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50年的轮回与互联网的未来

刘锋:互联网50年,从“巨网”到“大脑”

  50年的轮回与互联网的未来。前言:本文是我2019年受邀在《科学大众》为中学生撰写的科普文章,详细阐述了互联网在过去50年里发生了怎样的巨大变化,并深刻影响着人类社会和科技未来。

  (《科学大众》 创刊于1937年,是中国最早创办的科普期刊。创刊以来为《科学大众》撰稿的有 竺可桢 、 钱学森 、 李四光 、 华罗庚、美国科学院院长布鲁斯·阿尔伯茨 、 杨振宁 、 李政道、 周光召 、 宋健 、 朱光亚 等80多位院士)

  21世纪以来,眼花缭乱的前沿科技概念喷薄而出,从web2.0、社交网络、物联网、移动互联网、大数据、工业4.0、工业互联网到云机器人、深度学习、边缘计算……当科技发展的列车驶入21世纪第二个十年,一个在两千年前就已被关注的名词——“大脑”,突然在前沿科技领域爆发。

  除了人工智能领域与脑结合形成“类脑计算”,在产业领域,2012年谷歌将自己的人工智能系统命名为谷歌大脑,2014年科大讯飞提出讯飞超脑,2015年百度提出百度大脑,2017年阿里提出ET大脑,2018年,滴滴提出交通大脑,浪潮提出企业大脑,360提出安全大脑,腾讯提出超级大脑,华为提出EI智能体。除此之外,城市大脑、城市云脑、工业大脑、农业大脑、航空大脑..不断涌现,一个值得追问的问题是“是什么原因导致‘大脑’的爆发?”

  时间不知不觉进入到2019年,这是一个注定将不平凡的一年,诸多到来的纪念活动中,一个重要的不容忽视的事件,就是50年前互联网的诞生。它的成长历程也许正包含了上面问题的答案。

  从互联网网状模型到大脑模型

  为了防止通讯系统在核战争中被彻底摧毁,1969年,美国国防部研究计划署开始构建阿帕网,首先用于军事连接,后将美国4个研究机构的4台计算机连接起来。以此为起点,互联网的成长之路就此开始。可能连它的创造者也没有想到,在短短的50年中,互联网已成为对人类社会影响最为深刻的技术,无论从互联网的起源还是名字看,网状结构一直是互联网留给人类最突出的印象,即使是在其学术定义中,也是这样描述的,“互联网是指将世界范围计算机网络互相联接在一起的网际网络”。

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  应该说世界互联网的快速发展,特别是中国互联网的快速发展,给予我们观察互联网发生重大变化的机会。某种角度上,中国互联网的应用创新和竞争烈度远远超过了欧洲、日本等地区和国家,甚至在某些方面也超过了互联网第一大国美国。譬如从1999年,腾讯通过QQ开始社交网络的扩张,到2004年用户量已经超过500万人口。这一年美国的脸书(Facebook)诞生,10年后它们都发展成为用户超10亿的互联网巨头公司。除此之外,在过去20年中国互联网行业的一次次风口中,如电子商务、智能手机、网络游戏、团购、P2P信贷、网络直播、共享经济、知识付费等领域,无一不呈现出竞争白热化、高峰期企业数量众多但存活率低的现象。中国企业数量往往超过美国巅峰期同类型企业数量的10倍甚至数十倍。

  激烈的竞争和技术的快速应用,使得我们不断受到互联网新现象的冲击。譬如腾讯、阿里巴巴等社交网络带给我们类脑神经元网络的启发,传感器网络在水利部门的应用产生的类躯体感觉神经启发,远程视频在旅游行业的创新性应用产生的类视觉神经启发,我们在2008年开始意识到,互联网的结构明显已经超过网状结构的框架,越来越多的迹象表明,互联网正在向与人类大脑高度相似的结构进化。从2008年到2018年,共形成了5个版本的互联网大脑模型图,最后一个版本的模型是这样:

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  从原子太阳系模型到互联网大脑模型

  这幅图不是描述互联网在1969年诞生时的架构,而是根据科技的进展对互联网50年甚至是100年后成熟结构的推论。用类比的方式研究一个新的事物,并不是科学研究上的第一次,一个有趣的现象是,上个世纪最重要的物理结构——原子,科学家们正是通过不断的类比,从葡萄干蛋糕模型到土星模型,从太阳系模型到电子云模型。最终找到原子的关键核心——原子核与电子的关系。

刘锋:互联网50年,从“巨网”到“大脑”

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  原子和太阳系属于自然物理系统,而互联网和大脑都是与生命相关的系统。这种特征也导致互联网的大脑模型在构建和研究上要比原子结构复杂得多,这是因为作为物理现象,原子和太阳在结构上和运行规律上相对稳定,而互联网在结构上却一直处于高速变化之中。与之对比的大脑结构虽然变化缓慢,但其内部很多深层次机理依然还不明确。

  虽然面临着这些困难,但大脑与互联网的结构特征因为其互补性,又为我们提供了一条曲折但巧妙的探索通道。从神经学角度看,大脑的结构已基本稳定,虽然体积小,活体实验困难,但经过近千年的研究,宏观和微观结构已基本清晰,只是在大脑如何形成意识、智能、情感的原因和对应结构上尚不明确。而互联网的特征是高速发展,变动快,但体积庞大,宏观和微观观察相对容易。

刘锋:互联网50年,从“巨网”到“大脑”

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  在研究中,由于互联网大脑模型暂时还不涉及到意识、智能、情感等问题,因此在对比研究互联网大脑模型时,这个领域恰好可以很好地规避掉。我们可以首先选取大脑中那些相对重要、稳定和基础的功能和结构,作为一种靶向架构,观察互联网的发展是否能够与之吻合。这种吻合度越高,互联网大脑模型的健壮性就越强。下面我们就从互联网在过去50年的发展历程中去探索这种吻合度,以及寻找2018年“大脑“”爆发背后的真正原因。

  互联网大脑的50年发育史和2018年“大脑爆发的原因”

  互联网在1969年诞生,此后50年时间里,互联网逐步从遍布世界的网络模型发育成人类智能与机器智能结合的大脑模型。下面我们就从互联网诞生开始介绍,并一直延续到2019年学术和产业界“大脑”爆发的阶段,详细阐述互联网大脑的发育历程与未来趋势。并由此介绍包括万维网、社交网络、物联网、移动互联网、云计算、大数据、工业4.0,工业互联网、云机器人、3D打印、虚拟现实、人工智能、智能驾驶、边缘计算、区块链、类脑智能巨系统等前沿科技概念的本质和相互关系。

刘锋:互联网50年,从“巨网”到“大脑”

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  1969年11月21日,科学家和军事专家们汇集在加州大学洛杉机分校,观看一台计算机与斯坦福大学的另一台计算机进行数据传输试验,试验最终获得成功。同年底,研究人员又成功地将4个结点联网,这就是互联网的起点。

  1974年,美国科学家文顿·瑟夫和罗伯特·卡恩共同开发的互联网核心技术——TCP/IP协议正式出台。这个协议为每一台运行在互联网的设备制定了访问地址,同时为不同的计算机,甚至不同类型的网络间传送信息包制定了统一的标准。所有连接在网络上的计算机,只要各自遵照这两个协议,都能够进行通讯和交互。

  1990年,欧洲核物理实验室的伯纳斯·李发明了万维网,通过超链接和超文本统一了互联网内容的显示格式,从此让互联网变成一个可以让人类自由遨游的知识海洋。同时万维网分为Web客户端和服务器,这种结构也常被称为互联网的B/S架构。它也是目前互联网最主要的技术框架,包括谷歌、脸书、腾讯、阿里巴巴、亚马逊等企业都采用了它,到21世纪,B/S逐步演变成云计算,成为互联网中枢神经系统的核心。

  1999年,腾讯在互联网上推出QQ,2011年1月21日推出微信,到2018年,微信和QQ的社交网络用户量超过10亿。2014年,美国社交网站脸书诞生,2018年,脸书活跃用户超过20亿。社交网络后来与物联网结合,形成大社交网络(BIG SNS)的雏形,某种意义上承担了互联网大脑模型中的神经元和神经元网络的角色,它的发育对与互联网的发展有着特别重大的意义。

  2006年3月,亚马逊推出弹性计算云服务。2006年8月9日,谷歌首席执行官埃里克·施密特在搜索引擎大会首次提出“云计算”的概念。云计算的爆发本质上是互联网中枢神经系统的快速发展。

  2008年,以苹果智能手机、3G蜂窝技术为代表的通讯技术快速发展,互联网神经纤维的发育进入快车道,此后,包括光纤技术、卫星通讯、4G、5G,以及物联网通讯技术LoRa、NB-IoT不断涌现并促进互联网神经纤维的发育。

  2009年,伴随IBM智慧地球在世界范围的推广,物联网成为科技领域新热点。到2017年,全球传感器安装数量高达285亿个,到2020年全球物联网安装设备预估会增加到500亿个。迅猛发展的物联网,为互联网的躯体感觉神经系统的发育奠定了坚实的基础。

  2012年,在工业领域,通用电气公司创造了“工业互联网”的概念,德国政府于2013年推出“工业4.0”战略,中国政府也在2015年实施了制造强国战略第一个十年行动纲领“中国制造2025”,由此智能驾驶、云机器人、智能制造、3D打印、无人机迅猛发展,代表着互联网运动神经系统的爆发。由于运动神经可以帮助智能体对物理世界进行影响和改造,因此互联网对世界的影响更为强烈和深远,涉及的安全问题也更为严重。

  2013年,伴随着社交网络、物联网、工业互联网、工业4.0等互联网神经系统的发育,产生的数据量越来越大,根据监测,2017年全球互联网数据总量为21.6ZB(1个ZB等于十万亿亿字节),目前全球数据的增长速度在每年40%左右,预计到2020年全球的数据总量将达到40ZB。大数据的兴起,是互联网在过去50年运转过程中积累下来的财富,也为人工智能技术的介入奠定了基础,这一年被产业界称为“大数据元年”

  2015年,随着互联网大脑模型各神经系统的发育成熟,特别是大数据的不断增长和涌现。互联网以更高智能水平运转的需求就提到议事日程。从2015年开始,人工智能逐渐成为科技领域最热门的概念,人工智能与互联网的结合使得沉默近20年的人工智能技术终于迎来新的春天。包括与听觉系统结合产生的科大讯飞、云知声,与视觉系统结合产生的商汤科技、云从科技,与运动系统结合产生的智能汽车、智能制造、与传感器终端结合产生的边缘计算,驱动各神经系统联合运转形成云反射弧。

  2018年,当互联网大脑各神经系统发育成熟后,互联网的巨头公司不断将自己的核心业务与互联网的类脑架构结合,这样就爆发式地产生了阿里ET大脑、腾讯超级大脑、滴滴交通大脑、360安全大脑、华为EI智能体,包括之前诞生的谷歌大脑、百度大脑、讯飞超脑,几乎所有的互联网巨头公司都推出了“大脑”系统;另一方面互联网大脑模型不断与智慧城市建设、行业产业结合,于是城市大脑、工业大脑、农业大脑、航空大脑不断涌现。智慧社会也将在这些“大脑”系统的成熟和融合下形成。

  50年的轮回与互联网的未来

  在互联网多年来的喧嚣中,涌现过无数令人眼花缭乱的科技概念和技术,无数次人们提出互联网已死,但当它50岁的诞辰来临时,人们会发现,那个默默躲藏在后面的不断壮大的巨系统,才是所有前沿技术的母体和归宿。只是与1969年诞生时相比,它已经从一张“巨网”变成一个“大脑"。

  可以预见,互联网大脑架构的形成将对人类的未来产生重要影响,除了城市大脑、行业大脑、智慧社会的形成与此有关,包括脑科学、进化论、人工智能以及科技哲学都将受到这一架构的影响。

  相对于人类知天命的岁数,50岁对于互联网来说,还仅仅是幼年时期,在未来的100、1 000年里,这个人类智慧的集体结晶将突破国家和行业的壁垒,向着一个与大脑更为吻合的架构进化,也将突破地球和太阳系的边界,将自己的神经系统向宇宙深处蔓延……

  作者:计算机博士,《互联网进化论》作者 刘锋 2019年发表在《科学大众》中学版 第1,2期合版

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