刷新自我，引領計算的新范式
周禮棟
微軟全球資深副總裁、微軟亞太研發集團首席科學家、微軟亞洲研究院院長
在2023年即將遠去的那一刻，我不禁產生了這樣一種遐想：若干年后，人們會回想起這一年中大家興奮地學習使用大語言模型（Large Language Models，LLMs）和各種 Copilot 的情景，并感慨道：改變就是從那時開始發生的。盡管2023年的我們對人工智能的了解還處在初級階段，但已確信它將與人類的命運緊密相連。
對微軟亞洲研究院而言，2023年則多了一些新的里程碑意義：我們迎來了建院25周年。回首過去的25年，我們可以自信且自豪地說，微軟亞洲研究院探索出了一套有效的企業研究院模式，孕育了諸多對微軟公司和全球社會具有重大影響的創新成果，見證并推動了亞洲乃至全球科技的發展，取得了足以讓每位伙伴驕傲的成就。
在最近與研究院同事們的交流的過程中，我們不約而同地達成了一個共識：與其追憶往昔，不如把目光投向下一個25年，以展望未來的姿態來紀念這個意義非凡的時刻。因此，我們一直在思考：在面對新的技術發展浪潮時，過去那些使我們成功的思維、文化與工作方式，在堅守與傳承的同時，是否應該做出一些突破性的改變？
答案是肯定的。我們希望不斷刷新自我，繼續創造具有深遠影響的新成果，為人類社會的福祉做出貢獻。
一、刷新目標使命，定義微軟亞洲研究院的下一個25年
無論是作為微軟全球研發體系的一員，還是作為企業研究院的代表，微軟亞洲研究院都具備一些與眾不同，甚至獨一無二的特質。背靠微軟公司這一全球化的平臺，又身處信息產業蓬勃發展的亞洲地區，微軟亞洲研究院得以融合東西方創新文化的精髓。自建院以來，我們就秉持開放、自由、多元與包容的文化精神，吸引全球優秀科研人才匯聚于此。這也是微軟亞洲研究院能夠在25年中始終站在科技浪潮前沿的原因。
每位微軟亞洲研究院的伙伴都希望我們在未來幾十年里能繼續保持優勢和獨特性。而這正是微軟亞洲研究院刷新自我的出發點：我們已經身處不同的時代和環境。就像那些能夠保持長期競爭力的組織一樣，我們必須與時俱進，做出必要的改變。這不僅包括增加新的研究項目，或是簡單地改變某些流程，更關鍵的是，我們要著眼于下一個25年，思考微軟亞洲研究院應該朝什么方向前進，并確保我們的步伐始終與我們的愿景一致。
至于下一個25年，我認為變化、趨勢、目標等都將緊緊圍繞計算新范式展開。
計算機領域的范式轉換周期大約是30~50年，每次范式轉換都會重新定義計算機在未來數十年里如何影響和改變人類社會。50年前，施樂帕克研究中心（Xerox PARC）推出了 Alto 計算機，開啟了從工業計算向個人計算的范式轉換過程，并由此產生了眾多彪炳史冊的創新。
值得一提的是，在Alto誕生時，人們并沒有在第一時間將其定義為個人計算時代的開始。但是包括 Xerox PARC 在內的研究者都意識到需要做一些不同以往的事情。后來，隨著圖形界面、以太網、鼠標、激光打印機等創新技術的出現，大家才逐漸看清這一輪新范式的輪廓。
現在，世界又一次來到孕育新一代計算范式的關鍵節點。新的計算范式將賦能人類生活和工作的方方面面，給各行各業帶來顛覆性的變革，也將催生眾多新的機遇。我認為，此時最有意義的工作之一，莫過于思考我們應該以怎樣的方式進行研究，從而有助于定義新范式這不僅涉及研究和創新，更關乎人類社會的未來。
我們認為，微軟亞洲研究院的新使命是：通過跨學科和跨界研究，創造具有重大影響的突破性技術，為未來幾十年的計算新范式奠定基礎，并為人工智能和人類發展創造更美好的未來。
二、刷新研究方式，確保向目標邁進
我們對研究方式也進行了重新思考，以幫助我們更好地達成使命。事實上，微軟亞洲研究院自成立以來一直不斷調整思維方式與創新模式，未來我們也將做出更多變革。
積極投入跨學科和跨領域研究
在微軟亞洲研究院看來，未來具有重大意義的突破性成果將來自跨領域的交叉融合。我們已經與多個自然科學領域的機構展開了合作。而為了讓技術服務于人類社會，在社會科學領域的合作也將是必不可少的。
我們的目標不僅是打破計算機科學與其他學科間的壁壘即使在計算機科學領域內，也應該摒棄以往那種只專注自己細分領域的做法。大語言模型就是一個很好的例證：孤立的領域將不復存在，更強的機器智能將來自跨學科與跨領域的深度融合。
連接全球的卓越人才和智慧
在新的范式下，當我們提到全球人才時，其范圍將不再局限于計算機人才。隨著跨領域融合的持續深入，我們需要與各學科和行業的人才建立更緊密的聯系，并為不同領域的人才搭建有效溝通的橋梁，從而跨越學科的邊界，推動學科交叉與研究融合。
未來，微軟亞洲研究院將繼續打造更加廣闊的國際化研究平臺，與全球各地的優秀研究者、機構和大學建立更緊密的合作關系，推動知識的自由流動和技術成果的共享，通過匯集全球智慧，共同探索和解決世界面臨的重大問題。
創造具有重大影響力的技術突破，著眼于具有社會意義的挑戰
研發成果被應用于企業產品，甚至引領產品未來的發展方向，當然是了不起的成績。但如果我們止步于此，那么將失去作為基礎研究機構的獨特性。此前，微軟聯合創始人比爾·蓋茨先生到訪微軟亞洲研究院，我有幸主持了一場與他的對話。蓋茨回顧了當初成立微軟研究院的初衷，就是可以為人類的普遍知識做出貢獻。
因此，微軟亞洲研究院將致力于創造具有廣泛社會影響的突破性技術。一方面，我們要確保技術具有足夠的前瞻性，經得起時間的檢驗；另一方面，依托這些突破性技術，我們能夠在解決具有廣泛和長遠意義的技術、產業和社會問題方面發揮不可替代的作用。
定義并引領計算的新范式
新一代計算范式是計算機科學研究，乃至更廣泛的行業和人類社會共同的機遇，我們必須行動起來，思考我們日常的研究和工作是否有助于深化對新范式的理解和定義，而不僅是專注發表一篇論文、優化提升某項技術，或是服務于某個產品。
定義和奠定新范式的基礎將成為我們具有最大共識的戰略方向。微軟亞洲研究院希望能夠在未來幫助各領域和行業建立起新范式的基本理論和底層邏輯，從而讓所有人能充分把握這些新的機遇。
三、傳承與刷新獨特文化，激發每個人的潛力
微軟亞洲研究院擁有獨特且讓我們引以為傲的文化。但我想強調的是，文化本身從來不是我們的目的，企業文化的真正價值在于激發個體的智慧與行動力。作為一個組織，微軟亞洲研究院最關心的是，我們能否共同創造一個讓每個人都能快速成長，并充分發揮潛力、產生深遠影響力的環境。
基于組織的使命和對人才成長的承諾，我們致力于營造一種有利于激發靈感和創新力的研究文化：我們倡導對技術進步懷有遠大抱負并富有極客創新精神，鼓勵研究人員拓展研究的深度與廣度，跨越領域界限；我們致力于打造利于培養長遠愿景、倡導開放協作精神和多元包容思維的研究氛圍；我們也不斷探索將好奇心驅動與精準聚焦相結合的科研新范式。
我們所追求的這種思維方式和文化氛圍都有一個共同的前提消除任何不利于集體智慧發揮和創新的障礙，讓想法自由流動（flow），讓最好的想法勝出。我們希望研究人員能在這種鼓勵個性表達且被充分信任的環境中，迸發出更深遠的靈感與思考。正如兩度獲得諾貝爾獎的萊納斯·卡爾·鮑林（Linus Carl Pauling）所說：獲得好想法的最佳方式是先獲得很多想法。
我們正從多個方面入手來創造更加暢通無阻的溝通環境。首先，我們將盡可能避免自上而下的要求式對話，取而代之的是讓研究員樂于表達和交流想法的形式。當他們感到自己是在主動參與而非被要求時，將更有動力和意愿表達新的想法。
其次，我們鼓勵每個人積極發現未來的潛在機會并勇于嘗試，即使那些機會聽起來遙不可及，這比展示已有成果更加重要。正如我們無法用現有的知識來定義新范式，只有勇敢地追求未知，才有可能在未來將其變為新的已知。
最后，我們為新員工建立Aspire社團，幫助他們快速適應科研工作和文化，并且通過各種自發的項目和活動快速成長。與此同時，新員工也為我們的文化注入了源源不斷的活力。
四、聚焦引領新范式的研究領域
盡管各界對新范式的探索尚處在起步階段，但微軟亞洲研究院已經開始在一些具有潛力的研究領域展開探索，其中很多都是跨學科的合作。這些跨學科項目不僅對相關領域具有深遠的影響，也提升了我們對于AI能力的理解和應用水平，有助于我們揭示新范式的奧秘。
（1）基礎模型迭代。在現有的Transformer基礎網絡架構 Next Token Prediction學習范式這一基礎架構之下，人工智能的發展主要依賴增加訓練數據量和擴大模型規模。然而，這種增長的天花板逐漸變得明顯。我們設計的新的網絡基礎架構RetNet打破了Transformer無法實現的低成本推理、高效率、同步訓練不可能三角，可以以更低的能耗及成本，實現人工智能效率和性能的指數級提升。
（2）AI與系統結合。AI誕生于大規模高性能計算機系統之上。現在，我們正在研究如何利用AI助力計算機系統的創新和發展。在我們看來，AI的能力能為解決傳統系統問題提供新的角度，例如：更智能、高效地優化復雜系統的性能；更快速和智能地診斷問題；更便捷地部署和管理。AI與系統相結合，也能為新系統的設計帶來不同的范式。從芯片設計、體系結構創新、編譯優化到分布式系統設計，AI可以成為系統研究者的智能助手，甚至承擔大部分工作。
（3）創新智能環境。無線技術將不僅是通信的工具，還將成為 AI 發展和應用的數據橋梁和第六感官，使AI以超越人類的感官來全面理解物理世界，獲得更強大的綜合建模能力。然而，無線技術正面臨理論和實踐的雙重挑戰，尤其是受到通信范圍和感知能力的限制。為此，我們提出了全新的研究方向為無線信道構建可調整的智能環境。這一創新可以利用低成本且易于部署的超表面裝置使無線信號傳輸至原先難以觸達的區域，還可以提升無線感知的精度，使其適用于更廣泛的應用場景。
（4）AI與腦科學。通過深度融合AI與腦電信號、基因、血液等大腦關鍵組成要素，我們正在設計一系列特有的領域模型，這不僅將支持科研人員和臨床醫療專家更好地獲取大腦的反饋信息，發現腦部異常并深入理解腦部疾病機理，也有助于我們有效了解人腦的思維方式和認知過程，從而給神經網絡和機器學習算法的設計帶來更多啟發。
（5）AI與傳統文化。我們與甲骨文領域的專家合作，開發了甲骨文校重助手Diviner，首次將自監督AI模型引入甲骨文校重工作中，幫助專家從這項原先完全依靠人工經驗、既費時又費力的工作中解放出來。這一進展向學術界展示了AI在保護和傳承富有社會意義的文化遺產研究中的巨大價值。
微軟亞洲研究院對AI社會責任的重視，不亞于對其基礎研究、智能性能和應用的關注。隨著AI對社會的影響日益加深，如何確保AI的使用既遵循社會道德，又真正服務于人類，是所有AI研究者都必須深入思考的問題。為此，我們啟動了社會責任人工智能（Societal AI）的研究，并與心理學、社會學、法學等社會科學領域的專家合作，以期能為AI制定可行的價值觀標準，確保AI的發展和使用總能被置于人類利益的框架之內。
此外，我們在人與 AI 交互、媒體基礎、AI 在行業和科研的創新應用等領域進行探索。在本書中，我的同事們也會將我們在這些領域的深度思考和最新成果分享給廣大讀者。
寫在最后
一個被廣泛認同的觀點是，基于洞察和預判的自我變革是組織長期保持競爭力和持續成長的必要手段。因此，我并不想將微軟亞洲研究院正在進行或將來可能的自我刷新定義為顛覆。即便相隔數年再次造訪，研究院依然會讓你感到親切，并迅速感受到自己身在何處。我們相信微軟亞洲研究院的文化具有足以穿越周期的生命力，使我們能夠敏銳地觀察世界的微小變化，將智慧應用于對新范式的理解和創新，讓技術之美真正造福于人類社會。
致謝
本書匯聚了微軟亞洲研究院全體成員多年的努力，在此，我要特別感謝參與本書創作、出版的各研究組、學術合作團隊、法務團隊及公關團隊。其中，來自微軟亞洲研究院北京、上海和溫哥華實驗室的研究組為本書提供了豐富的專業內容和深刻的趨勢洞察，我也希望借此與學術界、產業界持續展開更加積極、活躍的互動。同時，我們從多個維度分享了科學研究的創新思維、方法和原則，或許可以啟發更多讀者，尤其是年輕一代，將科研的匠人精神一代代地傳承下去。
此外，我謹代表微軟亞洲研究院，向推薦本書的各位朋友、合作伙伴、院友及微軟同事表示感謝。我們非常榮幸能夠邀請到這些在各自領域享有盛譽的學者，他們以獨特的視角和豐富的經驗，為讀者提供寶貴的閱讀推薦。在此，特別感謝（按姓氏首字母排序）：北京大學智能學院教授遲惠生，微軟原全球資深副總裁、微軟亞洲研究院前院長洪小文，康奈爾大學教授、圖靈獎得主 John Hopcroft，微軟全球資深副總裁、微軟研究院院長、微軟全球研究與創新孵化負責人Peter Lee，中國工程院院士潘云鶴，微軟全球執行副總裁兼首席技術官Kevin Scott，香港科技大學校董會主席、微軟原全球執行副總裁、微軟亞洲研究院原院長沈向洋，中國工程院院士、清華大學智能產業研究院（AIR）院長張亞勤，中國工程院院士鄭南寧，比爾及梅琳達·蓋茨基金會北京代表處首席代表鄭志杰。正是在各方伙伴一直以來的支持下，微軟亞洲研究院才能取得長足的發展，特此鳴謝！
2024年12月
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