人工智能（AI）的飛速發(fā)展帶來了巨大的算力需求。AI模型所需算力每100天就要翻一倍，遠(yuǎn)超摩爾定律的18～24個月。5年后，AI所需算力規(guī)模將是今天的100萬倍以上。打破算力瓶頸的途徑無非來自硬件或者軟件。單從硬件角度來看，按照當(dāng)前計算性能的發(fā)展速度，遲早有一天會無法滿足日益增長的需求，因此需要軟件來協(xié)調(diào)統(tǒng)籌計算能力，智能計算成為答案。
AI開啟大規(guī)模算力時代
當(dāng)前，人類社會正從信息社會邁入智能社會，計算已經(jīng)成為規(guī)范和推動社會發(fā)展的關(guān)鍵因素。在萬物互聯(lián)的數(shù)字文明新時代，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)計算已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人類對更高智能水平日益增長的需求。
由于深度學(xué)習(xí)的空前普及和成功，AI已被確立為人類探索機(jī)器智能的前沿領(lǐng)域，并在此基礎(chǔ)上取得了一系列突破性研究成果。2016年3月，DeepMind推出的人工智能圍棋程序AlphaGo與世界頂級人類圍棋大師李世石展開對戰(zhàn)，引起了全世界前所未有的關(guān)注。這場劃時代的人機(jī)大戰(zhàn)最終以人工智能的壓倒性勝利而告終，成為將人工智能浪潮推向一個全新高度的“催化劑”。
人工智能的另一個重要推動者是大型預(yù)訓(xùn)練模型，這些模型已經(jīng)開始廣泛用于自然語言和圖像處理，在遷移學(xué)習(xí)的幫助下處理各種各樣的應(yīng)用。
智能為計算帶來變革
計算能力是支撐智能計算的重要因素之一。由于信息社會中天文數(shù)字般的數(shù)據(jù)源、異構(gòu)的硬件配置和不斷變化的計算需求，智能計算主要通過垂直和水平架構(gòu)來滿足智能任務(wù)對計算能力提出的要求。
垂直架構(gòu)的特點是同質(zhì)化的計算基礎(chǔ)設(shè)施，主要通過應(yīng)用智能方法提高資源利用效率，進(jìn)而提升計算能力。相比之下，水平架構(gòu)協(xié)調(diào)和安排異構(gòu)、廣域（wide-area）計算資源，能夠最大限度提高協(xié)作計算效率。例如2020年4月，為了滿足全球開展新冠肺炎研究而產(chǎn)生的計算需求，F(xiàn)olding@home在三周內(nèi)聯(lián)合40萬名計算志愿者實現(xiàn)了2.5EFlops（每秒浮點運(yùn)算次數(shù)）的計算量，比世界上任何一臺超級計算機(jī)的計算能力都要強(qiáng)。
數(shù)字化浪潮帶來了前所未有的應(yīng)用數(shù)、連接數(shù)、終端數(shù)、用戶數(shù)以及由此產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量的增長，背后都需要巨大的計算能力支持。隨著摩爾定律逐漸失效，要跟上如此快速增長的計算能力要求非常富有挑戰(zhàn)性。此外，智能社會中大規(guī)模任務(wù)的處理依賴于各種具體計算資源的有效組合，傳統(tǒng)的硬件模式不能很好地適應(yīng)智能算法，大大限制了軟件的發(fā)展。
智能計算應(yīng)對挑戰(zhàn)
時至今日，仍然沒有一個被廣泛接受的智能計算的定義。
一些研究人員將智能計算視為人工智能和計算技術(shù)的結(jié)合。這種觀點將智能計算的定義限制在了人工智能領(lǐng)域之內(nèi)，忽略了人工智能固有的局限性以及人類、機(jī)器和事物之間三元互動的重要作用。
另一個學(xué)派將智能計算視為計算智能（computational intelligence），模仿人類或生物智能來打造解決特定問題的最優(yōu)算法，并將智能計算主要視為一種算法創(chuàng)新。
從解決復(fù)雜的科學(xué)和社會問題的角度來看，智能計算需要提出一個全新定義，同時考慮到世界的三個基本空間（人類社會空間、物理空間和信息空間）的日益緊密融合。智能計算是指在支持世界互聯(lián)的數(shù)字文明時代，包含了新的計算理論方法、架構(gòu)系統(tǒng)和技術(shù)能力的全新領(lǐng)域。智能計算根據(jù)具體的實際需要，以最小的成本完成計算任務(wù)，匹配足夠的計算能力、調(diào)用最好的算法，獲得最佳的結(jié)果。智能計算應(yīng)以人為本，追求高計算能力、高能效、高智能、高安全。其目標(biāo)是提供普遍、高效、安全、自主、可靠和透明的計算服務(wù)，以支持大規(guī)模復(fù)雜的計算任務(wù)。
智能計算既不是現(xiàn)有計算機(jī)、云計算、邊緣計算以及其他計算技術(shù)（如神經(jīng)形態(tài)計算、光電計算和量子計算）的替代品，也不是技術(shù)的簡單整合；與之相反，它是一種計算形式，根據(jù)任務(wù)要求系統(tǒng)、全面地優(yōu)化現(xiàn)有的計算方法和資源來解決實際問題。相比之下，現(xiàn)有的主要計算學(xué)科，如超級計算、云計算和邊緣計算，屬于不同的領(lǐng)域：超級計算旨在實現(xiàn)高計算能力，云計算強(qiáng)調(diào)跨平臺／設(shè)備的便利，而邊緣計算則追求服務(wù)質(zhì)量和傳輸效率。
智能計算應(yīng)當(dāng)充分利用現(xiàn)有的計算技術(shù)，更重要的是促進(jìn)新的智能計算理論、架構(gòu)、算法和系統(tǒng)的形成。智能計算動態(tài)地協(xié)調(diào)邊緣計算、云計算和超級計算領(lǐng)域之間的數(shù)據(jù)存儲、通信和計算，構(gòu)建了各種跨領(lǐng)域的智能計算系統(tǒng)，支持端到端的云協(xié)作、云間協(xié)作和超級計算互聯(lián)。
當(dāng)前，隨著大數(shù)據(jù)時代信息技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展，物理空間、信息空間和人類社會之間的界限已經(jīng)變得越來越模糊。人類社會已經(jīng)演變成一個新的空間，特點是人類、機(jī)器和事物緊密融合，社會系統(tǒng)、信息系統(tǒng)和物理環(huán)境構(gòu)成了一個動態(tài)耦合的大系統(tǒng)。在這個系統(tǒng)中，人、機(jī)器和事物以高度復(fù)雜的方式整合和互動，促進(jìn)了未來新計算技術(shù)和應(yīng)用場景的發(fā)展和創(chuàng)新。與此相應(yīng)，智能計算有助于應(yīng)對未來“人類—物理—信息”三大空間融合發(fā)展中出現(xiàn)的新挑戰(zhàn)。（作者 宗文）
