迎戰Google,微軟押寶FPGA晶片打造全球首部人工智慧超級電腦
迎戰Google,微軟押寶FPGA晶片打造全球首部人工智慧超級電腦
2016.10.04 | 微軟

幾乎所有科技應用都不脫人工智慧的範疇,而晶片計算速度是其中的發展關鍵因素。隨著Google自製機器學習專用晶片,微軟也開始使用客製化晶片打造人工智慧電腦。或許,人工智慧戰場已經從軟體走向硬體,最底層的晶片技術將成為各網路巨頭誰能在未來勝出的關鍵起步。

微軟Project Catapult負責人Doug Burger於Ignite技術大會上展示FPGA
圖/ 截圖自微軟Ignite技術大會影片

納德拉:「這是世界上第一台人工智慧超級電腦。」

《Wired》報導指出,微軟加快人工智慧發展的秘密武器為FPGA(field-programmable gate arrays,現場可程式化閘陣列)晶片。FPGA為高效能、可重複程式設計的晶片,只要透過軟體,便能調整晶片上的元件配置。微軟執行長薩蒂亞·納德拉(Satya Nadella)於上周的Ignite技術大會上表示,「這是世界上第一台人工智慧超級電腦。」

微軟目前已將FPGA用於搜尋引擎Bing,預計不久後將驅動植基於深度神經網絡的新搜尋演算法——這套演算法是人類大腦架構的人工智慧模組。微軟指出,過去Bing需要4秒才能完成的事,現在只需23毫秒。

FPGA也會用在雲端計算服務Azure和Office 365,微軟在先前的 Ignite 大會上展示使用多個FPGA在0.1秒內翻譯30億字的維基百科,預計幾年內將用於微軟所有服務。「這替我們帶來巨大的能力和靈活性,以及經濟實惠的運作。」Project Catapult負責人、微軟硬體開發工程師Doug Burger說。

微軟Azure裝載FPGA前後速度
圖/ 截圖自微軟Ignite技術大會影片

FPGA特性:可程式化、高效能、低功耗、低成本

微軟導入FPGA的計畫來自2011年的Project Catapult,目標在於透過FPGA提升資料中心的運算效能。

過去,FPGA主要用來做傳統晶片的雛形,優勢在於具有「可編程性」,可隨快速變動的科技和商業模式調整。微軟提到,傳統CPU晶片已趕不上人工智慧的發展,而FPGA可針對不同任務客製晶片,減少晶片開發時間和成本,還能打造出較傳統CPU更快、功耗更低的晶片。

微軟指出,FPGA較傳統晶片快上好幾個數量級,使用FPGA後,Catapult硬體較伺服器中其他元件的成本少30%、功耗減少10%,資料處理能力卻快2倍;根據微軟測試,Bing演算法使用FPGA後,效能可提升40倍。

Google、亞馬遜都在自製晶片

網路公司和科技硬體公司的界限不再如過去壁壘分明。

儘管自製晶片的成本相當高,Google也開始自行設計神經網絡計算專用晶片Tensor Processing Unit(TPU)

不過《Wired》指出,雖然Google TPU計算速度相當快,卻不如FPGA靈活,一旦神經網絡模式改變,Google就必須重新製作晶片。因此,微軟採取和Google不同的策略,希望倚靠FPGA打長期戰,儘管晶片計算速度不如Google快,卻能因應變化快速重新程式化晶片。

此外,亞馬遜也在2016年宣布,旗下Annapurna實驗室正在開發ARM架構下的處理器晶片,希望用於儲存資料、網路運作等的低功耗電腦,將販售給製造商與資料中心營運商。或許藉由自製處理器,也能吸引更多廠商使用它們的雲端服務AWS。

值得一提的是,微軟的FPGA晶片來自Altera,去年被Intel以167億美元收購,是該晶片廠史上最大筆的收購紀錄。Intel執行副總裁Diane Bryant接受《Wired》採訪時樂觀表示,到2020年,將有1/3的雲端計算公司的伺服器都包含FPGA。

資料來源:WiredArstechnicaPCWorldMicrosoft

關鍵字: #半導體
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2025年總統科學獎〉沒有前人就自己開路!「高熵合金之父」葉均蔚院士,引領全球材料新革命
2025年總統科學獎〉沒有前人就自己開路!「高熵合金之父」葉均蔚院士,引領全球材料新革命

想像一下,人類數千年來對物質世界的理解,突然被一個大膽構想徹底顛覆,會是什麼樣子?

當傳統材料學界仍謹守1~2種主元素為基底的定律時,2025年總統科學獎得主,國立清華大學材料科學工程學系特聘研究講座教授、中央研究院院士葉均蔚院士,卻逆向思考,開創能讓數十種元素混合的「高熵合金」領域,不僅為元素週期表注入嶄新生命力,更點燃全球半導體、智慧機械、綠能科技、國防與生醫等領域的無限創新火花。

「潛水」8年,釀出材料革命

葉院士透露,自古以來,要想構成「合金」,都由單一或少量元素構成,但1995年,他在驅車前往臺北的路上,腦中靈光乍現,迸發出讓多種元素混合成合金的想法。

有意思的是,葉院士很清楚,「高熵合金」這項突破性構想,將會徹底顛覆材料學的根基。因此,為了鞏固臺灣的領導地位,1995至2003年間,他刻意沉潛、默默研究,不發表任何相關論文,「這是我的經營管理策略!」他認真道。

葉院士於頒獎典禮發表研究之路的心聲點滴。
葉院士於頒獎典禮發表研究之路的心聲點滴。
圖/ 數位時代

因此儘管8年寒窗苦讀無人知,甚至曾有計畫審查委員直言,若讓高熵合金的計畫通過,會鬧出「國際笑話」,葉院士仍憑藉著對高熵效應的堅定信念,逐步累積實驗數據與理論心得,最終於2004年,一口氣發表5篇高熵材料論文,為高熵合金新材料命名、定義和建立理論基礎,之後平均每年發表10篇研究,並陸續提出高熵效應、晶格扭曲效應、緩慢擴散效應、雞尾酒效應等核心效應,對材料科學理論做出重大貢獻。

這股「論文風暴」,不僅讓《Nature》在2016年發布專題報導,確立了高熵合金領域的價值,以及確認臺灣做為發源地的地位,還成功引發全球專家學者的重視與跟進,也讓葉院士成為「高熵合金之父」。

在為臺灣奠定高熵合金領導地位之餘,葉院士還期望將這股力量向下傳承,因此在清華大學成立全球首個高熵材料研發中心,由他擔任主任。中心匯集了來自全臺各大學逾60位跨校、跨領域的頂尖教授,組成材料界的「夢幻隊」,一同探討高熵學理,開發高功能材料,每年還開設相關課程,培育近百名具備傳統與高熵「全材料」研發能力的專業人才,為學界、業界提供源源不絕的活水。

更重要的是,葉院士很早就知道,學術研究的價值不應只停留在論文發表。事實上,他在從事教職之初,便開始擔任業界顧問,深入現場解決問題,這反過來讓他的研究,更加貼近現場。

2021年,他透過清大授權高熵材料科技的3千萬元授權金,如今,在資本市場已增值8倍,達到2.4億元;他也擁有逾50項專利,其中,超過22項為高熵材料發明專利授權,「學者不能只在『象牙塔』中做研究,要積極與產業互動,將所學貢獻於實用,尤其現今臺灣製造業面臨轉型挑戰,學術界的創新非常關鍵。」

看著葉院士現今擁有的非凡成就,多數人可能以為他背景優渥,其實,他出生偏鄉、從未出國留學、進修。來自宜蘭南澳的他,成長過程中資源相對匱乏,但這反而養成他從小「凡事自己動手做」的習慣,「這種獨立解決問題、親身實踐的精神,就是我在科學研究上,不斷突破的基石。」

葉院士全家於2025總統科學獎頒獎現場溫馨合影。
葉院士全家於頒獎現場溫馨合影。
圖/ 數位時代

不曾出國留學、進修,也能做出世界級的突破

葉院士從學士、碩士一路念到博士,是標準的「清華大學材料科學工程寶寶」。在那個「去去去去國外」、留學盛行的年代,他選擇做個異類,深耕臺灣,「對國家做出貢獻比個人發展更重要!而且我相信,就算在臺灣,也能憑藉我們的智慧、能力,做出世界級創新。」

葉院士建議,年輕學者、莘莘學子們應心存善念,並秉持著求甚解、動手做的態度,多元、快樂學習,「強大的企圖心,能創造價值;與人為善,則能聚集眾力,共同實現宏大目標。」

臺灣「高熵合金之父」葉院士,賴總統親自頒發「2025年總統科學獎」 殊榮。
臺灣「高熵合金之父」葉院士,賴總統親自頒發「2025年總統科學獎」 殊榮。
圖/ 數位時代

問「高熵合金之父」接下來還有什麼目標?他笑稱,自己自大學二年級起,便懷抱著「飛碟夢」,而要實現夢想,需要室溫超導、極耐高溫等前所未有的材料,他仍在兢兢業業努力中。飛碟夢看似遙遠,卻是前進的燃料,向來「說到做到」的葉院士,用對未來的無限想像,持續為材料科學鋪設一條通往新世界的道路,也為臺灣留下珍貴的創新資產。

葉均蔚 院士
專長:高熵合金及相關材料、製造工程等
現職:國立清華大學材料科學工程學系特聘研究講座教授
成就:開創「高熵合金」領域,徹底顛覆傳統金屬材料設計思維,為臺灣在高階製造、綠能技術及核融合能源領域奠下堅實根基

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