深度學(xué)習(xí)框架被稱為“智能時(shí)代的操作系統(tǒng)”，是推動(dòng)人工智能應(yīng)用大規(guī)模落地的核心動(dòng)力引擎。國(guó)家“十四五”規(guī)劃將深度學(xué)習(xí)框架列入“新一代人工智能”領(lǐng)域，作為前沿創(chuàng)新技術(shù)重點(diǎn)支持。近年來(lái)，國(guó)產(chǎn)深度學(xué)習(xí)開源框架迎來(lái)集中爆發(fā)，一眾優(yōu)秀項(xiàng)目在產(chǎn)業(yè)實(shí)踐中站穩(wěn)了腳跟。
百度飛槳（PaddlePaddle）是國(guó)內(nèi)首個(gè)自主研發(fā)、開源開放的產(chǎn)業(yè)級(jí)深度學(xué)習(xí)框架，并于去年全新發(fā)布了開源框架 2.2 版本。2022 年 4 月 29 日《極客有約》邀請(qǐng)到了百度 AI 技術(shù)生態(tài)總經(jīng)理馬艷軍博士，同時(shí)也是 OpenI 啟智社區(qū)技術(shù)委員會(huì)委員，和大家一起暢聊開源深度學(xué)習(xí)框架建設(shè)的話題。馬艷軍總體負(fù)責(zé)產(chǎn)業(yè)級(jí)深度學(xué)習(xí)開源開放平臺(tái)飛槳的產(chǎn)品和技術(shù)研發(fā)及生態(tài)建設(shè)，主要研究方向包括自然語(yǔ)言處理、深度學(xué)習(xí)等，相關(guān)成果在百度產(chǎn)品中廣泛應(yīng)用，并在 ACL 等權(quán)威會(huì)議、期刊發(fā)表論文 20 余篇，多次擔(dān)任頂級(jí)國(guó)際會(huì)議的 Area Chair。本期訪談中，馬艷軍主要圍繞飛槳平臺(tái)的技術(shù)和生態(tài)分享了自己在這一領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn)和觀點(diǎn)。
如何看待深度學(xué)習(xí)框架
深度學(xué)習(xí)框架非常類似于操作系統(tǒng)，是底層芯片指令集與上層應(yīng)用之間的連接層，既要做好對(duì)底層 AI 芯片的適配、融合與優(yōu)化，也要對(duì)上層應(yīng)用提供數(shù)以千計(jì)的算法開發(fā)接口。它相當(dāng)于人類身體的腰腹部位，是全身發(fā)力的核心支點(diǎn)。深度學(xué)習(xí)框架與操作系統(tǒng)的主要相似點(diǎn)還在于生態(tài)屬性。一系列軟硬件技術(shù)都要圍繞著框架緊密結(jié)合、共同發(fā)展，才能獲得良好的效果。
在 AI 研究的早期，學(xué)術(shù)界發(fā)現(xiàn)很多深度學(xué)習(xí)算法可以拆分成眾多可復(fù)用的固定模塊，為了提升算法開發(fā)的效率，便開始研發(fā)深度學(xué)習(xí)框架。2015 年之后的幾年，AI 技術(shù)積累雄厚的科技企業(yè)陸續(xù)推出了 TensorFlow、PaddlePaddle、PyTorch 等框架。這些框架在產(chǎn)業(yè)界和科研界得到了廣泛應(yīng)用，對(duì)很多應(yīng)用場(chǎng)景都有極大的提升和推動(dòng)作用。
飛槳框架的創(chuàng)新
PaddlePaddle 于 2016 年開源，是國(guó)內(nèi)最早開源開放的深度學(xué)習(xí)框架，然后在 2019 年有了中文名“飛槳”。英文名稱 PaddlePaddle 來(lái)自于 PArallel Distributed Deep LEarning 的簡(jiǎn)寫，而中文名飛槳?jiǎng)t出自明朝朱熹的一首詩(shī)“聞?wù)f雙飛槳，翩然下廣津”，以飛槳命名也蘊(yùn)含著快速發(fā)展的寓意。飛槳發(fā)源于百度公司內(nèi)部的研發(fā)和業(yè)務(wù)訴求，在產(chǎn)業(yè)實(shí)踐中經(jīng)過(guò)多年打磨，取得了突破性進(jìn)展，并形成了比較成熟的開源生態(tài)。
馬艷軍提到，各大主流深度學(xué)習(xí)框架走過(guò)的發(fā)展路線都是類似的，并且各家產(chǎn)品在技術(shù)上會(huì)相互借鑒、共同創(chuàng)新，因此會(huì)有很多相同相似的特性。與其它框架相比，飛槳最大的不同之處在于這款框架與產(chǎn)業(yè)應(yīng)用有更緊密的結(jié)合，為生產(chǎn)環(huán)境做了很多細(xì)致的工作，不僅僅在算法層面開展優(yōu)化，而且會(huì)專門進(jìn)行框架層面的升級(jí)。以動(dòng)靜統(tǒng)一為例，為了滿足企業(yè)場(chǎng)景中靈活調(diào)試和快速部署的需求，飛槳在業(yè)內(nèi)最早提出動(dòng)靜統(tǒng)一的設(shè)計(jì)并將之真正實(shí)現(xiàn)。所謂動(dòng)靜統(tǒng)一，動(dòng)的是靈活，靜的是高效率，既要有開發(fā)的靈活性，也要訓(xùn)練部署的高效率。從本質(zhì)上講，這也是打通了科研與企業(yè)兩大領(lǐng)域之間的聯(lián)系。基于上述底層技術(shù)架構(gòu)的支撐，開發(fā)者可以很方便的將研發(fā)出來(lái)的學(xué)術(shù)算法直接應(yīng)用到產(chǎn)業(yè)實(shí)踐中。這一設(shè)計(jì)在產(chǎn)業(yè)界接受度頗高，吸引了很多企業(yè)使用飛槳。類似這樣的底層框架創(chuàng)新還有很多，而且往往來(lái)源于企業(yè)開發(fā)者的實(shí)際業(yè)務(wù)。在這樣的良性循環(huán)中，飛槳框架逐漸走出了自己獨(dú)特的發(fā)展路線，形成了一種平臺(tái)化的深度學(xué)習(xí)開源開放生態(tài)。
深度學(xué)習(xí)框架的應(yīng)用場(chǎng)景
作為更加貼近產(chǎn)業(yè)實(shí)踐的深度學(xué)習(xí)框架，飛槳在實(shí)際應(yīng)用中非常適合各類型企業(yè)的使用。
例如一些企業(yè)尚不具備一流的深度學(xué)習(xí)算法研發(fā)能力，在實(shí)踐中更偏向于采用業(yè)界成熟的算法，結(jié)合自己的數(shù)據(jù)和場(chǎng)景進(jìn)行優(yōu)化。針對(duì)這樣的需求，飛槳提供了一整套開發(fā)套件和工具組件，打通了典型 AI 應(yīng)用開發(fā)的全流程。企業(yè)可以使用飛槳快速開發(fā)出適合自身場(chǎng)景的優(yōu)化算法，更早在實(shí)踐中部署 AI 能力。
還有一些企業(yè)雖然自身具備較好的研發(fā)能力，但在實(shí)踐中因?yàn)槌杀镜纫蛩兀辉敢庵貜?fù)造輪子，也很適合使用飛槳獲得開箱即用的算法組合。
另一類企業(yè)對(duì)算法的性能有很高的要求，希望獲得盡可能高的訓(xùn)練和部署效率。這些企業(yè)可以使用飛槳獲得很好的性能，同時(shí)節(jié)省可觀的資源。
除了企業(yè)用戶外，也有很多科研人員和學(xué)校師生在使用飛槳框架。過(guò)去兩年來(lái)，飛槳針對(duì)學(xué)術(shù)需求做了很多優(yōu)化，尤其是如前所述實(shí)現(xiàn)了動(dòng)靜統(tǒng)一后，開發(fā)調(diào)試大大簡(jiǎn)化，提升了科研人員的使用體驗(yàn)，所以最近飛槳的科研用戶比例有了不小的提升。
在科研場(chǎng)景中，飛槳的用戶主要分為兩大類。其中一大類是做人工智能相關(guān)的研究，主要關(guān)注深度學(xué)習(xí)算法的開發(fā)和改進(jìn)。這類需求對(duì)深度學(xué)習(xí)框架的靈活性與可擴(kuò)展性有極高的要求，需要框架能夠非常靈活地定制算子，盡量通過(guò) Python 層就實(shí)現(xiàn)高度定制化的功能特性。另一大類則是科學(xué)計(jì)算需求，需要深度學(xué)習(xí)框架為物理、化學(xué)、生物等科學(xué)領(lǐng)域的研究提供對(duì)應(yīng)的能力和優(yōu)化。這一類需求同樣對(duì)框架的靈活性和可擴(kuò)展性有很高的挑戰(zhàn)。因此飛槳在過(guò)去兩年中不斷在這兩大指標(biāo)上極致優(yōu)化，希望能同時(shí)充分滿足企業(yè)與科研用戶的多樣化需求。
馬艷軍提到，與操作系統(tǒng)相比，深度學(xué)習(xí)框架其實(shí)是更接近用戶的。因?yàn)槿斯ぶ悄芩惴ū旧砭褪呛蛻?yīng)用非常貼近的，并且深度學(xué)習(xí)應(yīng)用的整個(gè)流程，包括數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、模型開發(fā)、訓(xùn)練和部署都是業(yè)務(wù)場(chǎng)景中需要完成的。因此業(yè)務(wù)場(chǎng)景中的用戶同樣需要與深度學(xué)習(xí)框架進(jìn)行大量交互，很多時(shí)候用戶本身也會(huì)參與到社區(qū)生態(tài)的開發(fā)工作中來(lái)，這種互動(dòng)是在操作系統(tǒng)領(lǐng)域很難看到的。
如何做好生態(tài)建設(shè)
人工智能生態(tài)有一些獨(dú)有的特性，導(dǎo)致生態(tài)本身會(huì)有相當(dāng)程度的復(fù)雜性。首先，人工智能有很強(qiáng)的賦能屬性，在賦能千行百業(yè)的時(shí)候，需要與行業(yè)場(chǎng)景深入融合才能發(fā)揮更大的作用。與眾多行業(yè)結(jié)合為產(chǎn)業(yè)賦能的過(guò)程中，人工智能生態(tài)自然就要與這些行業(yè)充分互動(dòng)，復(fù)雜性也會(huì)大大提升。
例如很多中小企業(yè)需要充分借力開源開放平臺(tái)實(shí)現(xiàn)更多跟場(chǎng)景結(jié)合的方案，進(jìn)而服務(wù)大型企業(yè)，一定程度上起到毛細(xì)血管的作用；使用 AI 技術(shù)的頭部企業(yè)會(huì)面臨很多本行業(yè)的復(fù)雜問(wèn)題，需要上述中小企業(yè)從專業(yè)角度幫助提供 AI 解決方案。再如，很多高校學(xué)生在學(xué)習(xí)階段就會(huì)開始使用人工智能生態(tài)中的各種工具，從而生態(tài)也要適應(yīng)他們的很多需求。
從開源社區(qū)的角度來(lái)看，像 OpenI 啟智這樣的社區(qū)中會(huì)有很多人工智能相關(guān)的項(xiàng)目，這些項(xiàng)目環(huán)環(huán)相扣形成網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)，互相協(xié)作，共同提升，最終形成繁榮的社區(qū)發(fā)展面貌。如果社區(qū)中的項(xiàng)目不能形成這樣的緊密聯(lián)系，那么就很難形成網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)，在互相促進(jìn)中加速發(fā)展。
如上所述，深度學(xué)習(xí)框架生態(tài)在發(fā)展的過(guò)程中就要同時(shí)考慮中小企業(yè)、頭部企業(yè)和高校學(xué)術(shù)界的方方面面需求，同時(shí)還要考慮到為不同的開源項(xiàng)目提供溝通融合的管道。飛槳在多年的發(fā)展過(guò)程中就針對(duì)這樣的需求做了很多工作，在這個(gè)過(guò)程中不斷起到“連接”各個(gè)角色的作用，例如與高校教師合作了很多項(xiàng)目，或者在開源社區(qū)中培育很多項(xiàng)目等等。這些項(xiàng)目為生態(tài)注入了源源不斷的創(chuàng)新活力，使社區(qū)能夠持續(xù)推陳出新。與此同時(shí)，包括媒體人、布道師等角色也在飛槳生態(tài)中發(fā)揮著各自的作用，大家共同努力，打造出了一個(gè)欣欣向榮的人工智能開源生態(tài)。
在運(yùn)營(yíng)這樣一個(gè)生態(tài)的過(guò)程中，成功的關(guān)鍵要素就是要做好“連接”的工作，與生態(tài)共創(chuàng)、共享，讓生態(tài)伙伴都能從中受益。例如飛槳會(huì)與芯片廠商合作開發(fā)面向特定場(chǎng)景的軟硬一體解決方案，基于硬件開發(fā)很多模型庫(kù)算法，從而打通了硬件廠商與算法開發(fā)人員之間的溝通渠道。通過(guò)這種以具體項(xiàng)目為依托的形式，飛槳生態(tài)中的交流效率得到了顯著提升，也讓更多生態(tài)參與者能夠長(zhǎng)期留在社區(qū)中參與貢獻(xiàn)并共享成果。
這樣的生態(tài)體系就像一片生機(jī)勃勃的“熱帶雨林”，可以為許許多多的開發(fā)者提供豐富的資源。各種類型、各種背景、研究各種能力和模型的開發(fā)者都可以在這個(gè)生態(tài)中找到自己的用武之地，這也是飛槳生態(tài)最吸引人的魅力所在。
深度學(xué)習(xí)框架的未來(lái)展望
談到深度學(xué)習(xí)框架的未來(lái)發(fā)展這個(gè)話題，馬艷軍也有自己的一些看法。首先人工智能技術(shù)本身還有很大的發(fā)展空間，當(dāng)下出現(xiàn)了很多不同類型的技術(shù)互相融合的趨勢(shì)，例如框架與芯片的融合、跨模態(tài)技術(shù)的融合、技術(shù)與行業(yè)場(chǎng)景的融合等等。這樣的融合過(guò)程中就會(huì)出現(xiàn)很多技術(shù)創(chuàng)新。
另一方面，隨著人工智能在各個(gè)行業(yè)中展現(xiàn)出可觀的應(yīng)用價(jià)值，相關(guān)技術(shù)需要進(jìn)一步降低門檻，以便推動(dòng)更多組織在實(shí)踐中有效利用人工智能。行業(yè)需要包括深度學(xué)習(xí)框架在內(nèi)的更多低門檻的工具來(lái)吸引更多用戶來(lái)發(fā)揮聰明才智，讓不同類型的開發(fā)者都能充分利用人工智能的能力。
飛槳平臺(tái)開源的幾年來(lái)，有很多開發(fā)者進(jìn)入這個(gè)生態(tài)做出了自己的貢獻(xiàn)。就是這些貢獻(xiàn)幫助飛槳逐漸打磨出了很好的使用體驗(yàn)。飛槳也非常珍惜和感謝他們的努力與支持。未來(lái)，人工智能框架還有很長(zhǎng)的路要走，馬艷軍也希望更多開發(fā)者能夠與飛槳共同在開源社區(qū)成長(zhǎng)，見(jiàn)證飛槳和社區(qū)共同發(fā)展邁向新的臺(tái)階。
在本期節(jié)目中，馬艷軍也向觀眾推薦了幾本好書。首先是飛槳官方出的《零基礎(chǔ)實(shí)踐深度學(xué)習(xí)》，其中有很多動(dòng)手實(shí)操內(nèi)容，非常適合入門學(xué)習(xí)。飛槳也同包括北航的劉祥龍老師在內(nèi)的多位老師合作編寫了多本著作，都很適合開發(fā)人員動(dòng)手實(shí)踐，快速上手深度學(xué)習(xí)，歡迎感興趣的讀者搜索查找。
最后也預(yù)告一下，大家可以關(guān)注即將于 5 月 20 日線上舉辦的WAVE SUMMIT 2022深度學(xué)習(xí)開發(fā)者峰會(huì)，飛槳最新的技術(shù)、產(chǎn)品、生態(tài)進(jìn)展都會(huì)在這個(gè)峰會(huì)上發(fā)布。
