科技行者美国能源部是这样拥抱AI技术的

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2020年8月19日 18:47:11 科技行者
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凭借一系列研究、计算与资金实力,美国能源部正在率先推动对AI及其应用在各个行业中的相关研究。

来源:科技行者 2020年8月19日 18:47:11

关键字:能源 人工智能

在美国联邦政府下辖的众多部门与机构当中,美国能源部在对科学、技术及创新的关注方面可谓一枝独秀。很多人可能都对能源部旗下极具突破性的实验室、世界一流的研究机构以及拥有顶尖学术成果的传奇员工们有所耳闻。自第二次世界大战以来,美国能源部一直挺立在科学与技术领域的一切开创性与变革性努力的最前沿。除了对原子能的开发与利用,能源部还提出人类基因组计划倡议,并在其他创新、高性能计算等研究型工作当中发挥着重要作用。

▲ 图:美国能源部AI与技术办公室主任Cheryl Ingstad

事实上,美国能源部在物理科学方面的研究远超任何其他美国联邦机构,包括通过劳伦斯-伯克利国家实验室、橡树岭国家实验室、阿贡国家实验室、艾姆斯实验室、布鲁克海文国家实验室、洛斯阿拉莫斯国家实验室、桑迪亚国家实验室、劳伦斯·利弗莫尔国家实验室、SLAC国家加速器实验室以及其他数十个机构等,都为美国在计算、物理、化学、材料科学等多个领域的研究提供了超过40%的资金。就在不久之前,能源部还运行着全球性能最强大的两台超级计算机:Summit与Sierra。

凭借一系列研究、计算与资金实力,能源部也率先推动对AI及其应用在各个行业中的相关研究。今年早些时候,Cheryl Ingstad被任命为能源部AI与技术办公室主任。在本文中,她将分享她的部分见解。

问:人们可能不太了解,能源部与AI其实有着密不可分的悠久历史。您能简单介绍一下吗?

Cheryl: 凭借着近80年的创新经验、无与伦比的研发基础设施以及对于加速科学发现的强烈诉求,我认为能源部以及我们下辖的17所国家实验室已经成为美国乃至世界范围内最强大的创新孵化场。

我们在AI方面的探索经历可以追溯到上世纪七十到八十年代,当时主要是利用基于规则的早期机器学习方法操作大型实验设施(例如粒子加速器)并分析大规模数据集。

从1990年到2010年这二十年间,各实验室进行了大量工作,将新兴机器学习用于处理可能造成严重后果的各类国家安全挑战,例如网络安全与核不扩散原则等。在此期间,能源部也着手扩展自有超级计算机上的学习系统。

可以说,我们的部门一直在机器学习与人工智能领域持续投入,并在数十年中持续与私营部门及学术界保持着密切合作。凭借着丰富的经验与无与伦比的计算能力,能源部建立起无可替代的优势地位,推动联邦政府致力于发展、促进并实现人工智能技术做出的种种承诺。

问:能源部一直在以多种先进方式使用AI与ML技术。您能否分享一些关于AI应用的具体案例?

Cheryl: 目前,能源部及其国家实验室正领导超过600个不同的AI项目,旨在加强我们在能源、网络以及国家安全方面的核心使命,同时加速科学发现。

我们使用AI技术推动精准的地下能源勘探,这不仅带来了产量提升,同时也减少了对环境的破坏性影响。人工智能正帮助我们提高电网的可靠性与弹性,为美国的经济乃至国家安全奠定了基础。我们还使用AI增强关键基础设施的网络攻击防护水平。可以说在各个方面,能源部都在着力运用AI这项突破性的技术。

但AI的影响远远超越了能源部传统认知中的核心任务范畴,我们的实验室也正在使用AI技术提高农作物产量、帮助预测地震等地质活动、加速新药开发并改善各类致命疾病的诊断与治疗方法。最近能源部凭借着全球最快的超级计算机之一Summit的强大功能,配合自身在科学与AI方面的专业知识,为对抗COVID-19疫情贡献了自己的力量。

问:作为能源部人工智能与技术办公室(AITO)的第一任主管,您是如何对能源部的AI技术进行开发、交付与管理规划的?

Cheryl: 首先,作为第一任美国政府民用AI技术部门的领导者,我要荣幸地宣布,能源部AI与技术办公室的成立对于AI发展具有重大意义。我们正面对一场巨大的变革,而AI将成为决定胜败的关键所在。

之前我已经提到,在庞大的能源部当中,存在着数百个前景光明的技术项目。但在此之前,这些项目都是孤立存在,彼此之间缺乏协调与战略规划。

正因为如此,去年8月,前任能源部长Perry才决定成立AITO以作为能源部AI工作的枢纽,着力评估、调协并推动能源部在AI这一关键领域的发展与进步。

AITO的目标非常简单:组织能源部内的各类AI活动(包括研发、应用、政策乃至基础设施工作),明确指定可加快项目成功的资源。最重要的是,对各项目进行调整,保证其如同激光一样彼此聚焦以建立起统一的AI技术力量。

作为主管,我的首要任务是将AITO打造成能源部AI转型道路上的推动力。这种转变绝非易事,其中必然会出现需要克服的挫折、障碍与挑战。但我坚信,通过合作,我们可以利用AI技术增强美国的能源、经济乃至国家安全,并给整个国家带来积极而持久的影响。

问:您认为公共部门在AI技术发展方面拥有哪些独特的机会?

Cheryl:  AI技术最令人兴奋的一点,就是其实际应用所带来的潜在收益几乎无穷无尽,完全取决于大家的想象力。在新任能源部长Brouillette的引导下,能源部各计划办公室与实验室正在同AITO开展合作,确定从运营到采购的整体流程。正如部长所言,我们能源部必须以身作则,率先展示AI技术的强大优势。

例如,很多人不知道美国能源部其实拥有并运营着国内一部分电网,约有10%的美国民众依靠这部分电网获得可靠且价格合理的电力资源。为此,我们拥有的一大实际机遇,就是开发AI解决方案以改善服务体验并帮助客户进一步降低能源使用成本。

在机构间协作方面,能源部正与多家机构联手,研究如何将AI技术应用于更多重要任务当中——我们的近期目标是帮助纳税人更好地管理资金,同时增强联邦政府向全体美国民众提供的服务。

更具体地讲,我们还有机会在政府数据集的安全存储、管理与分析方面有所贡献。联邦政府下辖的各个机构都会产生规模庞大,但目前仍未得到充分利用的数据。美国能源部拥有安全的飞地基础设施、强大的原始计算能力以及广泛的科学专业知识,完全能够充当这些数据集的交换平台与策划方,保证美国政府能够运用AI之力应对国家发展所必须解决的各类严峻挑战。

问:那么,公共部门在AI领域又面对着哪些独特的挑战?

Cheryl: 与其他突破性技术一样,AI技术也给我们带来了不少当前及未来需要逐步解决的难题。

首先就是,AI支持型决策能否得到验证、值得依赖且保证不存在人为偏见。要解决这个问题,就需要在数据安全性、道德伦理以及隐私合理性等方面加以关注。

另外,公共部门需要认真考虑AI发展给劳动力市场带来的冲击。具体来讲,我们不仅要意识到以往众多只能由人工完成的任务,未来都将由AI接手并实现全面自动化,此外我们还需要帮助民众为AI普及之后出现的新型工作岗位做好准备。再有,随着各民族国家及非国家组织在AI能力方面的进步,对抗性AI正越来越多地成为人们关注的议题。

这些担忧不无道理,AI这一突破性技术也确实可能带来负面影响。而相关挑战的答案,要求我们在努力开发技术本身之余,充分发挥创新观念与想象力。

问:能源部如何努力让自有数据为AI/ML应用做好准备?

Cheryl: 这是个好问题。如您所知,数据可以说是AI项目成功的关键性前提。AI项目的最终表现,完全取决于我们为其提供怎样的数据。以此为基础,能源部的高层领导一直在通过数据治理委员会充分利用我们已经拥有的大量遗留数据,并保证对后续收集到的数据进行及时整理、标记与保护。只有这样,我们才有可能建立起及时且可验证的AI解决方案。

我们的一大核心目标,就是将关键数据集以更广泛、更轻松的方式交付给实验室的研究人员。我们希望减少各领域专家在数据采集与数据管理方面耗费的时间,将宝贵精力真正投入到AI的成功应用当中。

问:能源部拥有全球最强大的超级计算机,那么它们是如何应用于AI项目的?

Cheryl: 目前,能源部对于计算能力以及创新发现的追求,确实达到了无与伦比的程度。

我们拥有全球速度最快、性能最强的三台超级计算机中的两台,而且能源部很快将部署三台下一代百亿亿次超级计算机,这将帮助我们以更加惊人的速度处理海量数据。

在迫切需要AI洞见时(例如联邦政府在面对COVID-19疫情时),能源部的超级计算机能够在几小时甚至几分钟之内,完成其他系统需要数周乃至数月才能完成的计算任务。

事实上,能源部也是COVID-19高性能计算联盟的主要合作伙伴之一。参与各方利用AI技术分析大量数据,希望从中发现关于冠状病毒的新颖见解。

问:AI技术对于能源部未来的发展愿景又有着怎样的重要作用?

Cheryl: 我坚信,如同一百多年前出现的电力一样,AI技术也将给我们的日常生活带来巨大的变化。Brouillette部长也意识到了这一点,他的愿景是通过加快技术的研究、开发、交付与应用,将能源部转变为美国政府当中民用AI领域的牵头机构。

如今,AI技术已经在美国能源部的众多关键任务领域发挥作用包括美国的能源可靠性、环境管理、核安全、国家情报与科学发现等等。它还在改变着我们应对自然灾害的方式,帮助我们保护关键基础设施、为情报机构提供信息支持,甚至改变着我们检测及应对恶意网络威胁的具体方式。

能源部还负责制定对于国家拥有重大影响的安全决策。在各个关键领域建立安全且可信赖的AI解决方案,自然也要求能源部突破当前我们对于AI前沿的认知边界。

问:能源部对于AI应用层面的道德规范与负责任态度又有着怎样的看法?

Cheryl: 正如总统在《人工智能行政令》中所明确指出,美国在AI的开发与应用方面必须处于领先地位,我们需要借此保证随着AI技术在日常生活中的普及,其同时也能体现美国对于传统价值观以及各项基本权利的尊重。

美国有权利、也有义务引领AI技术发展,并与私营部门、学术界以及志同道合的盟友们建立合作关系,共同塑造出更美好的未来AI发展态势。

问:能源部打算如何帮助劳动力市场为AI时代的到来做好准备?

Cheryl: AI正在创造全新的职业道路,同时改变着每个人的生活。为此,我们经济体系中的各个部门都在以不同的角度努力应对这一挑战。在能源部,我们一方面增强现有员工的AI能力,同时也在为未来需求吸纳更多人才,希望借此保证能源部能够充分利用这项技术优化并完成各项意义深远的基本任务。

为此,我们已经开始组织在线培训课程与教育研讨会,希望提高联邦政府雇员的整体技术水平。在教育计划的制定中,我们结合了来自各实验室、私营部门以及高等教育合作伙伴的意见,帮助非专业人士了解AI的奥秘、鼓励员工以创造性方式思考AI解决方案如何帮助其高效处理工作,同时也引导他们积极解决由AI技术带来的一系列道德、法律与社会问题。

对于能源部来说,要真正为AI的全面普及做好准备,首先需要由AI技术专家对AI技术进行设计、开发与标准化调整。为此,我们通过各国家实验室内部的实习机会、奖学金计划、研究经费、交流通道以及客座教授计划等制定起多项平等战略,借此培养、招募并保留具备强大专业知识的广泛AI人才。

但除了能源部,我认为我们需要在国家层面发起一项与STEM类似的综合性教育计划,激发人们对于AI相关课程的兴趣。此外,我们还应制定适当的分段式课程,保证未来的劳动力在教育过程中充分了解AI这一具有突破性的技术成果。

问:能源部如何在AI探索中引入行业及私营部门的力量?

Cheryl: 我们办公室最近刚刚发布了第一项信息征集令(RFI),要求AI社区就最重要的AI技术与应用方式提出自己的看法,探讨这些技术与应用方式如何保证美国能够在未来十年中保持AI领先地位。我期待看到业界的回复,也希望他们的真知灼见与专业知识能够在不久的未来成为攻克AI挑战的重要武器。

问:在未来几年中,您自己最期待看到哪些AI技术突破?

Cheryl: 我最期待看到如何开发并组合多种AI技术,例如将神经网络、自然语言处理以及稀疏数据结合起来,借此创造出能够改变国家安全、企业、行业乃至医疗保健领域的突破性解决方案。在医疗保健方面,我认为AI将迸发出几乎无穷无尽的诊疗与护理潜能。