AI计算力6年增长30万倍，远超摩尔定律 | OpenAI分析报告

编者按：本文来自微信公众号“量子位”（ID：QbitAI），指数栗 编译 OpenAI，36氪经授权发布。

众所周知，人工智能近年来发展迅猛，计算能力的提升功不可没。

为了感受这个速度，OpenAI发布了一份分析报告，说的是2012年开始，AI训练所用的计算量呈现指数增长，平均每3.43个月便会翻倍。

对比一下，摩尔定律的翻倍时间是18个月。从2012年到现在，计算量扩大了300,000倍。如果是周期是18个月，那只会扩大12倍。

看着计算力对AI发展的影响，如果按这个趋势发展下去，未来系统的能力可能会远远超过我们今天的想象。

△ 对数表示

图表显示的是每只AI的计算量，以petaFLOPS-day (pfs-day) 为单位。一个pfs-day)，是一天中每秒进行10^15次神经网络运算，或者说每天10^20次运算。

计算速度乘以时间，可以给人类一种比较直观的感受，就像千瓦时一样。

△ 线性表示

注意一下，这些数据并不是硬件的理论峰值，而是估算实际进行了的运算次数。

每个加法，每个乘法，都看做一次运算，不论数值精度怎样 (这样看来，说是FLOP可能有些用词不当) 。另外，这份报告并没有考虑集成模型。

单个模型的计算量

AI的发展中有三个因素至关重要：算法革新，数据 (可以是监督数据，也可以是交互式环境) ，以及训练可用的计算量。

算法革新和数据这两项上的进展，都比较难追踪。相比之下，计算能力还是可以量化的，给了人们评估AI发展进程的一个方式。

系统完成大量计算的时候，常常会让算法中的一些短板暴露出来。不过，至少在许多现有领域，更大的计算量表现为更好的性能，也与算法的发展相辅相成。

报告认为，单个GPU的速度不是最有用的数字，最大数据中心的容量也没那么重要。相比，训练单个模型所需要的计算量，才是更好衡量标准，可以反映模型到底有多强大。

单个模型的计算量，和总计算量有很大的不同。因为并行性的限制，会影响模型的大小，以及它能够接受怎样的训练。

当然，即便没有那么大的计算量，也可以产生重大的突破。不过，这份报告只讨论了计算能力。

运算速度呈现快速增长，一部分原因可能是，在GPU/TPU价格相同的情况下，定制硬件能够支持每秒更多次的运算。不过，主要原因可能还是研究人员一直在探索，让更多芯片并行的方法，且愿意为此投入大量资金。

两年就是一个时代

我们大概可以从图中看出四个不同的时期。

· 2012之前：GPU在机器学习里的应用还不多见，彼时取得成就相对艰难。

· 2012-2014：在许多GPU上训练的基础架构还很少，所以大多成就都是用1-8个GPU、1-2 TFLOPS的运算速度达成的，相当于0.001-0.1 pfs-day。

· 2014-2016：100-1000个GPU，速度在5-10 TFLOPS，结果是0.1-10 pfs-day。数据并行获得的收益越来越少，更大规模的训练价值有限。

· 2016-2017：出现了大批量处理、结构搜索、专家迭代 (EXIT) 等支持更强并行性的方法，还有TPU等专用硬件和更快的互联，冲破了局限。

AlphaGo是大规模并行算法最有名的栗子之一，不过很多规模相似的应用，现在在算法上都可行了，并且已经应用在生产环境里。

车要开得快，还是开得稳

分析认为，图中显示的增长趋势很可能持续下去。

许多硬件领域的初创公司都在研发AI芯片，其中一部分还宣称，能够在未来1-2年内大幅提升FLOPS/Watt，即提升FLOPS/$。除此之外，重新配置硬件也可能为同样的运算速度降低成本。

至于并行性，最近发生的许多算法革新，理论上都可以用“乘法”组合在一起——比如结构搜索和大规模并行SGD。

问题是成本可能抑制并行性的发展，芯片的效率也会受到物理方面的限制。但问题是可以解决的。

报告认为，虽然最大规模的训练所需的硬件，要花费数百万美元；不过，目前大多数神经网络计算都不在训练上，而在部署上。

这就是说，公司可以调整芯片的用途，或者有能力购买更多的芯片用于训练。

因此，如果能够刺激更多的资金投入，我们就可能看到更加庞大的并行训练，增长趋势也会持续更久。

这个世界的硬件总预算，达到了每年1万亿美元，所以成本上的压力都不是太强硬的挑战。

根据数据、指数增长的先例、机器学习专用硬件的发展以及经济因素，OpenAI认为短期内增长趋势还会继续。

以往趋势并不足以预测，正在发生的增长会持续多久，也不足以判断，增长过程中会发生什么。不过，就算只是一个合理假设，我们也有理由开始重视安全问题和恶意使用问题了。

要制定政策，要负责任地发展科技，预见是非常重要的。

未雨绸缪，好过亡羊补牢。