AI真正的主戰場在硬體
AI真正的主戰場在硬體

別誤會了,我熱愛軟體。

我只是覺得這一波已經接近尾聲——如果不是已經過了尾聲——的精實新創浪潮下,太多投資人和創業家口中念念有詞的、關於軟體新創的論點不過是一堆狗屁。

比這些關於軟體新創的狗屁更狗屁的,是毫無根據就把硬體投資視為過時的、難以產生回報的論點,即使面對了市場上公開資訊的反駁。

別誤會了,如果可以,我也想投資一個SaaS的商用軟體新創,看著他們用很少的資金做出MVP(Minimum Viable Product),然後用社群草根的方式取得眾多使用者,每週根據使用者的回饋以及蒐集到的數據改善並更新軟體,然後針對進階使用者每月收取費用,量測並改善耗損率,然後達成千萬使用戶、超過百分之百的年成長率以及九成以上的用戶留存率,取得最少五千萬美元的每年重複營收,然後以五億美元的價格出售給Salesforce這樣令人景仰的SaaS企業,並將創業家和Marc Benioff這樣令人景仰的創辦人簽約後握手的照片裱框,放在自己的桌子上朝外給所有進到自己辦公室的年輕創業家看。

等等,去他的投資!我乾脆自己創辦這樣的公司好了!

事實上,在動態均衡的商業世界裡,沒有任何一種商業模式或者產業具有永久的投資優勢。

興起於2004年的精實新創風潮為我們的世界帶來了臉書、推特、Youtube、Dropbox、Uber和Airbnb等日常生活的應用軟體,也連帶讓MVP、iteration和pivot變成熱門單字,更催生了一整個世代非工程背景也未曾創過業的新型風險資本家,他們在各大小新創活動中轉來轉去,以看似老練的口吻問著創業家,「你的每月活躍用戶量是多少?」

但在這樣低的創業和投資進入障礙的世界裡,伴隨而來的必然是激烈的全面競爭,不管是創業家彼此,或者風險資本家之間。這些競爭也許會反映在燒錢進行同業競爭上,也許反映在平均估值的不斷推升上。最終來說,產業抵達了動態均衡,人們也終於開始發現軟體精實新創並沒有比較容易創業,投資起來也沒有比較好賺。

似乎是歷史重演地,我們看到人工智慧的投資趨勢最近也反映出這樣的潮流反轉。

和精實新創經歷的一樣,我們不難想像過去兩年間滿手是錢的風險資本家們,乘著「人工智慧」、「機器學習」和「深度學習」的關鍵字浪潮,追逐著各種宣稱使用人工智慧、機器學習或深度學習來取代人類世界中某些由勞工負責的工作的新創。

而就跟精實新創投資一樣的,事實上任何有一點社會經驗的人都可以想像出任何一種「用AI取代人類」的新創應用。唯一不一樣的地方在於,要開發這樣的應用需要的不只是能夠寫邏輯程式代碼的coder,還需要懂得機器學習演算法的數學專家。

如果無法取得訓練模型用的資料,也是白搭

不夠格的投資者們,就像他們在精實新創浪潮中追著浪尾投資已經有數十家先行者的新創類型一樣,忙不迭地把錢灌進「能夠描繪某種AI使用情境」的軟體新創。稍微謹慎一點的投資者們,找來了從事相關研究的教授或者博士班學生來幫忙作盡職調查,以求避開明顯的騙子。

但不管是哪一種,打著「用AI取代人類」嘴砲的軟體新創仍然面臨兩個自己無法解決的挑戰。

其中一個就是我常常講的,就算是絕頂聰明的數學家或者資料科學家,如果無法取得訓練模型用的資料,那也是白搭,這也是為什麼在Hardware Club我們選擇投資提供從感測器到雲端機器學習完整系統的Full-stack AI新創。

另ㄧ個純軟體AI新創面臨的挑戰,則是在創業或者投資初期常常被忽略的硬體計算能力的限制。

常被忽略的硬體計算能力的限制

我在〈軟體吃掉世界,AI吃掉軟體〉一文中就曾經提到過,精實新創誕生的背景是晶片運算能力遠大於終端應用軟體所需,但機器學習的出現瞬間把這個落差給「闔上」了,突然間我們從毫不在乎硬體,又變得必須對硬體規格斤斤計較。

上面這個影片是史丹佛大學CS231n課程〈卷積神經網路在影像辨識上的應用〉第十五堂課的講座影片,主講者是最近剛取得電機暨計算機科學博士學位、明年即將在麻省理工開始任教的Song Han,講座的題目就是他的博士論文〈深度學習的高效率演算法和硬體〉。

我強烈建議對於機器學習有興趣的人,不管是創業家或投資者——把這個講座影片看完,因為看完之後他們就能理解為什麼我說AI真正的主戰場在硬體。

舉例來說,這整個講座使用的術語大約有三四成是機器學習和深度學習相關的,剩下的術語卻都是所有半導體產業的「老人」們再熟悉不過的:CPU、GPU、FLOPS、DDR 3、DDR 4、記憶體頻寬等。

事實上如果直接去閱讀Song Han的博士論文,老半導體人會看到兩個很親切的名字:論文的主要指導教授Bill Dally以及協同指導教授Mark Horowitz。其中Dally教授所著作的教科書〈Digital Systems Engineering〉幾乎所有電機本科生人手一本,而Horowitz教授則是我當年在半導體的研究領域「高速數位串流介面」的權威,如果把我當年閱讀過的他的論文疊在一起,就算沒辦法到頂天花板,最少也夠站在上面換燈泡。

Song Han在這兩位半導體老將的指導下完成這個博士論文,而且還受邀在CS231n〈卷積神經網路在影像辨識上的應用〉課程給講座的原因非常簡單:我們現在的CPU或者GPU、甚至於谷歌的TPU,都遠遠無法應付現有機器學習演算法「可能」的運算需求,因此軟硬體協同開發是必要的。

當我們說CPU、GPU乃至於TPU無法應付機器學習「可能」的運算需求,有兩個事情是我們所在乎的:運算速度以及耗能。

一般的創業家和投資者比較能夠理解運算速度的重要性,畢竟整個深度學習的大躍進就是在於過去得花上幾週甚至幾個月才能完成的神經網路運算,被降到幾天甚至幾小時,但較少創業家或投資者能夠理解耗能的重要性,因為在過去十餘年的精實新創浪潮中,耗能這種東西百分之百是高通、鴻海、蘋果和三星這些人的問題。

機器學習中「耗能」是個大挑戰

但是在機器學習中「耗能」是一個很大的挑戰,甚至會成為效能的障礙。

機器學習的耗能主要來自兩個領域。

(一)矩陣乘法:所建置的神經網路越多層,每一層的神經元數越多,所需要運算的矩陣乘法就愈多。而半導體邏輯晶片的乘法是由NAND閘組合出來的,每一個電晶體的節點都會在電壓上下擺動的過程中消耗掉能量。考慮到矩陣乘法所需要用到的邏輯閘數量驚人,而且隨著神經元和係數的增加以指數成長,這部分運算的耗能也就指數成長。

(二)記憶體存取:類神經網路的運算需要大量而且高速的記憶體存取,主處理器(不論是CPU或者GPU)和記憶體模組通常是不同的晶片,因此存取發生在印刷電路板上,大量的能量會被耗損在對抗印刷電路板和晶片封裝的雜散容和電阻上。

耗能劇烈的第一個影響是電力成本。以去年擊敗李世乭的AlphaGo為例,該系統使用了1920個CPU和280個GPU,光下一場棋局的電費就高達三千美元,相較之下李世乭本人下這場局可能只需要一兩碗飯的熱量,「電」腦和「人」腦在耗能效率上仍然有天壤之別。

但是如果做多少運算就付多少電費就能解決的話,那還好說。但耗能的最大問題是:不管是哪一種耗能方式,都會轉換成廢熱,這些廢熱必須排出去,才能讓系統正常運轉。但系統耗能產生廢熱的速度根據運算量成指數成長,排除廢熱的速度卻受限於熱力學和流體力學有著線性的特質,因此我們不難想像在邁向泛用型人工智慧的路上,我們可能會先被「熵」這個躲也躲不掉的敵人給擋住,而不是演算法。

AI真正的主戰場在硬體-圖表.jpg
機器學習演算法與硬體的最佳化方式

在Song Han的講座中,他介紹了各種軟體演算法和硬體晶片結構的協同最佳化,以應付機器學習中training和inference兩個部分的耗能效率挑戰。但是不管是哪一種方式,不管改善多少運算效能和耗能效率,從工程的角度來看都是短期的、貼貼補補之類的解決方案,在摩爾定律多年前早已停止改善耗能的事實下,這些方案並沒辦法提供一個康莊大道通往真正的人工智慧經濟學終局。

這也是作為風險資本投資者,我們致力於尋找著半導體邏輯運算以外的解決方案的原因。在之前專欄〈量子電腦春暖花開〉中我所介紹過的量子電腦是一種,而且理論上是最能夠應付無限延伸的未來中機器學習運算需求的一種。

但量子電腦的問題在於,目前不管是新創或者谷歌、IBM乃至於Intel等大廠的系統,都必須把溫度降到絕對零度附近,才能進行量子運算,地球上的降溫系統本身就是一個極為耗能的裝置,要等到綜合能源效率和建置成本到達可以和半導體晶片相比擬,恐怕還要不少的時光。

那麼有沒有其他的方式能夠比半導體有著高許多的耗能效率,但又沒有量子電腦那接近絕對零度的挑戰呢?答案也許存在自然界裡,就像是量子電腦採用物理特性進行運算,自然界也有許多物理現象包含了矩陣乘法的特質,也許我們可以找到一種運算方式,是將資料轉換成自然界的物理現象,在那裡完成運算,然後再匯回電腦系統中。這種運算統稱為「類比運算」(analog computing),其實是一門很古老的學問,遠在數位晶片高速成長的年代之前,幾乎所有的運算都是在類比世界中發生的。

作為投資者,我尋找著也等待著能夠善用類比運算來大幅加速機器學習的創業家,如果能夠投資到這樣的新創,我不介意錯過Blue Apron這樣的投資機會一百次!

本文由楊建銘授權轉載自其風傳媒專欄。

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導航不是愈高階愈好!桃園產官資源如何賦能互宇向量,讓複雜技術真正「用得起、用得上」?
導航不是愈高階愈好!桃園產官資源如何賦能互宇向量,讓複雜技術真正「用得起、用得上」?

當無人機、無人船失去衛星定位訊號,還能繼續完成任務嗎?這道問題不只考驗導航設備的精度,更牽涉不同技術如何搭配,才能兼顧成本、可靠性與實際部署需求。

要理解自主載具如何在衛星訊號中斷時持續導航,得先認識「慣性導航」。互宇向量執行長鍾宏彬拿棒球作比喻:投手把球投出去後,球沒有GPS或遙控器,仍會依照出手角度、力量與旋轉向前運動。慣性導航則透過感測加速度與旋轉變化,持續推算載具的姿態、速度與位置。不過,慣性導航的誤差會隨時間累積,衛星定位訊號一旦中斷,位置推算也可能逐漸偏移。因此,自主載具需要不同定位與感測技術相互配合。2022年成立的互宇向量,便從這項需求切入,協助客戶選擇適合的導航技術,並將系統整合到產品中。

先定義任務,再決定導航規格

「以終點當起點。」鍾宏彬如此形容互宇向量的產品開發原則。相較於先提供設備、再由客戶自行整合,互宇向量在開發初期便參與討論,了解客戶要完成什麼任務,再決定性能、材料、演算法與預算。這套方法稱為「前端部署」。

以無人機精準投送為例,客戶希望載具不只抵達指定區域,還能接近建築物完成投送。飛行距離、定位精度、是否有人遙控,以及衛星訊號中斷後需要自主運作多久,都會影響系統設計。互宇向量必須先釐清這些條件,再選擇感測元件、調整導航架構,而不是直接套用既有產品。

互宇向量的技術涵蓋光纖陀螺儀(FOG)、慣性量測單元(IMU)、姿態與航向參考系統(AHRS),以及GNSS/INS融合導航方案。團隊曾與產業夥伴在實際水域驗證無人船導航系統,也透過觀音山隧道測試,觀察衛星訊號中斷時的導航表現。

對客戶而言,驗證的重點在於系統能否在任務要求的時間內維持足夠精度。互宇向量也不一定選用最高規格的零組件,而是依照需求調整演算法、材料與系統配置,必要時整合其他供應商的技術,減少客戶自行開發、測試與整合的時間及成本。

從光纖陀螺到系統整合,互宇向量把技術推向可部署的產品

鍾宏彬2010年投入光纖陀螺核心技術研究,2016年共同創辦極星光電。當時核心元件的客戶多具備自行整合能力,應用市場相對有限。他逐漸意識到,若想讓技術接觸更多使用者,就不能只停留在零件,還得往感測模組與完整系統發展。2022年成立互宇向量後,鍾宏彬延續過去累積的技術,採取合作設計製造(JDM)模式,讓團隊從產品開發初期便參與設計與驗證。

他把這種服務形容為「高階料理包」:客戶不必自行採購所有原料、研究怎麼煮,而是由互宇向量協助整合適合的技術,完成產品部署。公司不走低價、拚量路線,而是選擇與少數具有長期需求的專業客戶深入合作。目前團隊服務約12家核心客戶,透過持續參與產品開發,累積技術與合作經驗。

航太市場考驗的不只是技術,還有供應鏈與驗證能力

航太是互宇向量積極拓展的市場。目前約四成業務聚焦航太應用;2023年,團隊也與國家太空中心(TASA)展開策略性合作,推進MIOC與FOG技術的太空應用。

航太產業尤其重視「飛行履歷」(Flight Heritage)。鍾宏彬打趣地說,普通杯子就是杯子,但如果真的上過太空,「它就變成太空杯」。設備即使通過完整的地面測試,仍不等於經歷過發射與太空環境。對國際航太客戶而言,實際飛行驗證是評估設備可靠性的重要依據。鍾宏彬回憶,團隊過去花了兩、三年尋找海外企業客戶,始終不得其門而入。後來有國際業者得知互宇向量與國家太空中心合作,反而主動找上門。這段經驗讓他體會到,進入航太供應鏈除了技術能力,還需要讓國際客戶看見合作經驗與可信度。

從中央大學到蘆竹,桃園產官資源如何成為互宇的產業支點?

互宇向量與桃園的淵源,早在公司成立前就已開始。鍾宏彬從中央大學求學、攻讀博士到投入研究,一路留在桃園;第一次創業落腳楊梅,互宇向量則從青埔搬到蘆竹,建立廠辦空間。他笑稱,自己就像桃園「生出來的baby」。

桃園及北部地區聚集電路板、電子製造與機械加工等供應商,具備成熟的產業基礎。不過,部分業者長期專注既有市場,未必想過自身技術還能延伸至無人載具與航太應用。鍾宏彬舉例,互宇向量曾與傳統機械加工業者合作,協助對方了解航太供應鏈的品質驗證與製造要求,探索跨入新市場的可能。對這些業者而言,挑戰未必是技術能力不足,而是過去缺乏接觸航太應用的機會,不熟悉相關規格與驗證流程。

創業過程中,互宇向量也持續接觸桃園市政府青年事務局及相關局處、育成體系,參與創業交流與產業展會。鍾宏彬看重的是這些場合能讓團隊認識不同領域企業,拓展未來合作的可能。包括Meet桃園+在內的創業輔導與產業交流平台,也為在地新創提供接觸產業資源的機會。

從光纖陀螺核心元件走向完整導航系統,再延伸至航太合作與海外市場,互宇向量逐步建立從任務規劃、技術整合到系統驗證的能力。接下來,如何運用桃園既有的電子製造與精密加工基礎,找到更多能共同開發產品的夥伴,將是團隊拓展國際市場的重要課題。

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