Category 電腦科學

AI 時代就此揭開序幕

這張照片不是那麼廣為人知,裡面的人物應該也沒多少人認得,不過這張1956年的合影卻極具歷史意義,因為正是這群人在當時召開史上首次的人工智慧研討會,才使得Artificial Intelligence 這個名詞獲得普遍採用,並正式成為一個專門領域,吸引各界紛紛投入研究。因此這張照片可說是標誌了AI 時代就此揭開序幕。 那麼這一切是怎麼開始的?這得從最先提出這點子的約翰·麥卡錫(John McCarthy)說起。 麥卡錫與閔斯基 照片右後方那位就是麥卡錫,他自小天資聰穎,比一般人提早兩年自高中畢業。1944年被加州理工學院錄取後,還因為已經自學完高等微積分等數學課程,而免修大一、大二的課程。但由於他體弱多病,體育課被當,結果直到1948年才取得大學文憑。 麥卡錫繼續在加州理工學院讀數學研究所,一年之後轉往被視為數學殿堂的普林斯頓大學,1951年取得博士學位後,留在數學系擔任講師。就在這一年,他認識了新進的研究生閔斯基(Marvin Minsky,位於相片正中)。 閔斯基年紀其實還比麥卡錫大一個月,只因為第二次世界大戰時入伍服役,才耽擱了學業。雖然如此,但他來普林斯頓數學研究所時,已經和人合作打造一台模擬模擬老鼠走迷宮的計算機,可仿效神經網路增強作用,讓虛擬老鼠經由學習找到終點。 麥卡錫得知閔斯基這項計畫後,頓時勾起三年前的回憶。那是1948年他在加州理工學院讀研究所時,當時第一屆探討認知科學的「希克森研討會」(Hixon Symposium)就在校內舉辦,會議主題是「大腦機制與行為」,出席者來自心理學、神經生理學、化學、……等不同領域。麥卡錫那時也跑去聽了。其中有一場是馮紐曼發表〈自動機的一般與邏輯理論〉,裡面提及簡單的幾條規則不斷迭代運算,便能產生宛如自發性的複雜行為。麥卡錫聽了之後著迷不已,不過只將它放在心中一隅,還是繼續自己原有的純數學研究之路。 如今麥卡錫心中火花再度點燃,他不時與閔斯基一起討論機器智能,還在1952年的暑假期間到貝爾實驗室打工,因為貝爾實驗室有位神人級的傳奇人物——當時才36歲的夏農(Claude Shannon,相片最右邊那位)。 麥卡錫與夏農 1937年,21歲的夏農完成碩士論文〈繼電器與交換電路的符號分析〉(A Symbol Analysis of Relay and Switching Circuits),揭櫫電子電路可以進行任何布林代數的邏輯運算,並設計出三個電路做為實例。這篇論文為電路學與電子計算機奠定了理論基礎,因而被譽為史上最重要的碩士論文。 1948年,在貝爾實驗室工作的夏農發表題為〈通訊的數學理論〉的論文,以一己之力開創了資訊理論,將通訊乃至資料的貯存、壓縮、傳輸,帶進全新的紀元,影響更是無遠弗屆。 1949年,夏農發表關於機器思考的論文,提出讓電腦下西洋棋的程式原則與策略。隔年他還親自打造出一台機械老鼠,會透過自我學習走迷宮;閔斯基便是受此啟發,才研究老鼠走迷宮的模擬器。因此麥卡錫1952年特地來貝爾實驗室實習,主動接觸夏農,希望向他請益機器智能方面的心得與經驗。 雖然只有兩個月的時間,但麥卡錫和夏農相談甚歡,很快成為好友,麥卡錫返回普林斯頓教書後,兩人仍不時交換意見。 麥卡錫與羅切斯特 1953年,麥卡錫獲得史丹福大學的助教授一職,只好告別閔斯基和夏農,到加州專心純數學的教學與研究工作。沒想到兩年之後,麥卡錫就又回來東岸,在達特茅斯學院(Dartmouth College)數學系任教,而且這次他將會有台電腦可以用來研究機器思考的可能性。 原來IBM在1954年剛推出型號名稱704的電腦,這是第一台具有浮點運算功能的大型計算機,可用於科學研究。或許是為了宣傳產品並同時營造公關形象,總部位於紐約的IBM讓東岸幾所大學免費使用704進行教學或研究;達特茅斯學院也是其中之一,麥卡錫便代表學校於1955年暑期前往IBM受訓。 IBM 700系列都是由羅切斯特(Nathaniel Rochester,相片左二)擔任總設計師,他原本就也有研究如何讓電腦學習人腦思考,前幾年曾讓701電腦進行俄語翻譯與21點撲克遊戲,如今也正帶領團隊要用704模擬神經網絡的行為,因此和麥卡錫一拍即合,兩人侃侃而談電腦學會思考判斷的可能性。 他們知道其實還有許多像夏農、閔斯基這樣的人也都在進行研究,但大多是各自閉門造車,彼此間只有零星的交流;如果能將大家集合起來,互相分享討論,一定會有更好的成效。於是麥卡錫提議在他任教的達特茅斯學院舉辦研討會,並提出「人工智慧」一詞,以彰顯不同於自動機(Automata)或模控學(cybernetics)的機械式反應,而是放眼於「讓機器使用語言、形成抽象原則與概念、解決人類目前遭遇的各種問題,並能自我改進」。 首度召開人工智慧研討會 麥卡錫找了夏農和閔斯基,連同羅切斯特四人做為共同發起人,於1955年8月31日發表一篇倡議,題目為:〈達特茅斯人工智慧暑期研討會的提案〉(A Proposal for the…

最早聽得懂人話、而且打敗人類的 AI

人工智慧 ChatGPT 橫空出世,各種五花八門的問題似乎都難不倒它,雖然有時簡單的問題反而答錯,但整體而言卻是回答得頭頭是道,較之人類毫不遜色。其實這不是第一次人工智慧令人嘖嘖稱奇,12 年前的今天 (2 月 16 日),美國全國觀眾眼睜睜看著兩名頂尖的博學之士被電腦打敗。 「危險邊緣」(Jeopardy!) 是美國老牌的益智問答節目,從 1964 年開播至今。2000 年的參賽者魯特 (Brad Rutter) 從未被人擊敗過,是因節目的競賽規則才光榮退出,成為該節目有史以來的獎金王。2004 年開始參賽的詹寧斯 (Ken Jennings) 則受惠於規則改變,連勝74場才落敗離開,連勝紀錄至今無人能破。 2011年,「危險邊緣」製作單位邀請他們兩人回來頂尖對決,不過第三位參賽者並不是人類,而是 IBM 研發的人工智慧電腦華生 (Watson)。 華生是由 90 部 IBM Power 750 伺服器組成,每秒可執行 80 兆次浮點運算,這雖然還擠不進當時超級電腦的前五百大,但重要的是它內建的自然語言程式可以理解語意,進而分析問題找出答案。華生與另兩名參賽者一樣,得直接聽主持人念完題目後趕快搶答,一些隱喻、雙關語,人類可以馬上心領神會,但對電腦而言卻是一大挑戰。 此外「危險邊緣」的題目並非像「非洲有幾個國家是聯合國會員?」這種死題目,而是需要綜合判斷與聯想能力。因此雖然同樣是由 IBM 研發的電腦「深藍」,早在 1997 年就以二勝三和一負的一盤差距,打敗西洋棋世界冠軍卡斯帕羅夫,但畢竟西洋棋盤只有八八六十四格,加上棋子的走法有其限制,電腦在這方面本來就有很大的優勢。華生若能在包羅萬象的益智題目中打敗人腦,更會是人工智慧一個重要的里程碑。 為了公平起見,華生在比賽時不能連上網路,因此預先存入數以百萬份的書籍與文件,涵蓋各種領域的知識,其中也包括完整的維基百科。比賽在 1…

電晶體與矽谷,皆始自於他

電晶體可說是科技產品的最基本元件,沒有它,就沒有生活中的各種電子產品。而儘管科技發展日新月異,引領創新的硬體及軟體公司卻大多集中在美國舊金山南部,從帕羅奧圖 (Palo Alto) 到聖荷西 (San Jose) 一帶長約四十公里的谷地,也就是俗稱的「矽谷」。 電晶體和矽谷無疑是現代科技文明的基石,而它們的起源都和一個人息息相關,那就是今天 (2 月 13 日) 出生的蕭克利 (William Shockley)。 貝爾實驗室時期 蕭克利的家鄉就在帕羅奧圖,從加州理工學院畢業後,遠赴東岸到麻省理工學院攻讀博士。這是因為當時東岸的學術水準與科技工業都遠勝於西岸,因此他於 1936 年取得博士學位後,也未返回加州找工作,而是到位於紐約的貝爾實驗室上班。 當時 AT&T 亟欲發展越洋電話,但真空管無法用於海底電纜,在無線電波的高頻頻段又表現不佳,因此蕭克利的首要任務便是開發固態元件,取代已經遇到瓶頸的真空管。但過沒多久二次世界大戰爆發,貝爾實驗室轉而優先研發國防武器,蕭克利也被徵召入伍,直到二戰結束後才返回原來的工作崗位。 蕭克利設想出「場效應電晶體」,利用電場將矽晶體的電子吸引到表面,形成電子通道,藉由改變電場來達到開關與放大訊號的效果。理論上這應該可行,但負責動手實驗的布拉頓 (Walter Brattain) 卻一直無法成功,最後才由剛加入貝爾實驗室不久的巴丁 (John Bardeen),在 1946 年發現問題出在「表面態」。原來表面那層矽原子的外層軌域並未填滿,所以被電場吸引上來的電子紛紛落入其中,無法成為自由電子。 為了克服表面態,巴丁和布拉頓於第二年年底陰錯陽差地發明「點接觸電晶體」,成為史上第一個電晶體。由於它的原理和蕭克利的原本構想不同,專利發明人便只列了巴丁和布拉頓。蕭克利不滿光環竟被兩個下屬搶走,自己還被排除在外,憤而閉關苦思,決心發明出更勝一籌的電晶體。他日以繼夜地研究一個月後,果真發明出三明治結構的 n-p-n「接面式電晶體」,無論是性能或穩定性都比點接觸電晶體來得優異,成為現代電晶體的原型。 出走創業 雖然蕭克利成功證明自己的才能無人能比,但由於他的火爆脾氣逼走許多下屬,貝爾實驗室高層一直未再讓他升到更高職位。蕭克利眼見一些比他資淺的人升得比他快,不願再隱忍,終於在 1954 年辦理留職停薪,回加州到母校加州理工學院教書,同時四處找尋投資人,準備自己創業。 1956 年初,蕭克利在貝克曼儀器 (Beckman Instruments)…

微軟帝國 2.0?

打從微軟於 1981 年成為 IBM PC 作業系統的供應商後,就挾著每台 PC 都已裝妥作業系統的優勢,採取謀定而後動的策略,先觀望市面上哪種軟體大受歡迎,再依樣畫葫蘆推出類似產品。原創軟體皆無招架之力,從此一蹶不振,將市場版圖拱手讓給微軟。 其中包括: 1983 年 WordPerfect 3.0 → 1985 年微軟推出 Word 1983 年 Lotus 1-2-3 → 1985 年微軟推出 Excel 1986 年 Harvard Graphics → 1990 年微軟推出 PowerPoint 1994 年 Netscape → 1995 年微軟推出 Internet…

雷達、水銀延遲線、馮紐曼架構

當布萊切利莊園的團隊為了破解德軍新型加密系統「鋸鰩」,秘密地在 1943 年底開發出史上第一台可程式化的數位電子計算機——「巨像一號」(Mark 1 Colossus) 時,大西洋的另一邊,美國陸軍為了提升彈道分析的效率,也正在開發「電子數值積分儀暨計算機」(Electronic Numerical Integrator And Computer,簡稱 ENIAC)。 ENIAC 用的真空管多達一萬七千多個,比巨像一號多了十倍。除了運算能力更勝一籌,最大的差別在於,巨像一號只能執行破解密碼的程式,但 ENIAC 卻能進行各種數學運算,是史上第一台可程式化的通用型電腦,儘管它是以十進位進行運算,而非二進位。 更換程式太麻煩 ENIAC 同樣是以切換開關和插拔纜線的方式來設定程式,每次要更換不同程式都非常麻煩又耗時,當絕頂聰明的馮紐曼於 1944 年 8 月受邀參觀時,當場就對此表示不以為然。他一針見血的提出解決之道:何不將程式編寫於打孔卡片上,然後讀取到儲存裝置中;若要更換程式,只要輸入另外一疊卡片,就可以輕易取代原有程式。 設計 ENIAC 的莫奇利 (John Mauchly) 與艾科特 (J. Presper Eckert) 相視苦笑,他們何嘗沒有想過,但現實中就是沒有適合的貯存裝置,無論是電磁閥或是利用電刷為電容充放電,都是靠機械動作,速度跟不上。 難道不能用真空管嗎?其實 ENIAC 已經有用一些真空管做為暫存器,貯存計算的數據和函數。但這已是極限,若要再貯存程式,得用更多真空管,如此一來,原本已重達 27 噸的 ENIAC 更塞不下房間裡,而且完工時程又將延誤,軍方絕不允許。 充滿幹勁的馮紐曼可不願就此作罷,他已經勾起興趣,決心要開發出理想中的計算機。25…