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打造香港智慧城市的大脑

陈凯教授建构下一代人工智能计算中心并树立新典范

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陈凯教授的研究为香港建构智慧城市树立了新典范。
陈凯教授的研究为香港建构智慧城市树立了新典范。 [Download Photo]
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计算机科学及工程学系副教授陈凯善于从零开始打造大型项目。在中国农村出生长大,今天,他晋身成为未来香港「大脑」的幕后推手,掌握整个城市下一代人工智能(AI)计算中心的设计,包括智能交通、台风预警、医疗诊断和金融科技等。作为与政府合作为香港智慧城市发展构建资讯科技基础设施的关键科学家,陈凯教授正在为未来几十年的发展树立新典范。

为香港的人工智能中心树立新典范

2017年,香港政​​府公布香港智慧城市蓝图》,旨在利用创新及科技解决都市挑战,提升成效,并改善生活质素和增强可持续发展。该蓝图涵盖智慧出行、智慧生活、智慧环境、智慧市民、智慧政府和智慧经济六个范畴。

20207月,陈凯获得研究资助局主题研究计划的资助。目前,他正与政府合作建构香港人工智能中心的核心基础设施。基于他就一种高性能分布式基于图的流数据机器学习框架及其在智慧城市中的应用的研究项目,陈凯将带领其智能网络和系统(iSING)实验室,开展下一代人工智能计算的研究工作。基于此,研究人员和从业者将能够借助高性能及具隐私保护的计算平台参与数据协作,从而推动香港的智慧城市应用。

下一代人工智能计算平台是陈凯教授为构建智慧香港的心血结晶,该平台拥有高性能和隐私保护等方面的优势。「首先,它具有高性能。通过硬件和系统加速数据分析和机器学习训练模型,我们可以在短时间内处理大数据,将某些流程的工作时间从几周缩短到几天甚至几个小时。其次,它可以保护隐私。通过隐私计算和联邦学习技术,我们可以从数据中学习知识,但不会泄露数据隐私。」

以医院数据为例,每家医院都有责任保护自己患者的数据,同时医学界则需要结合不同医院的数据来扩大研究样本量。为释除医院的顾虑,陈凯和他的团队能够应用先进的加密技术,整合数据并建立集体学习和疾病诊断的机器学习模型。最为关键的是,患者的原始数据并不会离开原来的医院。这项技术将会在医学隐私保护方面起到关键作用,同样的数据隐私保护方法也适用于各家银行之间的金融服务。

陈凯教授以人工智能驱动的智慧城市基础设施和应用,采用数百万个节点代表流式数据流中的不同实体和位置(包括建筑物和道路交叉口),有助提升计算效率和便利性。现时,他的团队与运输署和香港天文台合作,收集了智慧城市中各方面的时空数据。深度神经网络(如图卷积网络)可以进一步利用这些数据,为不同的智能应用程式建立强大的模型。团队计划运用机器学习框架优化香港的交通系统,主要可应用于:通过智能巴士排程减少候车时间和交通堵塞,在高峰时段灵活安排行车道的方向,以及通过预测乘客热点区域调整计程车派遣。

在政府的资助下,陈凯教授将继续建构具有数据中心和云计算能力的大规模人工智能系统,大力推进全港在交通优化、医疗和金融科技等领域的发展。在此之前,他一直和学生在实验室里搭建系统,其研究成果已被谷歌、英伟达和华为等多家公司采用。「自2012年入职科大的时候,我们已经开始着手建设系统,当中硬件、软件、设计、理论和实现等研究环节都相当耗时。我们预期这个人工智能计算平台系统将分别在今年及明年先后向科大院系以至全港大学开放,并最终于全港应用。」

人工智能的先驱

作为一个还未到40岁的年轻教授,陈教授是如何取得今天的成就?

他成长于安徽省一个只有七户人家的小村庄,从小已经学会坚持和适应。「我每天都要走路来回镇上上学,从村里出发,要走十公里,也就是两个小时,中间还要翻过一座小山。我家以前养山羊,放学后,我会和山羊玩。我父亲是老师。小时候,我发现自己对数字很敏感。比如,只要看一遍,我就能记住11位的电话号码。」

1990年代,父母带着十几岁的陈凯去上海旅游。第一次去大城市,这趟旅行成了他一生难忘的经历,也为后来出国留学埋下了种子。「我从小在群山环抱的农村长大,与我当时看到现代城市高楼林立和人山人海的面貌形成鲜明对比,我心里激动万分,留下了极其深刻的印象。当意识到这个世界原来是如此五彩缤纷,我决定长大后一定要去探索世界。」

陈凯是一名勤奋的优等生,在班上一直名列前茅。初中毕业时,他所在的年级只有两名学生考进了省内知名的高中,他便是其中之一。后来,他在位于安徽省合肥市的中国科学技术大学获得了计算机科学的学士和硕士学位。「当时,计算机科学开始流行,我非常看好它的应用前景。同时,对数学的兴趣和敏感度也为我的学习打下了坚实的基础。」

20072012年间,他在美国芝加哥的西北大学攻读计算机科学博士学位,终于开始了探索世界的目标。2008年年底,他读到了一篇关于数据中心和云计算的早期论文,对于这个在当时才刚开始流行的新兴领域,他表示很感兴趣,「我知道它的规模会越来越大,也会更加有影响力」。此后,他开始在这一领域默默耕耘。正如他所说,在西北大学的这段求学经为他带来很多改变。

20098月,在他第一个孩子刚满月时,陈凯从芝加哥来到北京的微软亚洲研究院,进行为期三个月的实习。他深受启发,当年秋天一返回美国便立即投入到工作中,连续奋战数月,甚至在圣诞节和新年假期,大学的计算机实验室里空无一人,他仍在埋头苦干,最后撰写了一篇关于数据中心的论文。皇天不负有心人,20108月,这篇论文被业内知名的旗舰会议ACM SIGCOMM收录,入选「最佳论文提名奖」,彼时,他还只是一名博士生。这次成功在以录用率极低著称的国际会议上发表论文成为他一生的转折点。

他表示,「太太非常支持我,也为这一切做出了很多牺牲」。每当提到三个分别11岁、8岁和1岁的孩子时,他脸上都会洋溢着幸福的笑容。在2016年的ACM SIGCOMM会议上,陈凯和他的团队再下一城,一举发表了两篇论文,是该会议首次录用由香港院校研究人员以第一作者身份发表的论文。提及研究背后的种种挑战,他解释道:「与理论研究不同,数据中心和云计算的研究需要使用多台计算机搭建一个真实的系统,因此非常耗时。完整实现一篇论文所需要的系统动辄要花上两至三年的时间。」(欲进一步了解研究历程,可阅览计算机科学及工程学系微信公众号上的相关文章。)

陈凯早于2008年开始持续从事数据中心和云计算领域的前沿研究,目前担任香港人工智能与机器人学会(HKSAIR)的执行副理事长。随着香港人工智能和机器人研究快速发展,加上政府对这一领域的重视,他希望借高性能人工智能基础设施的建设,为相关应用、算法和模型的提速奠定基础,加快研究成果的转化落地。

树立目标

陈凯认为科大为研究工作提供了一个平静的环境,而且离市中心也不远,位置便利。「作为亚洲最优秀的大学,科大拥有顶尖的计算机科学及工程学系和工学院。我十分享受这里亚洲和西方的文化交融,学术和研究环境,以及美丽的校园。而且,从香港回老家看望父母也很方便。」

秉持勤奋好学、目标为本的想法,陈教授鼓励年轻人要树立目标。「从2008年开始,我就喜欢上了数据中心和云计算的研究,并一直深耕这一领域。以我的个人经验来看,一个人应追随自己的热忱,在不同的阶段制定不同的目标,朝着定下的方向,努力奋斗,永不言弃。」