该形成了一个活络的存储库GitHub，作为目前最大的开发商合作网站。当然，并不是所有的AI都出自于开源框架。

　　AI产业的三大类布局

　　从技术更新周期来看，过去50年，计算机在摩尔定律的推动下不断进步，仅仅在系统框架方面，计算能力、存储容量带宽、编程语言转换都有很大的进展。参见90年代技术变革带来的经济繁荣，推动了软件、硬件、网络公司的整改。公共软件公司1995至今市值从2亿美元暴涨到5亿美元，只有2000年左右趋于平缓。显然，AI也有这样的趋势，引领硬件、软件、数据和服务提供商等领域的增长。事实上，谷歌、亚马逊、微软和Salesforce自2014年来就已经完成了17起AI相关的收购。

　　目前，科技大佬和风投人主要关注的有三个方面：DIY，也就是自主建立自己的人才和数据库，推出新的AI栈，主要玩家包括微软、谷歌、亚马逊和百度；咨询服务，为垂直和特定的领域提供专业的AI咨询，如IBM的沃森；开发服务型AI（AI-aaS），如谷歌图片识别模型。

　　1、DIY趋势：云平台和开源

　　高盛咨询了各大公司和风投机构，总结认为，AI或者机器学习（ML）将被互联网公司大量的使用，这就需要有效数据收集和相关人才稀缺。不过，随着移动互联设备和物联网的普及，数据量越来越多，数据收集变得越来越容易。

　　目前，AI堆栈与其人工智能关键技术他前沿技术最大的区别在于，大部分的机器学习严重依赖于开源技术和基于云平台供应商的服务。这是因为，AI和ML需要大量数据支持，并且按需计算。目前，AI主要的基础技术投资都来自于微软、谷歌、亚马逊等云服务提供者，其中，云运算的首选是GPU和FPGA，它们能够进行并行的，快速的数据处理。很多公司都会购买这些开源或者云服务来帮助开拓客户，减少运营成本。

　　2、咨询服务：资本弥补技术差距

　　人才缺乏为IBM、埃森哲和德勒等公司的资讯服务营造了市场环境。因此，机器学习的相关人才有着非常大的机遇，甚至有组织举行数据科学大赛，提供奖励。

　　3、AI-aaS：或将造就最大蓝海

　　AI需要独特的数据集和专业的人才，这似乎使得五年内看到大量AI公司成为一件奢望。事实上，最可能的情况是，公司们利用AI提供商的数据和框架等来创造附加价值的AI服务，也就是API，研发AI应用程序是最基本的例子，尤其是图像识别和语音识别等。目前，谷歌和微软都提供收费API，开发者可以讲该API嵌入自己的应用程序，提高产品定位和水平。

　　AI-aaS应用于垂直领域可以帮助大公司组合数据，构建机器学习模型，卖给合作伙伴或者客户、供应商。初创公司也可以据此构建专门的数据集，用于诸如医学成像、广告、零售等领域。

　　值得注意的是，除了这些高端技术层面，跟我们更为密切的AI应用即聊天机器人（聊天程序，bots），这被认为是未来人机交互的入口，尤其是自然语言识别、讯息平台和虚拟助手，是目前技术关注的关键点。

　　1、AI农业规模达200亿美元

　　基于传感器和卫星等技术提供的有效的视听数据，机器学习有望帮助增加作物产量（即繁殖能力），减少肥料和灌溉成本，协作作物和牲畜疾病的早期检测，降低劳动力成本，帮助收获后进行分类物流，进入市场。

　　2、金融服务规模达340-4302亿美元

　　机器学习和人工智能在金融服务行业有广泛的应用,随着数据集的丰富，AI可以用于投资决策、信贷风险概况等，利用更少的时间处理更为丰富全面的市场信息，提供专业可观，甚至更准确的分析。

　　3、AI医疗每年能省540亿美元

　　机器学习在医疗方面的可用性非常广，能够提供实时监测，帮助发现高回报的技术和药物，帮助测试分析、优化治疗。预计随着机器学习的人工智能的技术逐渐成熟，将推动药物研发过程，每年减少260亿成本支出，同时还能驱动医疗信息高效化。

　　4、零售业年均消费540亿美元省410亿美元

　　线上对线下已经被证实是对传统零售业的挑战，电子商务可以积累大量的客户信息，基于这些数据，AI零售可以帮助企业更好的为目标客户服务，更有效的传递产品信息。

　　5、AI能帮助能源工程节约1400亿美元

　　石油和天然气行业的探测和采炼有时处在极端条件，因此设备和工艺的可靠性很重要，影响着项目的经济效益。为了避免操作失误，这个行业往往采用了过渡冗杂的工程化设备和过多的人力。事实上，AI可以帮助设计更为可靠的设备和流程，降低资本支出和运营成本，预计未来时间，基于AI的能源工程可以帮助节省1400亿美元的开支。

　　可以看到，硬件、开源算法、云服务已经成为必争之地。

　　1、谷歌：贯彻软硬件结合的理念

　　谷歌，或者说现在的Alphabet，已经建立了独一无二的AI检索算法，在自然语言处理上面颇具优势，并应用于谷歌搜索，预计还将在谷歌智能家居生态中大显身手。公司的开源软件库/云计算平台TensorFlow还在结合了很多前沿的硬件加速器，推出新的AI张量处理单元TPU。此外，收购的DeepMind也在击败李世石的战役中一举成名。

　　2、亚马逊：筹备开源服务

　　亚马逊AWS在云服务的布局已经颇具优势，2015年4月，公司宣布推出机器学习服务亚马逊ML，提供针对性的用户体验。今年5月，亚马逊推出了自家的开源软件DSSTNE，帮助建立深度学习开发库。

　　3、苹果：活跃的收购者

　　过去一年间，评估已经收购了Emotient、Turi、Tuplejump等AI创业公司，并雇佣了之前在NVIDIA从事GPU软件项目的Johnathan Cohen，并找来Ruslan Salakhutdinov作为其AI研发部主管。Siri可以算作苹果在AI方面最主要的成就之一，此外，苹果大脑的传言也甚嚣尘上。

　　4、微软：力推基于GPU和FPGA的云

　　微软首席执行官纳德拉介绍称，微软正在建立“民主化的AI（democratizing AI）”，目前AI研究小组员工人数超过5000人，目标在于改变人机体验和交互技术，小娜是比较有代表性的一个成果。此外，公司还在建立基于GPU和FPGA的云（Azure）方面做努力。

　　5、Facebook：开源工具组建开发者社群

　　Facebook在AI方面的主要布局集中在建立开发者社群，开源Torch、Chef、fastText、BigSur 等一系列 AI 工具及资料库，并推出具体的应用程序，比如已经出现的图象识别、语音文字转换和智能翻译等。

　　6、Salesforce：建立云生态

　　2014和2015年，Salesforce开始利用自家电开发平台执行云机器学习任务。公司还收购了Minhash,、PredictionIO、MetaMind等AI公司，目的在于建立云销售、云营销、云服务、云社区、云物联网、基于云的应用程序等。

　　7、NVIDIA：借力GPU大势

　　GPU在之前的计算机应用不多，但AI算法给了它莫大的基于，目前，几乎所有的AI算法都采用了NVIDIA的GPU，虽然英特尔也在加快研发新的替代芯片FPGA，但目前来看，GPU依旧是比较好的选择。借此大势，NVIDIA还专门设计了全球首款针对深度学习的GPU架构（Pascal 架构） 。

　　8、英特尔：加快芯片研发

　　GPU的大势让英特尔感到了危机，英特尔收购Nervana systems和Altera，加快FPGA的推进，在运算速度和编程灵活性取得一系列进展。2016年中期，英特尔推出了至强二代，用于智能家庭产品的网络服务和云服务。

　　9、Uber：合作汽车制造商

　　Uber在AI方面的主要布局更趋近于物联网，尤其是汽车传感器。2016年9月，Uber在匹兹堡推出了自动驾驶试点项目，并于卡内基梅隆大学教授、汽车制造商合作，研发基于传感器获得的数百万数据点，建立安全、有序、自动的交通模式。

　　10、IBM：沃森成AI之星

　　IBM在AI方面的布局很早，公司在全球的AI研发每人元超过3000名，专利超过1400项，覆盖云计算和硅纳米科学，其超级智脑沃森在自然语言处理和模式识别、非结构化数据处理方面有着出色的表现，已经应用于虚拟代理，帮助金融、医疗等合作伙伴处理和分析数据。

　　11、中国方面：BAT着力构建神经网络

　　目前，国内对于AI的支持力度也比较大，在学术方面也有很是很大的研究热点。学术机构，以及百度、阿里、腾讯等公司也在语音识别、图像识别、神经网络、自然语言处理等方面都有重要的突破。艾瑞咨询认为，国内AI市场

　　将从2015年的12亿元增至2020年的91亿元。