2017 年 10 月的杭州云棲大會上，阿里巴巴正式宣布成立達摩院，未來三年將投入將超過 1000 億人民幣用于基礎科學和顛覆式技術創(chuàng)新研究。達摩院官網(wǎng)正式上線后，我們看到達摩院重點布局機器智能、數(shù)據(jù)計算、機器人、金融科技以及X實驗室五大領域，相應設置有 14 個實驗室，共有近 70 名海內外專家坐鎮(zhèn)。

AI 技術是達摩院目前重金押注的技術領域之一，即將成立兩年，人們可能都比較好奇達摩院在AI上到底布局了哪些技術領域？又在哪些技術方向上取得了突破？本文將一一盤點達摩院在AI技術上的重大進展。

阿里AI 的技術發(fā)展及平臺建設

阿里擁有全面的 AI 技術布局，涵蓋語音智能、語言技術、機器視覺、決策智能等方向，建成了完善的機器智能算法體系， 不僅囊括語音、視覺、自然語言理解、無人駕駛等技術應用領域，還不斷深化AI基礎設施建設，重金投入研發(fā)AI芯片、超大規(guī)模機器學習平臺，并建成了單日數(shù)據(jù)處理量突破 600PB 的超大計算平臺。 

下面，我們主要圍繞語音智能、語言技術、機器視覺三大技術領域與平臺化建設的最新發(fā)展與成績，一覽阿里 AI 技術這兩年的進展。

（一）語音智能

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  語音識別

2018年6月，阿里達摩院開源了自主開發(fā)的新一代語音識別模型（DFSMN），在世界最大的免費語音識別數(shù)據(jù)庫 LibriSpeech 上進行公開測試。對比目前業(yè)界使用最為廣泛的 LSTM 模型，DFSMN 語音識別模型訓練速度更快、識別準確率更高。基于 DFSMN 模型，阿里 AI 又研發(fā)了 DFSMN-CTC 模型，語音錯誤率大幅下降，解碼效率提升6倍。

此外，阿里巴巴機器智能技術實驗室正在研發(fā)高工業(yè)噪聲環(huán)境下的語音識別及傳輸技術。以后，眾多車間工人將告別“通訊靠吼”的境況，簡單的交流言語會轉換成文字。目前，在85分貝工業(yè)噪聲下，可以實現(xiàn)將一米處正常音量語音轉換為文字，準確率達94.6%，能夠解決大部分工廠里的噪聲聾問題。這項工作仍在繼續(xù)，未來團隊希望可以實現(xiàn) 95 分貝工業(yè)噪聲下進行語音識別。

阿里巴巴工程師正在調試AI語音識別系統(tǒng) 

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  語音交互

目前，阿里語音 AI 每日調用量已達1.8 億次。

2019 年 7 月，阿里開源人機對話模型 ESIM。ESIM 是一個解決多輪對話回復問題的原創(chuàng)模型，通過給對話機器人裝上實時搜索并理解人類真實意圖的“雷達”系統(tǒng)，實現(xiàn)對對話歷史的實時檢索，自動去除多余信息的干擾，給出人類期待的回復。

例如當人們線上購物時，提出要一件M號的黑色裙子，智能機器人通過對庫存情況的實時檢索，發(fā)現(xiàn)并答復用戶沒有黑色M號的裙子。用戶接著問，“那有白色的嗎？”此時傳統(tǒng)模型訓練出的AI客服很難判斷用戶是要問“這件裙子是否有白色款”還是“有沒有白色的M號裙子”，無法給出準確回復。 

阿里 AI 通過對用戶對話上下文的檢索，明確用戶的核心在于尺寸而非顏色，很快給出有沒有白色M號裙子的準確回復。

這項技術未來將會被應用到人機交互的多個場景：智能語音點餐機能夠更準確地理解人們的真實意圖，提高點單成功率；導航軟件能更容易聽懂人們的語音請求，少走冤枉路；家里的智能音箱能夠更快做出反應，節(jié)省等待時間。

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  語音合成

阿里達摩院機器智能實驗室自主研發(fā)的基于翻譯的合成技術 Knowledge-Aware Neural TTS（KAN-TTS）深度融合了目前主流的端到端 TTS 技術和傳統(tǒng) TTS 技術，同時系統(tǒng)構建了基于不同領域的深層知識。并針對 CPU 部署的框架設計進行優(yōu)化，提供高效、便捷的部署能力，另外還改進了 20 多項關鍵算法，從多個方面改進了語音合成。

傳統(tǒng)語音合成定制需要10小時以上的數(shù)據(jù)錄制和標注，對錄音人和錄音環(huán)境要求很高。從啟動定制到最終交付，項目周期長成本高。阿里利用 Multi-Speaker Model 與 Speaker-aware Advanced Transfer Learning 相結合的方法，將語音合成定制成本降低 10 倍以上，周期壓縮 3 倍以上。也就是說，用 1 小時有效錄音數(shù)據(jù)和不到兩個月制作周期，就能完成一次標準 TTS 定制。

這也意味著，普通用戶定制“AI聲音”的門檻更低。只需手機錄音十分鐘，就能獲得與錄制聲音高度相似的合成語音。阿里 AI 做到這一點，主要基于自動數(shù)據(jù)檢查、自動標注方法和對海量用戶場景的利用。阿里已經(jīng)對外提供開箱即用的 TTS 解決方案，共有通用、客服、童聲、英文和方言 5 個場景的 34 種聲音供選擇?；谛乱淮夹g，阿里還提高了設備端離線 TTS 的效果。這在超低資源設備端的 TTS 服務中非常有用，比如當人們駕車行駛于信號微弱區(qū)域時避免語音導航“掉線”。

除了在語音識別、語音交互與語音合成等領域的進展，在聲紋識別領域，阿里達摩院研發(fā)了聲紋無監(jiān)督聚類技術，推出分布式語音交互模組，用于阿里云 IoT 聯(lián)合阿里達摩院發(fā)布的分布式語音交互解決方案中，方案除了語音交互模組外，還包括語音自學習平臺、對話平臺以及阿里云 IoT 智能人居平臺，打通了上下游平臺串聯(lián)、端云一體能力，縮短智能人居環(huán)境開發(fā)周期，同時還具備強擴展能力。

（二）自然語言處理

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  機器翻譯

2017 年的 WMT 競賽，大多數(shù)系統(tǒng)是基于 RNN 和 LSTM，包括最終獲得冠軍的系統(tǒng)也是基于此。僅僅過了一年時間，各大機構都爭先使用 Transformer。達摩院機器智能技術實驗室資深算法專家陳博興帶領的達摩院機器翻譯團隊，在此次比賽中，基于 Transformer 結構， Self-Attention、Multi-head Attention 等技術，進行了網(wǎng)絡結構的改進，充分利用詞語位置信息，提出高度并行化、能捕捉層次化信息的神經(jīng)網(wǎng)絡，全面提升了機器翻譯的性能。

去年，AI科技大本營也邀請了阿里巴巴機器智能技術實驗室阿里巴巴翻譯平臺翻譯模型組負責人于恒做了公開課分享：《Transformer 新型神經(jīng)網(wǎng)絡在機器翻譯中的應用 | 公開課筆記》

目前，達摩院機器翻譯技術團隊已實現(xiàn)了 48 個語言翻譯方向，支持俄、西、法、阿、土，泰、印尼、越南等多種語言翻譯；其中電商覆蓋了大部分語向和場景，超越谷歌和亞馬遜，日調用量達到 17.9 億次。阿里的機器翻譯技術除了應用于電商全鏈路服務之外，還廣泛應用于菜鳥物流通關、阿里云國際社區(qū)、飛豬旅行翻譯助手、釘釘社交口語翻譯等一系列產(chǎn)品。

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  QA 任務 & 機器閱讀

傳統(tǒng) AI 閱讀需要某一領域的專業(yè)人士準備好問答數(shù)據(jù)，AI 回答也僅限于該領域，例如金融領域的人工智能無法回答物流領域的問題。阿里研究團隊提出的“基于分層融合注意力機制”的深度神經(jīng)網(wǎng)絡模型能夠模擬人類在做閱讀理解問題時的一些行為，包括結合篇章內容審題，帶著問題反復閱讀文章，避免閱讀中遺忘而進行相關標注等。模型可以在捕捉問題和文章中特定區(qū)域關聯(lián)的同時，借助分層策略，逐步集中注意力，使答案邊界清晰；另一方面，為避免過于關注細節(jié)，采用融合方式將全局信息加入注意力機制，進行適度糾正，確保關注點正確。

比如，4300 萬字的《大英百科全書》，阿里 AI 可以在毫秒內閱讀完，并根據(jù)自己的理解快速回答涉及書中不同領域的不同問題。例如亞洲有多少個國家？美國第五任總統(tǒng)是誰？恐龍是什么時候消失的？機器人可以分別迅速給出答案，無懼“連環(huán)追擊”。

阿里還提出了基于“融合結構化信息 BERT 模型”的“深度級聯(lián)機器閱讀模型”，可以模仿人類閱讀理解的過程，先對文檔進行快速瀏覽，判斷，然后針對相應段落進行精讀，并根據(jù)“自己的理解”回答問題。

常識推理可以說是難度最高的 NLP 任務之一，深度學習領軍人物之一、圖靈獎獲得者 Yann LeCun 曾有斷言：最聰明的AI在常識方面也不如貓。

阿里巴巴達摩院語音實驗室還提出了 AMS 方法，顯著提升 BERT 模型的常識推理能力。AMS 方法使用與 BERT 相同的模型，僅預訓練 BERT，在不提升模型計算量的情況下，將 CommonsenseQA 數(shù)據(jù)集上的準確率提升了 5.5%，達到 62.2%。

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  語義識別

2019 年 4 月 1 日愚人節(jié)之際，阿里巴巴發(fā)布了這項旨在粉碎網(wǎng)絡謠言和假新聞的AI技術——“AI謠言粉碎機”。其算法模型由阿里巴巴達摩院機器智能實驗室研發(fā)，依靠深度學習和神經(jīng)網(wǎng)絡技術，通過對信息的多維度和多角度分析，團隊設計了一整套包含發(fā)布信息、社交畫像、回復者立場、回復信息、傳播路徑在內的綜合判定系統(tǒng)，首次把謠言識別和社交用戶觀點識別打通，并做交叉分析，目前在特定場景中的準確率已經(jīng)達到 81%，最快能夠在 1 秒內判定新聞的真實性。

（三）機器視覺

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  醫(yī)療影像分析

2017 年 7 月，國際權威肺結節(jié)檢測大賽 LUNA16 要求選手對 888 份肺部 CT 樣本進行分析，尋找其中的肺結節(jié)。樣本共包含 1186 個肺結節(jié)，75% 以上為小于 10mm 的小結節(jié)。最終，阿里云 ET 在 7 個不同誤報率下發(fā)現(xiàn)的肺結節(jié)平均召回率達到 89.7%。（召回率指在樣本數(shù)據(jù)中成功發(fā)現(xiàn)的結節(jié)占比，下圖顯示了 ET 在不同誤報次數(shù)下的召回率情況。）

（FROC曲線）

其背后的技術由阿里巴巴 iDST視覺計算團隊完成，負責人華先勝介紹，與常用的兩階段檢測方法不同，他們創(chuàng)新性地使用了單階段方法，全程無須人工干預。機器全自動讀取病人的 CT 序列，直接輸出檢測到的肺結節(jié)。在模型結構設計上，ET 針對 CT 切片的特性，采用多通道、異構三維卷積融合算法、有效地利用多異構模型的互補性來處理和檢測在不同形態(tài)上的肺結節(jié) CT 序列，提高了對不同尺度肺結節(jié)的敏感性；同時使用了帶有反卷積結構的網(wǎng)絡和多任務學習的訓練策略，提高了檢測的準確度。比賽中，團隊克服了一系列挑戰(zhàn)：如結節(jié)模態(tài)復雜問題，早期的結節(jié)?。ㄐ∮?0mm），傳統(tǒng)的機器學習和用于自然圖像的深度學習網(wǎng)絡通常難以湊效。

肝結節(jié)的準確測量可以輔助醫(yī)生做出決策和治療方案。但肝結節(jié)形態(tài)多樣，即使是同一個病人，結節(jié)的大小、形狀都不一樣，從而導致結節(jié)間灰度分布差異大、或與周圍組織灰度相似，甚至沒有清晰的邊界。

阿里則通過對 CT 圖像層間信息和層內信息融合的網(wǎng)絡結構分析，解決肝結節(jié)類別多樣性的問題。采用基于原子卷積的空間金字塔池化（Atrous Spatial Pyramid Pooling）、亞像素卷積（Sub Pixel Convolution）及多特征融合等技術。華先勝表示，目前團隊研究范圍已經(jīng)覆蓋肺、肝、骨、心臟、腦等部位的疾病，涉及影像分析、自然語言處理、設備信號處理等相關技術，部分技術已經(jīng)落地到實際的醫(yī)療診斷中。

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  超大規(guī)模圖像識別 & 圖像搜索

2019年6月，在被譽為人工智能世界杯的 WebVision 競賽要求參賽的 AI 模型將 1,600 萬張圖片精準分類到 5,000 個類目中。相比于經(jīng)過人工標注完畢的 ImageNet 數(shù)據(jù)集，WebVision 所用數(shù)據(jù)集直接從互聯(lián)網(wǎng)爬取，沒有經(jīng)過人工標注，含有較多噪音，且數(shù)據(jù)類別的數(shù)量組成極大不平衡，AI 的識別難度更高。

阿里 AI 引入了構建類別語義標簽關系的模型，并采用輔助信息模型進行圖像去噪的深度學習技術，以及阿里自研的可以支持數(shù)十億圖片分類訓練的超大平臺。最終，阿里 AI 以 82.54% 的識別準確率，擊敗全世界 150 多支參賽隊獲得冠軍，目前該技術可以識別超過 100 萬種物理實體。

2019 年 7 月，在 CVPR 2019 舉辦的 LPIRC（低功耗圖像識別挑戰(zhàn)賽）中，阿里 AI 獲得在線圖像分類任務第一名，以 23ms 的單張圖片分類速度，在 10 分鐘內分類 20,000 張圖像。在挑戰(zhàn)賽使用的訓練數(shù)據(jù)集上，實現(xiàn)了 67.4% 的分類精度，比官方提供的基準線高3.5%。

視覺對話

視覺對話是近年來快速崛起的 AI 研究方向，目的在于教會機器用自然語言與人類討論視覺內容。如果說視覺識別技術，讓機器具備了視覺能力；那么視覺對話技術，則使機器擁有了對真實視覺世界的理解與推斷能力，意味著 AI 的認知能力將邁上新的臺階。

（視覺對話中，AI可以從容應對人類提問，左為AI，右為人類）

傳統(tǒng)的視覺 AI 主要針對目標的檢測和識別，例如識別出圖片是否是一只貓，但對復雜場景中目標之間的邏輯關系理解、推理能力較弱，無法回答“這只貓旁邊的男生穿了什么顏色的衣服”等復雜問題，也難以將圖片信息轉化為人類理解的語言輸出。

阿里 AI 提出了“遞歸探索對話模型”，綜合集成了圖像識別、關系推理與自然語言理解三大能力，通過高效利用標注信息學習出模仿人類認知復雜場景的思維方式，能夠有效識別圖片里的實體以及它們之間的關系，推理出圖片所描述的事件內容，并通過對上下文進行有效建模，理解人類提出的問題及真實意圖，給出自然準確的回復。

未來，視覺對話技術將被應用在人機交互的諸多場景中。地震后在廢墟中尋找幸存者的救援機器人，能更加及時、高效地綜合指揮指令和場景信息作出行動；視障人士可以通過提問AI理解網(wǎng)絡照片中的內容，了解自身所處的周圍環(huán)境；無人駕駛車輛對影響因子的意圖理解會更為準確，乘客的乘坐體驗更好。

（四）阿里 AI 的基礎平臺建設

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  機器學習平臺 PAI3.0

在 AI 應用技術上的不斷探索之外，阿里不斷深化 AI 基礎設施建設。機器學習平臺為人工智能發(fā)展提供深度學習數(shù)據(jù)處理和模型訓練的一站式服務，阿里研發(fā)了大規(guī)模分布式機器學習平臺 PAI，讓企業(yè)和開發(fā)者擁有便捷的人工智能開發(fā)能力，大幅降低使用人工智能的成本。該平臺是國內首個集數(shù)據(jù)處理、建模、離線預測、在線預測為一體的機器學習平臺，提供 100 余種算法組件，支持千億特征、萬億模型和萬億樣本乃至 PB 級的數(shù)據(jù)訓練，為傳統(tǒng)機器學習提供上百種算法和大規(guī)模分布式計算的服務。

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  分布式深度學習框架 XDL

2018 年杭州云棲大會上，針對廣告、搜索、推薦等典型數(shù)據(jù)處理場景，發(fā)布自研新一代工業(yè)級分布式深度學習框架——XDL，關注的核心是這些場景下高維稀疏數(shù)據(jù)的性能。

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  分布式計算引擎 Maxcompute

大規(guī)模算力是支撐的機器智能高效應用的基礎。阿里擁有豐富的異構計算平臺和自研的大規(guī)模分布式計算引擎（Maxcompute），包括超大規(guī)模批量計算、超高并發(fā)實時計算、復雜圖數(shù)據(jù)推理計算三類，綜合性能上領先現(xiàn)有開源引擎 30%，整體成本降低 20%。在 2018 年雙十一，MaxCompute 單日數(shù)據(jù)處理量突破 600 PB。

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  移動端輕量級的深度神經(jīng)網(wǎng)絡推理引擎 MNN

基于淘寶和達摩院的研究成果，阿里 2017 年開始組建 MNN 團隊。2019 年 5 月，阿里開源了首個移動 AI 項目——輕量級的深度神經(jīng)網(wǎng)絡推理引擎MNN（Mobile Neural Network），具有輕量、通用、高性能、易用性特征。MNN 提供模型轉換和計算推理兩大功能，模型轉換功能幫助開發(fā)者兼容不同的訓練框架，如 TensorFlow（Lite）、ONNX 等；計算推理部分應用了多種優(yōu)化方法，高效推理。MNN 可用在智能手機、IoT 設備等端側加載深度神經(jīng)網(wǎng)絡模型，可應用于阿里手機淘寶、手機天貓、優(yōu)酷等 20 多個應用，覆蓋直播、短視頻、搜索推薦、商品圖像搜索、互動營銷、權益發(fā)放、安全風控等場景。

達摩院：阿里 AI 發(fā)展的“總樞紐”

雖然阿里在人工智能賽道的起步不算最早，不過等到AI風口在2015年前后起勢，阿里也儲備了相當分量的AI人才。兩年前，阿里組建達摩院，全面升級人工智能的技術、商業(yè)布局。某種程度上，達摩院的組建是阿里人工智能組織力量的重大升級，奠定了這兩年阿里AI技術飛速發(fā)展的基礎。

當然，技術能否帶來經(jīng)濟社會生活的改變，能否帶來商業(yè)化場景大規(guī)模落地，才是技術價值的最終體現(xiàn)。在人工智能領域，技術應用的商業(yè)化是衡量價值的唯一標準，而阿里產(chǎn)業(yè)AI目前已遍及醫(yī)療、金融、制造、司法、交通、環(huán)保、教育、零售等領域。

領先的算法技術、AI 應用的系統(tǒng)集成能力、AI 產(chǎn)業(yè)生態(tài)構建能力、海量用戶場景、開源技術生態(tài)、大規(guī)模研發(fā)投入和頂級人才團隊以及自身的AI商業(yè)化模式是阿里 AI 取得現(xiàn)有成績的關鍵組成部分，而阿里達摩院無疑是將這些因子串聯(lián)起來的“總樞紐”。

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文章來源：AI科技大本營（ID：rgznai100)
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