從怎樣分辨蘋果甜不甜說起，聊一聊英偉達的“怪獸芯片”

5月10號的一場發佈會，讓英偉達的股票瘋漲了18個點。在公佈和豐田合作方案、GPU雲平臺、機器人AI虛擬訓練系統Isaac等等表因背後，更深層的還應該是英偉達新一代Volta架構在硬件上取得的突破。

Volta架構擁有全新的張量運算指令Tensor Core，能夠將深度學習神經網絡的訓練速度提高12倍，同時也將提高深度學習的推理速度。

可能很多人對於這條新聞的理解就停留於股票瘋漲，下面就分別來談談深度學習神經網絡、深度學習訓練和深度學習推理這三個看似複雜，實則簡單的名詞。

深度學習神經網絡

神經網絡四個字之所以讓人覺得高深，或許是因為它聽起來很像是用機器模仿生物。實際上，神經網絡並非是在物理上用某種材料模仿人的神經，而是從抽象層面去模仿人的思維方式。

人類的思維方式有兩種，一種是邏輯思維——簡單來說是通過一步步的推論得出對事物的結論。另一種則是形象思維——對事物的客觀形象進行感知並儲存，通過事物的特徵去把握規律，最終通過聯想、想象的方式進行表達。

從生物學上來講，人體的大量神經元、細胞、觸點等等連接構成神經網絡，對信息進行感知、分析和判斷。注意，當我們用這種思維方式處理信息時，主要依靠的是神經元之間的互相作用。

而我們所提到深度學習神經網絡，就是在模仿人體神經元之間的互相作用。

深度學習訓練

當我們在購買了一個自認為美味的蘋果時，或許取決於它的飽滿程度、它的顏色和氣味。我們所認識到蘋果的種種特徵與蘋果是否美味之間的關係，就是神經元之間的相互作用的結果。

當我們用機器模仿人腦運作時，我們希望看到的是機器擁有輸入（蘋果的特徵）和輸出（蘋果是否好吃）兩個元素時，自己就能夠總結出規則（什麼樣子的蘋果好吃或難吃）。

本質上來說，這是一個學習的過程，所以神經網絡和深度學習常常相伴出現。

如果我們希望機器能夠分辨蘋果的味道，我們應該做什麼？顯然是讓它像品鑑師一樣，“品嚐”大量不同的蘋果。這一過程，就是深度學習神經網絡的“訓練”。

我們“輸入”給機器一個蘋果，詢問它這個蘋果是否好吃，機器看到的不僅僅是一個蘋果，而是蘋果的顏色、大小甚至於表皮上有多少斑點這一類人腦無法識別的特徵。當它錯誤的輸出好吃或不好吃的結論時，它會根據蘋果的種種特徵向上回溯，思考自己究竟是在顏色、大小還是哪一種特徵中出了錯誤。當我們給它足夠多的蘋果時，它就會領悟到好吃的蘋果應該是什麼樣。

深度學習神經網絡的訓練就像是在走迷宮，“輸入”的蘋果是迷宮的入口，而其中蘋果的千百種顏色、千百種形狀是迷宮中複雜的岔路，而出口只有一個，那就是好吃。機器發現在青色蘋果這一條岔路中碰了壁，就會回到岔路口，嘗試紅色、黃色等等路口能不能走出去。當機器走遍所有岔路，走出迷宮時，它自然學會了那種蘋果是好吃的。

深度學習推理

在訓練過程中，深度學習神經網絡已經做的很偉大了——它沒有味蕾卻能判斷蘋果的味道。目前不斷髮展的硬件技術，也可以讓這一計算過程所需時間逐步減少。

可問題在於，即使深度學習神經網絡“可以”找到迷宮正確的出口，可他每一次尋找同一個迷宮出口的方式都是將整個迷宮行走一遍。那所謂“訓練”二字的意義就不復存在。

這也是為什麼，神經網絡需要推理。

當機器領悟到：紅色、有香氣的蘋果=好吃，給它一個綠色的蘋果，它將不再去“聞”綠蘋果是否有香氣，而是直接給出不好吃這個答案。說白了，訓練是機器在迷宮中找到正確路線，而推理則是把迷宮中所有錯誤的岔路都堵住。

這時我們再回頭看英偉達Tensor Core提到的訓練速度提高和推理速度提高就能明白，Tensor Core讓機器提高了“找到”迷宮出口的速度——這一部分主要應用的是並行計算，讓機器擁有“分身”，可以同時出現在數個岔路口判斷此路通否，也讓機器提高了在迷宮正確路線上行走的速度——也是對GPU性能最大的考驗。

在英偉達專注的自動駕駛領域，深度學習神經網絡是被應用極多的技術之一，駕駛系統要不斷的被輸入行駛時的多種情況——從天氣到路況再到周邊車輛，再輸出自身的反應——是否加速、是否停車等等。

相比判斷蘋果的美味與否，我們可以這樣形容雙方計算量的差異，判斷蘋果的美味與否是讓機器在二維平面中走出迷宮，而深度學習神經網絡於自動駕駛的應用，恐怕是讓機器走出一個五維立體的舉行迷宮，其中也許還分佈著幾個蟲洞。

對於英偉達這樣的硬件廠商而言，能做到的就是不斷增強硬件的計算能力，提高機器在迷宮中的移動速度。幫助我們更快的找到新世界的出路，大概這也是一切技術的價值所在吧。

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