2021年AI五大趨勢下，MathWorks提供全套工具分化企業(yè)級問題

據(jù)權(quán)威資訊公司Gartner給出的2021年數(shù)據(jù)科學(xué)和機器學(xué)習(xí)的魔力象限中，MathWorks再度占據(jù)了領(lǐng)導(dǎo)位置，在執(zhí)行力和前瞻性上超過了谷歌、亞馬遜和微軟等巨頭公司。MathWorks 首席戰(zhàn)略師Jim Tung在媒體交流會上分享了2021年的五大AI趨勢，介紹了MathWorks是如何打造一個企業(yè)級AI解決方案平臺的。

MathWorks預(yù)測第一大趨勢就是人工智能會成為工程師和科學(xué)家的應(yīng)用主流，并投入實際的產(chǎn)品和研究中。第二個趨勢則是人工智能會將工程學(xué)、計算科學(xué)、數(shù)據(jù)科學(xué)和IT等方向結(jié)合起來，實現(xiàn)一個跨學(xué)科的領(lǐng)域。第三個趨勢是人工智能模型的可解釋性，將減少安全敏感領(lǐng)域?qū)θ斯ぶ悄艿呐懦狻５谒膫€趨勢是人工智能的仿真和測試將走向3D化和真實化，從而更加接近于真實系統(tǒng)。最后一個趨勢是更多的人工智能模型將部署在低功耗低成本的嵌入式設(shè)備上。

AI專門化工具
MathWorks為多個領(lǐng)域提供了專門化的工具和一系列的參考案例，方便用戶通過這些案例模型來了解每個行業(yè)該如何應(yīng)用MathWorks產(chǎn)品。這其中提供的產(chǎn)品包括激光雷達(dá)工具箱、自動駕駛工具箱、無人機導(dǎo)航工具箱等，用戶可以通過MATLAB Simulink作為開發(fā)平臺，融合更多工具完成AI產(chǎn)品的設(shè)計。 一個比較著名的例子就是ASML，作為全球光刻機的領(lǐng)導(dǎo)者，ASML在檢測系統(tǒng)中大量使用了MathWorks的工具。ASML借助MATLAB、統(tǒng)計學(xué)工具箱和機器學(xué)習(xí)工具箱開發(fā)了對準(zhǔn)測量的軟件，對每個晶圓的對準(zhǔn)數(shù)據(jù)進行預(yù)估和測量，極大地降低了生產(chǎn)制造的風(fēng)險。

AI跨學(xué)科、跨平臺、跨領(lǐng)域 在跨學(xué)科、跨平臺、跨領(lǐng)域的AI開發(fā)中，MathWorks工具可與開發(fā)/部署工作流中的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)和平臺相結(jié)合，減少了返工的過程。MATLAB Simulink主要集中在設(shè)計和測試階段，而構(gòu)建和部署階段可以與git、AWS、Docker等工具無縫連接，提供全套的解決方案。

另一個鮮活的案例，那就是全球知名的空調(diào)公司阿特拉斯，他們所設(shè)計的空調(diào)需要不間斷的高性能工作。通過人工智能和MATLAB工具箱，阿特拉斯得以實現(xiàn)全球超過12萬臺機器的聯(lián)網(wǎng)優(yōu)化維護，將整個產(chǎn)品系列的效率提高了10%。

AI模型的可解釋性和可視化進一步提高

MathWorks為各個領(lǐng)域都提供了AI的相關(guān)技術(shù)產(chǎn)品，包括航天航空、軍工和汽車等應(yīng)用，比如軟件定義汽車等新功能，尤其是這些行業(yè)領(lǐng)域往往有著嚴(yán)格的認(rèn)證要求和很長的系統(tǒng)生命周期，MathWorks的產(chǎn)品助他們解決了真實系統(tǒng)與人工智能結(jié)合的挑戰(zhàn)。這些領(lǐng)域同樣對于系統(tǒng)的安全性有比較高的要求，因此AI模型的可解釋性要求是非常高的，這就需要可視化技術(shù)來調(diào)查和解釋網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測。

MathWorks從MATLAB R2017a到R2020b都加入了相關(guān)的功能，專門為模型可視化做出了升級。通過可視化的方法，將哪些特征值參與了決策告知用戶。比方說通過特征標(biāo)識來分辨鼠標(biāo)和鍵盤，狗的種類等等。

其次就是高安全性系統(tǒng)中的標(biāo)準(zhǔn)，比如車規(guī)ISO26262等。隨著技術(shù)的發(fā)展的AI的出現(xiàn)，部分規(guī)定對于AI、機器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)等可能會出現(xiàn)偏差。MathWorks因此與EUROCAE和SAE合作，一同參與航空、汽車等方面適合AI的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，從而滿足高安全性系統(tǒng)的要求。

3D和虛擬化仿真測試

人工智能需要大量的數(shù)據(jù)輸入，之后在通過篩選提取的特征值進行模型訓(xùn)練，最后找到規(guī)律投入使用。但很多工況下，尤其是極限工況下，數(shù)據(jù)的獲取需要消耗大量的人力物力，甚至?xí)ο到y(tǒng)造成破壞，但若沒有這些數(shù)據(jù)，人工智能的算法就不會完整。比如采油的液壓泵泄露發(fā)生時，造成的影響是破壞性的，且沒辦法采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，這時候就需要建立模型來提取這些極限工況的數(shù)據(jù)。

另一個應(yīng)用就是自動駕駛汽車中常用到的激光雷達(dá)，在系統(tǒng)測試的過程中也很難采取到極限工況下的路測數(shù)據(jù)。這時我們可以通過系統(tǒng)仿真的數(shù)據(jù)導(dǎo)入自動駕駛的模型，也可以模擬傳感器數(shù)據(jù)對自動駕駛進行分析。

在將AI算法轉(zhuǎn)移到硬件之前，可以先集成到整個系統(tǒng)范圍內(nèi)進行仿真，評估深度學(xué)習(xí)的算法。比如交通監(jiān)測視頻通過車道檢測和車輛檢測兩個模型，從而高亮車輛和車道，得到整個系統(tǒng)融合算法的測試結(jié)果。
MathWorks去年推出的新產(chǎn)品RoadRunner是專為自動駕駛的3D場景設(shè)計的，通過RoadRunner可以很快搭建起道路、城市和工況等外部環(huán)境，與MATLAB Simulink的算法結(jié)合，可以實現(xiàn)自動駕駛的仿真和測試。因為道路測試存在成本支出和風(fēng)險，所以在應(yīng)用于實際測試之前，可以通過這種虛擬場景的3D測試最大限度地測試出系統(tǒng)故障。

AI模型的全方位部署

在部署趨勢上，除了高算力的數(shù)據(jù)中心設(shè)備外，越來越多的AI算法也開始部署在邊緣設(shè)備上，比如寶馬生產(chǎn)線、化工廠的邊緣系統(tǒng)等。通過MATLAB的代碼生成，這些AI模型可以部署在各種平臺上，比如Intel或ARM的CPU，或是NVIDIA的GPU和Xilinx的FPGA等。
比如專業(yè)設(shè)計開發(fā)公司IDNEO就借助MATLAB開發(fā)測試了圖像分析和機器學(xué)習(xí)的嵌入式代碼，并將其部署在智能血型卡里，為醫(yī)務(wù)工作者提供自動化、可視化的血液檢測結(jié)果。

Jim Tung也在會上解答了參會者的多個疑問，解釋了MathWorks在推進AI路上做出的努力。

Q：MathWorks是如何幫助相關(guān)從業(yè)人員更好更快的掌握AI工具的？

A：使用MATLAB一定程度上可以讓技術(shù)人員更加快速便捷地上手人工智能，并使用AI在他們的實際應(yīng)用中。我們以多種方式幫助從業(yè)者學(xué)習(xí)和掌握人工智能功能:一是通過MATLAB環(huán)境使其掌握人工智能的方法，許多工程師和科學(xué)家已經(jīng)熟悉MATLAB環(huán)境，有強大的文檔，并得到我們?nèi)蚬镜闹С?。另一種是通過MATLAB應(yīng)用程序和工具箱，通過特定的任務(wù)或工作流程來引導(dǎo)用戶使用人工智能。第三種方法是使工程師和科學(xué)家能夠?qū)⑷斯ぶ悄芗傻剿麄儸F(xiàn)有的工作流程中，以解決實際問題。包括:

?集成在特定工程應(yīng)用中(例如，激光雷達(dá)、雷達(dá)、無線、預(yù)測維護)
?與流行的AI框架的互操作性
?將AI系統(tǒng)部署到嵌入式、邊緣端和云端
?通過在系統(tǒng)的Simulink模型中仿真AI組件，評估大型系統(tǒng)中的AI功能
此外，我們?yōu)榭蛻籼峁┤蚧呐嘤?xùn)和支持。

Q：通過光刻機、ECU這些復(fù)雜的例子，我們也知道MATLAB在這些領(lǐng)域是不可替代的，目前Python也在不少科研領(lǐng)域廣泛使用，那么MathWorks的競爭力具體體現(xiàn)在哪呢？

A：首先，我明確一點，MATLAB跟Python除了在個別領(lǐng)域的細(xì)微競爭之外，主要還通過我們提供的跟Python的接口合作與共榮。對比Python等開源軟件，MATLAB的主要優(yōu)勢體現(xiàn)如下：

第一，MathWorks提供的是一個完整的工具鏈，而不是單獨一環(huán)，我們提供的從小到需求分析，到系統(tǒng)設(shè)計，到建模，到仿真，到測試，到自動代碼生成等等一系列完整的工具鏈。而在這個完整工具鏈的角度來說，可以說我們目前在這些領(lǐng)域里面是沒有競爭對手的。可能在某一個節(jié)點，某一些工具，在某一點會比較突出，但我們提供的是一個完整的工具鏈，這是第一點。

第二點，大系統(tǒng)的整合，我們在整個AI的框架下，我們可以和很多的工具平臺去進行整合，MathWorks我們所提供的工具并不是一個單單的工具種類，我們提供的是一個AI的平臺，可以把更多的基于其它工具的AI的算法，統(tǒng)一的集成在MATLAB里面去，進行仿真、測試等等。這是第二點。

第三點，了解軟件的功能，學(xué)習(xí)軟件的使用以及如何投入到所用行業(yè)中，這方面的優(yōu)勢在于我們提供了很多的服務(wù)，包括我們的產(chǎn)品文檔，包括我們在各個領(lǐng)域，各個行業(yè)推出了很多說明文檔以及案例分析，某個行業(yè)中怎么樣做這些算法，怎么樣去做人工智能，手把手的去教客戶使用我們的軟件和人工智能，同時我們提供這些培訓(xùn)服務(wù)、咨詢服務(wù)等等服務(wù)。我想這是另外一個更突出的點，相當(dāng)于Python生態(tài)的開源軟件，我們可以更好的服務(wù)客戶，幫助這些客戶去取得更快的進步，幫助客戶去盡快且有效地建立起他們的開發(fā)流程和工具鏈。

Q：RoadRunner這些模擬的道路數(shù)據(jù)與實際路測數(shù)據(jù)有何優(yōu)劣，前者可不可以替代后者，還是兩者相互結(jié)合？

A：實際上我們有兩點說的是非常清晰的，第一點是模擬仿真一定是不能完全替代最終的實際道路測試，這一點是非常明確的，首先模擬仿真是通過模型仿真測試出來的結(jié)果，最后所有的自動駕駛車輛一定還是要進行實際的道路測試的，這一點是毋庸置疑的，不能完全替代。所以我們沒有說兩個有孰優(yōu)孰劣，這兩個是一個結(jié)合，就是像左手跟右手一樣，是通過這兩種的結(jié)合，來盡量的減少工作量，減少開發(fā)成本，加快產(chǎn)品開發(fā)時間和迭代時間，這是第一個。

第二，在模擬數(shù)據(jù)，這個仿真數(shù)據(jù)的好壞，其實很大程度上是取決于模型的精確性，如果說你這個模型，實際上我們說世界的所有的模型都是錯誤的，這一點是很清晰的，模型并非100%與實際的系統(tǒng)一樣，模型一定會跟實際的系統(tǒng)多少有點偏差，那么這個偏差的概率就決定了你從模型里面測試數(shù)據(jù)的偏差，如果說模型能夠100%的反映你實際的系統(tǒng)，那么出來的測試的，從模型跑出來的數(shù)據(jù)一定是100%和你實際是合理的，所以是一定會有偏差的，這也是為什么我們最終的物理測試是一定不能省去的一個原因。所以我們所強調(diào)的仿真，是說可以通過仿真，大大減少最終測試的一些環(huán)節(jié)，包括一些我們所說的極限工況的測試，因為極限工況在最終測試的時候是很難復(fù)現(xiàn)的，那么我們在前期，因為前期要驗證這些算法，那就可以通過仿真，把算法中的一些故障去規(guī)避掉，可以極大的減少我們的開發(fā)費用，開發(fā)時間等等。

Q：MATLAB和Simulink在三維仿真方面做出了哪些嘗試？仿真三維場景想要完全取代物理測試，您認(rèn)為還需要多久的時間？

A：MathWorks在3D仿真方面有著廣泛和深入的投入。廣度方面包括我們的RoadRunner產(chǎn)品，用于為自動駕駛應(yīng)用程序構(gòu)建3D場景，與汽車和虛幻模擬引擎集成，以及與Gazebo等機器人模擬器的連接。深度方面在物理建模工具中表現(xiàn)得最為明顯。

您提出了一個很好的關(guān)于物理測試的未來的問題。我們的客戶在大量的使用仿真進行開發(fā)，以減少對實際物理測試的需求。此外還有協(xié)同作用，因為測試數(shù)據(jù)——以及系統(tǒng)運行時的實際數(shù)據(jù)——都可以集成到仿真中進行對比。我們不期望物理測試完全消失，但它會慢慢地變得越來越少見-可能只在最終測試和驗收需要時進行。在此之前，該系統(tǒng)已經(jīng)通過仿真在整個開發(fā)過程中進行了徹底的測試。