认知计算 开启未来之窗

张贝贝

机器是否可以在未来像人类那样思考？计算机是否能像人类具有感知、听觉、视觉、嗅觉，甚至能适应人类，自己学习？这些离我们还遥远吗？

通过认知计算，计算机把人类从无意义的、重复性的思维模式中解放出来，实际上增加了充分利用人类理性的机会。我们正处于认知系统的发展初期，巨大的转变即将来临，但我们可能无法完全想象认知系统将给计算机行业、商业和整个社会带来的影响。

推开未来之窗，去看一看认知计算的魅力。

“传统计算机必须先由人类进行编程才能执行某项特定的任务，而认知系统则会从与数据和人类的交互中学习，从某种意义上来说，它可以自行编程执行新任务。传统的计算机被设计用来进行快速运算；而认知系统则被设计用来从数据中推出结论并达成制定目标。传统的计算机只有基本的感知能力，而认知系统则会添加人类的一些感官。在认知时代，计算机将会适应人。它们将会以我们与生俱来的方式和我们进行互动。”

在《机器智能》一书开篇，作者如是描述认知能力的新时代。然而这个时代真的到来了吗？他会给人类和商业社会带来怎样的变革？我们能否应对？似乎一切都那么神秘。

掀开认知计算的面纱

想要揭秘认知计算，就不得不先回顾一下计算发展的历史：第一个时代是制表时代。始于19世纪，进步标志是能够执行详细的人口普查和支持美国社会保障体系。第二个时代为可编程计算时代。兴起于20世纪40年代，支持内容包罗万象，从太空探索到互联网均包含其中。

“认知计算时代与前两个时代有着根本性的差异。因为认知系统会从自身与数据、与人的交互中学习，所以能够不断自我提高。因而，认知系统绝不会过时。它们只会随着时间推移变得更加智能，更加宝贵。这是计算史上最重大的理念革命。认知计算也被认为是第三个计算时代。”在书中，IBM负责认知解决方案和研究部门的高级副总裁John Kelly博士这样认为。

再来看看认知计算的定义：通过与人的自然语言交流及不断地学习，从而帮助人们做到更多的系统，是从硬件架构到算法策略、从程序设计到行业专长等多个学术领域的结合，能够使人们更好地从海量复杂的数据中获得更多洞察，从而做出更为精准的决策。

在IBM，这种系统被简化归纳为，具备规模化学习、根据目标推理以及与人类自然互动能力的系统。

搜索有关认知计算的关键词，海量计算、人机互动、规模化学习，都好像与我们熟知的人工智能相似。不久前，全球关注的“人机大战”，由顶级围棋手李世石与谷歌计算机围棋程序“阿尔法围棋”（AlphaGo）进行对弈，结局是李世石以1：4败北。

这个“阿尔法”搅起的波澜，总会令人回想起1997年IBM的“深蓝”于国际象棋大师卡斯帕罗夫的大战。随着大数据和机器学习技术的发展，AlphaGo挑战的难度更大，因为国际象棋的下法可以穷尽，围棋的下法几乎不可穷尽。比赛后，舆论各说纷纭，其实，无论谁输谁赢，对于大众来说，这一场比赛最大的收获莫过于完成了人工智能的大众科学普及工作，从而带来人们对于自动驾驶和人工智能的广泛兴趣。

首场人机大战结束后，AlphaGo之父、DeepMind联合创始人德米斯·哈萨比斯表示，人工智能的下一步目标是让计算机自己学棋。也就是说，下个版本的AlphaGo将从零开始，不接受人类的灌输的特定知识，做到真正的自主学习。

不仅是谷歌，包括微软、Facebook、百度等公司都在布局人工智能，而他们选择的一个共同举措，就是开源人工智能系统，以此吸引到更多的人工智能专家，为软件的改进和应用出谋划策，并通过这种方式笼络市场人才。

那么IBM所判断的第三代计算—认知计算和人工智能又有着怎样的区别呢？

人工智能的发展已有多年，从历史和研究角度来讲其主要目的是为了让机器表现得“更像人”，人们称之为Intelligent Behavior。对此，IBM认为虽然认知计算包括人工智能的一些要素，但前者是一个更宽泛的概念。认知计算不是制造“为人们思考”的机器，而是与“增加人类智慧”有关，能够帮助人类更好地思考和做出更为全面的决定。

此外，IBM更为强调的是“认知计算的目的并不是为了取代人，而Intelligent Behavio也只是认知计算的一个维度。认知计算除了要能够表现人和计算机的交互更加自然流畅之外，还会更多地强调推理和学习，以及如何把这样的能力结合具体的商业应用、解决商业的问题。”

如果梳理认知计算的三个最核心特点就会发现他的与众不同之处：

●理解：通过感知和互动快速理解结构化数据和非结构化数据，能够实现与用户之间的交互，从而理解、回答用户的问题。

●推理：凭借假设生成（hypothesis generation）技术，透过数据揭示洞察力、模式和关系，以多种方式进行认知，产出多种而不仅仅是一种结果。

●学习：凭借以证据为基础的学习能力（evidence based learning），能够从所有文档中快速提取关键信息，像人类一样学习和认知。通过追踪用户反馈和专家训练，不断进步，提升解决方案和解答的能力。

蓝色巨人转型之旅

作为认知计算的倡导者，2016年初，在CES（国际消费类电子产品展览会）上，IBM首席执行官罗睿兰发表演讲并指出，“IBM不再只是一家硬件公司或软件公司，而已经转型为一家认知解决方案和云平台公司。未来是认知的，而我们正朝着一个认知的物联网前进。”

众所周知，IBM一直在引领IT趋势，通过不断转型，提出自己的商业愿景来推动IT市场的发展：1997年，IBM描绘了电子商务如何转变世界的愿景。2008年，IBM推出了智慧的地球以及世界如何因物联、互连且智能的系统而变化的愿景。本次提出的认知商业也旨在智慧的地球基础上构建，并通过大数据和智能化而推动这种新观点的形成。

然而，在“互联网+”的时代背景下，云计算、大数据、物联网等新的技术应用层出不穷，蓝色巨人能否再一次前瞻性地引领市场风向，对于IBM来说，他的底气在哪？其在认知计算方面的投资和积累到底有哪些？

1968年，在改编自科幻小说作者阿瑟·克拉克的电影《2001太空漫游》中，第一次出现了一个有认知能力的机器人形象—HAL 9000，它只有4岁，它从来不犯错，它的原形就是IBM1964年推出的首个指令集兼容的System360。电影《2001太空漫游》放映于1968年，第二年科幻变成了事实。美国太空总署采用五部System360，把阿波罗11号的任务圆满达成，这是人类第一次登陆月球。

这样的科技进步还在继续，从未停止过节奏。时间来到1997年的5月11日，国际象棋世界冠军卡斯帕罗夫与IBM公司的国际象棋电脑“深蓝”的六局对抗赛降下帷幕。“深蓝”重量达1.4吨，有32个节点，每个节点有8块专门为进行国际象棋对弈设计的处理器，平均运算速度为每秒200万步。总计256块处理器集成在IBM研制的RS6000/SP并行计算系统中，从而拥有每秒超过2亿步的惊人速度。它不会疲倦，或受到干扰。但它也没有直觉，不能进行真正的思考。卡斯帕罗夫曾经说过，电脑要想战胜世界冠军，得等到2010年。“深蓝”把这个日子提前了13年。

这样的惊喜还在上演。当2011年Watson在智力竞赛电视节目《危险边缘》（Jeopardy！） 中获胜时，它还装在一台计算机中，位于IBM 研究院的一个房间内。当时，Watson只包含一个软件应用程序，是基于IBM“DeepQA”（深度开放域问答系统工程）技术开发的。作为“Watson”超级电脑基础的DeepQA技术可以读取数百万页文本数据，利用深度自然语言处理技术产生候选答案，根据诸多不同尺度评估那些问题。IBM研发团队为“Watson”开发的100多套算法可以在3秒内解析问题，检索数百万条信息然后再筛选还原成"答案"输出成人类语言。

那时候的Watson是令人兴奋的，而更令人兴奋的是后来的Watson。五年来，数字化的变革袭来，大数据的价值逐渐被人们挖掘，但仍有80%的数据是无法被传统计算机识别的非结构化数据。

以IBM Watson为代表的认知技术却可以读懂并分析这些数据：17秒，IBM Watson可以阅读3469本医学专著、248000篇论文、69种治疗方案、61540次实验数据、106000份临床报告，最终提出三个最优选的治疗方案； 129天，IBM Watson大脑让机器人Pepper识别出货架上绝大多数商品，售卖咖啡与手机，洞察消费者，感知细微的情绪变化……

近日，在主题“迎接认知时代，IBM与您智胜未来”的2016IBM论坛上，IBM Watson事业部全球认知解决方案总经理Jay Bellissimo介绍，IBM将认知能力以API的形式在云上开放，目前已经提供的Watson API已达42个，这个数字还在不断增加。未来又将结合移动、APP、智能机器人等众多前沿科技构建认知解决方案。目前，IBM认知商业的生态系统已经建立，有超过500多个合作伙伴，IBM与他们共同创造认知商业。随着2014年Watson集团的成立和2015年10月宣布成立业内首个“认知商业”咨询部门，IBM早已为在新的计算时代帮助客户向认知企业转型做好了准备。

推动认知商业落地

2016IBM论坛上，IBM大中华区董事长陈黎明宣布：IBM认知商业战略在中国正式落地。“认知时代已经开启，这对于中国的意义特别重大。在不久的将来，我们将能看到整个商业模式由于认知技术的推动而发生巨大变化—小到每个人获得的服务和产品、创业者所能拥有的商业创新优势，大到传统企业行业的转型、甚至经济和整个社会治理效率的跨越式提升。我们坚信，认知商业是大势所趋。”

如果企业具备了认知的能力，又有怎样的优势？

据了解，所谓“认知型企业”，就是能使用具备理解、推理和学习能力的系统，利用认知计算来感知重要事务、对所有数据进行推理并持续学习和改进的企业。和传统企业相比，认知型企业具有以下五个领先优势：

●更深入的人际互动和个人化：认知商业可基于每名客户对模式、形态和质量的喜好，与其开展更加全面深入的互动。认知系统可通过分析与推理所有结构化和非结构化数据，来找出什么是真正激发兴趣、产生互动的关键；

●更强的专业能力：认知系统能帮助专业工作人员掌握新知识，缩短将专业人员培训为专家的时间。即使对于顶级专家，认知系统也能帮助他们更加深入快速地开展研究工作和分享成果；

●认知型产品与服务：认知技术使得新型产品和服务可以感知、推理并且学习用户及周围的世界。它们不断地改进与调整，增加能力，使产品与服务提升到以前想象不到的水平；

●认知型运营与流程：认知技术不仅能改变企业的服务能力和改善产品，同时还能改变企业运营的方式。通过在业务流程中融入认知能力，能够利用大量的内外部数据，借此提高对工作流、上下文及环境的感知能力，从而不断学习新知识、提高预测能力和经营成效，同时在最快的速度下做出明智决策；

●探索与发现的能力：强大的认知工具帮助企业在新药研发、复杂的金融建模、材料科学创新及成立新创企业等领域取得非凡洞察，从而在日益复杂多变的世界立于不败之地。

随着时间推移，认知技术可能会融入许多 IT解决方案和人类设计的系统之中， 赋予它们一种“思考”能力。这些新功能将支持个人和组织完成以前无法完成的事情，比如更深入地理解世界的运转方式、预测行为的后果并制定更好的决策。

认知转型是一段旅程。要想变为认知银行、认知零售商、认知医院、构建认知供应链，企业领袖需要通过以下5个步骤，梳理利用手头资源和部署云、分析、移动、社交和安全技术，从而提高这些投资的价值：

1.制定认知策略。首先，您需要决定所需数据；系统培训专家；必须增强人类互动的领域；需要融入认知技术的产品、服务、流程和运营环节；在80%的非结构化数据中，哪些是您预测未来时最有可能需要的数据。

2.数据与分析能力。能够收集和分析适当数据的企业才能取得成功，包括结构化和非结构化的内部、外部及公共数据。企业通过可对这些数据运用认知技术获得感知、学习和调整能力，从而取得竞争优势。

3.优化用于行业、数据和认知API的云服务，打造面向新型开发的平台。编码人员是新型建造者—他们建造能够创造新型价值的新产品和新服务。他们的构建块是代码、API和各类数据集。您所选择的开发平台以及敏捷的开发文化和方法都是关键成功要素。

4.优化用于认知工作负载的IT基础架构。建构一种新的 IT基础架构，通过协调来自公共、私有及混合云的技术，与分散各处的设备、物联网工具和你的现有系统，快速而经济地达成这一目标。

5.确保认知时代的安全。随着认知技术进入汽车、建筑物、道路、业务流程、车队、供应链，保障每一次交易、每一笔数据以及互动的安全，成为确保整个系统以及你的品牌和企业声誉可信度的关键。

美敦力公司正在进行着这样的转型变革。糖尿病服务与解决方案部总裁Annette Brüls在博客中提到，“我们正在转型成为健康保健解决方案公司。我们不止设计和销售设备，患者实现的出色疗效中也有我们的一份功劳。我们参与了数据管理、治疗协调和指导。我们向患者和临床医生提供他们所需的洞察，帮助管理各种疾病和医疗状况。”

美敦力的这种转型十分必要，因为全球的医疗系统都在从“购买治疗服务”向“购买治疗效果”转变。正是因为这样的转变，使人们相信有必要利用数据，帮助糖尿病患者以最有效的方式使用我们的设备来控制自己的疾病。

据了解，糖尿病是全球最严重的健康威胁之一。目前，全球有4.15亿成年人患有I型或II型糖尿病，到2040年糖尿病患者总人数可能会超过6亿。

由此带来的痛苦和负担当然由糖尿病患者来承受。他们每几个月看一次医生，每次只有几分钟，所以大部分时间还是要靠患者自己管理自己的健康状况，在血糖不足和过高之间找到平衡点。如果血糖水平下降过低，他们就面临低血糖的威胁，这可能会导致精神不集中和迷失方向感，更严重者可能会失去知觉、昏迷甚至死亡。如果血糖长时间过高，那么患者就有发生心脏疾病、失明、肾衰竭、手指或四肢截肢的风险。

美敦力公司正在开发更准确的血糖监测仪和更有效的胰岛素泵，并对这些设备产生的数据进行分析，从而为糖尿病患者提供更好的疗效。现在，与IBM合作，争取将糖尿病治疗水平提升到新的高度。

“我们将美敦力在糖尿病治疗方面的专业经验与IBM Watson的认知计算相结合，目标是开发美敦力解决方案，帮助糖尿病患者改善健康状况，减轻管理身体状况的负担，让他们继续享受美好生活。”糖尿病服务与解决方案部总裁Annette Brüls如是说。

这样的转型案例也正在中国生根。作为全球最大的以研发为基础的生物制药公司辉瑞制药牵手IBM中国共同联合前沿医疗机构，利用大数据及以新型认知分析方法，建立了符合中国人群特征的慢性病风险预测模型，可高效甄别出关键风险因素，加速科研发现的进程。借助此疾病风险预测模型与临床决策支持系统，医生预期可以大幅度提高诊疗质量，并针对病人的个体情况提出个性化诊疗建议，节约患者的医疗成本。

“近年来，很多国家都面临着日益严峻的慢性病挑战。认知技术的应用与推广将有利提高慢性病诊疗的精度与效率。通过与IBM以及诸多中国领先的医疗机构的跨领域合作与创新，广大饱受慢性病困扰的患者和家庭将会从中受益。我们已能看到认知技术为这个行业带来的创新契机，期待未来催生出更多协作创新，在更多高精尖医学领域实现突破。”辉瑞中国医学部副总裁谷成明博士如是说。

IBM大中华区总经理王天義提到，“2015年，IBM对全球5000多位CXO做了调研，发现大家共同的境遇就是在颠覆与被颠覆的驱动下做转型、做变革、做创新。大家看到同样的情况是，行业的边界正在被重新定义，也就是说行业跟行业之间的边界已经不复存在，无疆界的时代，如何跳出一般的想法、一般的框架，超越客户的期待，超越所有的想象。这不是一家公司、一个行业、一位企业家或者创业者的思考就可以达成，而是所有IT的供应商，行业里的每一家企业要共同思考认知型的产品、服务和业务形态，如何创造一个更新的价值。我们需要建立一个新的生态形态，在这个平台上共同创建API，在业务里面部署新的能力。”

无论是落地认知商业战略的实施还是推进相关解决方案的落地都离不开合作伙伴。近日，在2016IBM大中华区合作伙伴领导力大会上，IBM发布了全新的合作伙伴计划，“未来商业模式将会因为认知技术的推动而发生变化，IBM愿意与合作伙伴深入合作，共同开发认知解决方案，帮助客户快速向认知商业转型。”IBM大中华区董事长陈黎明如是说。

据了解，本次发布的全新合作伙伴计划，提供了精确的路线图，协助合作伙伴深耕行业，加强在云和认知计算等新领域的能力建设，并帮助合作伙伴增加盈利机会。该计划的核心内容包括：

●提升竞争力。只要合作伙伴在相关战略领域产品、解决方案和服务上获得出色的业绩或展现出专业表现，IBM都将给予相关激励。这些领域包括认知计算，云，商务，Watson，物联网，分析，移动，社交和安全等。

●四个等级。未来合作伙伴会员级别将分为注册会员，银卡会员，金卡会员和白金卡会员四个级别。白金卡会员将奖励那些具有竞争力和出色销售业绩的合作伙伴。

●更多收益。新的计划为合作伙伴提供了领先的培训、营销、销售和产品支持的技能与资源支持，并重新设计合作伙伴标识，显示与IBM的合作关系与竞争力等详细信息，供合作伙伴用于营销材料中。

●推出“技能包”。该产品包含技能、教育和测试认证等支持举措。通过更专业、细致的系列措施，让合作伙伴能够更快掌握新技术和解决方案，帮助合作伙伴更便捷地与IBM生态系统进行连接。

此外，IBM大中华区总经理王天義还表示，IBM成立了认知解决方案团队，致力于整合内部资源，并与合作伙伴一起定制服务中国本地客户的认知商业解决方案。

从“芯”解读认知计算

虽然IBM在认知计算方面有了相当多的积累，但不得不承认的是，认知计算作为下一代计算，并且运用于商业还处在发展的初期。

设想一下未来一个港口的城市安全系统，在码头上，摄像机记录人员、设备和轮船的流动，麦克风会记录下各种声音、传感器会嗅闻烟雾和毒气。计算机能实施整合这些信息，检测图形相关性。如一个纵火犯在深夜登船，破窗防火，监管部门能够立刻受到来自安全系统的警报，在火势蔓延和纵火犯逃离现场之前能快速赶到现场。而所有这些新任务都需要处理大量的数据，计算机可以提取不同的图像并实现分类，从语义上理解每一张单独的图片以及相关的视频。

显然人类经常把判断周围的相关联事物当成非常自然的事情，有如葡萄柚大小的人类大脑中，其实存在着消耗20瓦电能就可以高速运转的220亿个神经元。不过让一台传统计算机拥有类似的认知能力，需要耗费上亿瓦的电量，以及一个足球场大小的处理器。

因此，当前传感器的计算能力需要彻底地改变，才能帮助人类利用身边数百万小时的视频、数十亿张图片以及无数的传感信号。这种能力亟需一种能够体现认知计算准则的新型芯片。当然，在《机器智能》一书中，作者明确表示，设计这种芯片的目的不是为了在电子电路中复制人类大脑，而是从大脑工作的原理中汲取灵感，并将此作为设计的模型。通过将神经学原理和纳米技术相结合，从而设计出芯片和系统，不仅能向大脑一样，立刻分析来自多重感官渠道的复杂信息，还能随着接触的环境动态的重编程序。目前，模仿神将元网设计的“神经突触芯片”正处于发展阶段，但已经有了一些成果。

IBM科学家发布首款前所未有的超大规模神经突触计算机芯片，其中含有100万个可编程神经元、2.56亿个可编程突触，每消耗一焦耳的能量，可进行460亿突触运算。这款由54亿支晶体管组成的功能齐全、可大规模生产的芯片，是迄今建造的最大的CMOS芯片之一。并且在进行生物实时运算时，这款芯片的功耗低至70毫瓦（mW），比现代微处理器功耗低数个数量级。

在外形上，神经突触超级计算机芯片如同一枚邮票大小，其工作电源相当于助听器电池，这种支持视觉、听觉和多感官应用的技术将给科技、商务、政府和社会带来全新的变化。据了解，这款新型芯片是一个完整的端到端垂直整合生态系统的组件，涵盖芯片模拟器、神经科学数据、超级计算、神经元技术规格、编程规范、算法和应用程序以及原型设计模型。该生态系统全面支持从设计到开发、调试及部署的整个编程周期。

为将这种完全与众不同的技术功能推向社会，IBM为高校、客户、合作伙伴和IBM员工设计了新颖的教学课程。在之前论证的片上神经突触核心在线学习的基础上，IBM计划建立一种能够适应现实环境条件的学习系统。虽然目前硬件采用的是现代CMOS工艺生产，但其基础架构将利用未来内存、3D 集成、逻辑和传感器技术的优势，进一步降低功耗、提高封装密度、并加快运行速度。

梳理IBM近100年的历史中，每当其在计算领域取得重大进步，都会引发人类影响的疑问，1960年4月25日，在一份给IBM管理者的备忘录中，首席执行官小托马斯·沃森谈及IBM所面临的问题是制造“会思考的机器”。他写道：“计算机永远不会取代人的主动性，也不会取代人类的创造性思维。”计算机把人类从无意义的、重复性的思维模式中解放出来，实际上增加了充分利用人类理性的机会，只有人类，在最完全的意义上讲，才会充满想象力和创造力地思考。

如今，我们正处于认知系统的发展初期，我们知道巨大的转变即将来临，但可能无法完全想象认知系统将给计算机行业、商业和整个社会带来的影响。