保持人工智能和机器学习的竞争优势(上)

作者: 加文·哈特奈特     消息来源: 信息安全与通信保密杂志社         消息类型: 行业新闻         发布日期:2020-08-31

人工智能(AI)技术具有成为未来武装冲突中关键力量倍增器的潜力。中国已经将AI确定为“增强国家竞争力和保护国家安全”的关键,并提出了代表整个社会方法论的国家AI计划。AI被解释为使用机器学习(ML)技术来解决各种应用领域中的问题,从而产生多种能力。在此背景下,确定了需要整个政府关注的AI和ML方面,以加速美国的投资和实施,以及支持美国商业、学术、政府AI和ML增长、保护的投资及后续政策。我们的出发点是评估当前中美AI和ML的策略、投资水平,以及影响两国AI发展和采用的结构、系统和实施方面的差异。

关键词:人工智能;竞争态势;国防部署和研发重点;策略建议

内容目录:

1 引 言
1.1 研究问题
1.2 方法论
2 比较中美人工智能生态系统
2.1 国家人工智能策略
2.1.1 中国的国家人工智能战略
2.1.1.1 领导力与目标
2.1.1.2 机制、方法、资源
2.1.2 美国国家人工智能战略
2.1.2.1 领导力与目标
2.1.2.2 机制、方法、资源
2.1.3 文化和结构因素
2.1.4 文化因素:中国
2.1.5 文化因素:美国
2.1.5.1 历史、传统与意识形态
2.1.5.2 社会、政治、军事、研究和商业
2.1.6 结构性因素:美国
2.2 底线:该如何进行比较?
2.2.1 比较国家AI计划
2.2.2 比较文化
2.2.3 小结

01.  引 言
人工智能(AI)技术具有成为未来武装冲突中关键力量倍增器的潜力。实际上,中国已经将AI确定为“增强国家竞争力和保护国家安全”的关键,并提出了代表整个社会方法论的国家AI计划,该计划得到了大量投资的支持。该计划以一系列里程碑式的目标为指导,旨在到2030年将中国定位为全球AI创新的主要中心。如果该计划获得成功,那么中国将在美国及其盟国之上获得巨大的军事优势,对美国产生重大的战略负面影响。随着《2017年国家安全战略》和《2018年国防战略》将中国确定为强大的竞争者,并且鉴于北京对AI技术的关注,美国拥有多少领先优势,美国和美国空军(USAF)需要做些什么来保持领先地位?

我们的目标是帮助美国政府,特别是美国国防部(DoD)和美国空军,就推进AI和机器学习(ML)技术的活动、态势和能力发展以及如何应对中国积极追求这些技术所带来的挑战提供信息。在本报告中,AI指的是使用ML技术来解决各种应用领域中的问题,从而产生多种能力,如计算机视觉、自然语言处理、决策支持、指挥和控制。ML是计算机科学领域,涉及使用基于统计和数学优化的大量且不断发展的技术来创建从海量数据集中“学习”的程序。为了方便起见,在本报告中,将同时使用AI来指代人工智能和机器学习。

在此背景下,在本报告中,我们确定了需要政府全面关注的AI方面,以加速美国的投资和实施,以及支持和保护美国商业、学术和政府部门AI增长的投资和政策。美国空军的目标是获得一个实质性的军事AI优势,超过它的中国对手。我们首先评估中国和美国目前的AI战略、投资水平,以及影响两国AI发展和采用的结构、系统和实施差异。然后,我们将继续研究美国和中国目前在AI研究与开发方面的差异对军事的影响。

将AI的进步转化为军事能力需要利用基础研究和商业工业的进步,将其过渡到军事,评估其有效性和适用性,更新现有的作战概念或开发新的作战概念,以利用新的能力。因此,我们从五个主要方面评估了中美AI和ML竞争的潜力:突破性的基础研究;民用工业的进步;AI向军事过渡的开发和工程;验证、测试和评估方法的进展;以及作战概念的发展。

我们的评估是,截至2020年初,美国在AI技术开发方面领先于中国。这主要是因为美国在先进的半导体设计和制造领域比中国具有实质性优势。目前,美国的半导体产业比中国的产业更强大,更先进。强大的半导体产业是良好、扎实的AI研究的重要基础。中国正试图通过政府对中国半导体行业的大规模投资来削弱这一优势。此外,中国半导体行业还有一个额外的优势,即靠近巨大的中国市场。由于美国同时缺乏实质性的产业政策,这种情况进一步恶化。话虽如此,半导体设计和制造是独特的困难过程。目前,中国企业继续依赖美国的设计,在这方面落后于韩国的制造业。中国试图通过投资新型芯片和计算机来寻找一条通向优势的捷径,这可能会产生一些成果,但美国和欧洲的公司也在积极探索新的计算技术。与美国相比,中国在大数据集领域具有优势,而大数据集对于开发ML应用程序至关重要。此外,中国人口大约是美国人口的四倍,因此中国科技公司有一个固有的更大的潜在数据库可供利用。至于哪个国家在风险资本融资或政府融资方面有优势,则很难说。但总体而言,我们认为,中国在数据量方面的优势不足以战胜美国在半导体领域的优势。根据我们的研究,我们判断美国目前在AI方面似乎领先中国。但这种判断并没有让人沾沾自喜的余地。

重要的是,美国国防部(DoD)的领导层要记住,国防部在智能化系统、武器和作战概念方面保持领先于中国军队的长期前景,取决于美国能否在国家层面上保持在AI领域对中国的优势。因此,作为一个机构,美国空军应该尽其所能为美国在国家层面上的整体努力做出贡献,以保持美国在AI领域的世界领先地位。例如,一个很有希望的选择是美国空军通过明智地授予空军合同,为私营部门有前途的两用AI研究项目提供资金支持。另一个选择是美国空军与国防高级研究计划局合作,共同赞助和资助有前景的学术AI研究,这些研究将在商业领域产生广泛的附带效应。然而,为了保持竞争优势,空军应将其大部分AI资源用于其直接控制的领域:将AI转变为军事的开发和工程、VVT&E(验证、确认、测试和评估)的进步以及作战概念的开发。

即使不是不可能,也很难就哪个国家在AI方面处于领先地位以及仅使用开放源代码得出的趋势做出明确的声明。事实上,可能没有一条线索。将AI分解为组成部分并讨论AI生态系统的各个部分更为有用。我们需要的某些数据尚未公开,而其他一些数据(如文化评估和机构重点评估)则不适合进行定量评估。因此,寻求一个总体指标来确定谁在AI生态系统中处于领先地位将是具有挑战性和值得怀疑的。总的来说,我们的数据收集和分析使我们初步得出结论,美国在AI的一些关键领域领先,尽管中国在这个问题上有几个优势和高度的领导重视。这一评估意味着,美国几乎没有犯错的余地,需要将注意力和资源集中在确保中国没有发挥实质性的领导作用上。AI似乎不仅是支撑美国国家实力的商业经济的关键技术,也包括军事应用,尤其是航空航天领域。

我们确定,从国防部的角度来看,突破性的基础研究并不是比较美中相对竞争力的关键因素。不论是美国、中国还是中美合作,都可以进行基础研究。研究结果在可公开查阅的国际会议上发表,或在可公开查阅的国际期刊上发表。商业产业也不是竞争比较的关键因素。尽管如此,中国和美国企业直到最近还通过商业和研究伙伴关系相互纠缠,但由于北京和华盛顿政府的决策和政策,中国和美国正处于经济和技术脱钩的过程中。

今天,在美国和中国设有公司总部的行业具有全球视野。他们寻求在市场的任何地方提供产品和服务,无论是在美国、中国还是在世界其他任何地方。也就是说,政府政策引导、限制和干扰了每个国家的公司决策。

综上所述,我们发现国防部竞争比较的关键方面是促进AI向军事过渡的开发和工程设计,在VVT&E方面取得进展,以及开发AI的作战概念。值得注意的是,每一个维度都受到国防部的直接控制。

为了保持竞争优势,我们建议国防部:

(1)通过制定和维护前瞻性AI路线图来管理预期,突出国防部AI在近、中、远三个阶段的实际目标。
(2)在国防部控制下创建一个工程管道。
(3)为AI技术创建和定制VVT&E技术。
(4)为采用AI的新作战概念创建开发、测试和评估过程。

1.1 研究问题
这项研究旨在解决以下四个主要问题:

(1)美国和中国的AI国家战略如何比较?
(2)文化和结构因素的哪些主要差异会影响中美AI战略的实施?
(3)这些差异如何影响与美国空军相关的军事能力的发展?
(4)美国空军如何在军事相关的AI能力上建立竞争优势?

1.2 方法论
本报告的结论和建议来自对国家AI战略、文化和结构因素以及军事能力发展的比较分析。本文通过对英汉相关文献的考查,进行了对比分析。我们调查了五种不同的文献:美国和中国政府的AI规划文献、关于AI趋势和突破的学术科学技术文献、关于支持美国和中国AI发展的金融生态系统的商业文献、美国和中国关于比较文化分析的文献,以及当前AI技术发展对军事科学和作战概念的影响的文献。
为了评估空军如何在AI领域保持竞争优势,我们开发了一个简单的定性框架,以帮助确定美国空军在AI研究、开发和采购方面的活动分配。该框架评估了美国空军在AI研究、开发和采购过程的每个阶段应承担的努力水平。

02.  比较中美人工智能生态系统


2.1 国家人工智能策略
任何可行的国家战略都必须有明确的目标,有适当的资源,有适当的机制和方法,所有这些都要在有能力的领导下进行。

2.1.1 中国的国家人工智能战略
2.1.1.1 领导力与目标
中国的国家AI战略是在最高政治领导人习近平主席的授意下制定的。他将AI列为高度优先事项。最高领导层是中共政治局和国务院,而“统筹协调”则由国家科技体制改革和创新体系建设领导小组负责。中国AI战略的总体目标是通过三个步骤来创建和维护具有智能经济、智能社会和增强国防能力的国家AI技术系统:
·到 2020 年,中国将“与 AI 的世界领先者并驾齐驱”。
·到 2025 年,“中国将在AI基础理论上取得重大突破”。
·到2030 年,中国“应该达到世界领先水平”。

2.1.1.2 机制、方法、资源
该战略采用的几种不同方法:(1)国内 AI 研发工作;(2)与中国大学和国家研究机构合作;(3)国际投资;(4)并购;(5)国内和国际科技人员招聘。该战略旨在利用广泛的资源,包括大量的消费者数据、慷慨的融资、充足的硬件、中国规模庞大的研发基础设施以及中国充满活力的商界。

2.1.2 美国国家人工智能战略
2.1.2.1 领导力与目标
2018年5月,白宫发布了一份情况介绍,概述了政府正在资助的高优先级AI计划。国家AI安全委员会成立于2019财年《国防授权法》。该委员会的目的和职责是“考虑促进 AI、ML和相关技术的发展以全面满足美国国家安全和国防需求的必要方法和手段”,更好地为国家配备解决安全需求的手段,包括经济风险、国防部需求以及委员会定义的其他安全风险。

情报界和国防部最近召集了商业部门的工业日,以阐明他们的独特需求和他们正在寻找的行业需要解决的技术差距。这两个团体都在全机构范围内努力将AI纳入他们的行动,并利用它获得战略优势。情报界拥有“借助机器增强情报”计划,而国防部拥有联合AI中心。

2018年9月,美国国防高级研究计划局(DARPA)宣布了一项耗资20亿美元的运动,以开发下一波 AI 技术,为20多个项目提供支持,这些项目正在探索促进AI技术的方法,将第二波AI技术推向情境推理能力水平。

2.1.2.2 机制、方法、资源
截至2020年初,网络、信息技术、研究与开发国家协调办公室协调联邦资助的许多信息技术计划领域的研发工作,包括智能机器人技术和自治系统。

2016年5月,奥巴马政府呼吁在政府中增加AI的使用,以改善服务,造福美国人民。公告明确建议联邦政府探索提高关键机构将AI应用于其任务的能力的方法。目前尚不清楚在唐纳德·特朗普的领导下,如何实施这些巴拉克·奥巴马时代的建议。虽然有人批评特朗普政府没有为AI发展提供足够的重点或资源,但特朗普总统确实在 2019 年初签署了一项行政命令,以刺激AI发展,许多政府机构也启动了自己的计划,开发新的AI应用程序。为了帮助维持美国在这一领域的优势,国防高级研究计划局正在实施一个名为“电子复兴倡议”的项目,该项目旨在开发新技术,使其能够被私营企业商业化。2018年,美国政府成立联合AI中心,预算和授权设立防御,设定规划限制,界定监督和道德界限。自2017年以来,美国国防部每年都会举办AI产业日,使私营企业和军方官员聚集在一起,让他们能够找出解决军事问题的新型AI解决方案。

DARPA的AI探索计划于2018年7月首次宣布,该计划包括一系列高风险,高回报的项目,研究人员将在获得资助的18个月内努力确定新AI概念的可行性。这项计划是国防高级研究计划局(DARPA)下一轮AI行动的关键组成部分,该计划将在新的和现有的项目上投入20多亿美元,旨在增强美国在AI方面的能力。此前,美国国家AI战略已在2016年10月由奥巴马政府国家科技委员会发布的《国家AI研发战略计划》中明确提出。2019年2月,特朗普政府发布了相当于自己的AI战略:13859号行政命令。美国政府对AI的关注程度相对较低,这与美国私人和学术界关注AI的巨大资源形成了鲜明对比。如果美国政府能够成功地利用这笔投资,那么保持美国技术优势的机会就大得多。

国防部对AI研发的支持可以追溯到20世纪50年代,纵观其历史,这种支持对AI领域的发展起到了至关重要的作用。然而,国防部的支持并不总是坚定的。它时起时落,与之相对应的是,由于对期望的管理不善,人们曾有过一段充满期待和兴奋的时期,随后又出现了一段巨大的幻灭期。兰德公司的研究员指出,“AI的历史充满了管理不当的期望和过早的炒作。我们应该小心不要重蹈覆辙”。国防部目前与AI有关的行动正危险地重蹈过去的覆辙。

2.1.3 文化和结构因素
在政治、军事、经济和科学领域,文化和结构都会影响社会和组织的进程和结果。一个国家的文化由其居民的行为模式、价值观、规范和信仰组成。它源于历史经验、传统和意识形态。组织也有自己独特的文化,特别是官僚机构和武装部队。同时,结构也包括组织和官僚机构各部分或要素之间的安排和关系。以下各小节分别概述了影响中国和美国国家AI战略实施过程和结果的文化和结构因素。

2.1.4 文化因素:中国
中国人有理由为自己是世界上最古老、最壮丽的文明之一的继承人而自豪,他们拥有一系列令人印象深刻的发明。尽管中国曾经是一个富裕、强大的国家,但近代以来,中国却经历了一段贫穷、软弱的历史。

尽管中国有多种哲学和宗教传统,但大多数学者倾向于强调儒学是一种特别有力和持久的哲学。儒教一直是中国特别有影响力的思想,它强调学术研究、美德和和谐的社会互动。

2.1.5 文化因素:美国
2.1.5.1 历史、传统与意识形态
尽管与中国相比,美国作为一个政治和文化实体的存在时间相对较短,但是经济和科技发展迅速。美国人说他们的国家是开放、平等和创新的。正如《独立宣言》和《宪法》等文件所体现的那样,大多数美国人对自己的政治体制和理想怀有崇高的敬意。尽管在华盛顿特区正在进行的党派争执以及全国各地持续的不平等现象使许多美国人幻灭,甚至使他们疏远,但大多数人仍坚持“美国梦”,这种信念认为辛勤工作和个人进取将得到回报。虽然美国人不会认为自己是有意识形态的,但如果这个词是指思维方式的话,那么美国确实拥有一种意识形态:一种乐观的信念,认为美国人生活在一个充满机遇的土地上,每一个问题都有解决办法。这种意识形态还包括对政治自由的信念,自由的企业制度,以及对技术将改善人民生活的信心。

2.1.5.2 社会、政治、军事、研究和商业
在美国的组织中,地位一般不那么重要, 等级制度更为平缓。美国军队是以任务为导向的,上级往往允许下属有相当大的主动权。在研发中,主动性和创新性受到重视,通常会得到回报,并且存在显著的职业和地域流动性。虽然美国企业竞争激烈,注重利润,但创新和潮流往往是科技行业看重的,而不是一个创意或产品能否大规模推广。根据比尔·盖茨的说法,微软的企业文化培养了一种氛围,在这种氛围中,创造性思维得以蓬勃发展,员工能充分发挥其潜能。我们的策略一直是雇佣强大的、有创造力的员工,并将责任和资源委托给他们,这样他们就能完成任务。

硅谷的文化是使命驱动的,专注于手头的任务。许多科技企业家强烈感觉到,政府的监管和合作与他们公司的风气背道而驰。科技公司通常非常不愿意与美国国家安全机构接触,因为这样做会带来隐私和政府干预的问题。

2.1.6 结构性因素:美国
美国政治体制的特点是权力在不同的政府部门之间扩散。两党制、三个不同的国民政府分支机构和50个自治州政府的存在,形成了一个制衡体系,使行政部门制定和执行国家一级的政策变得相当具有挑战性。

在研究机构、大学、国家实验室、国防承包商和国防部之间,存在着一个由联邦政府支持的制度化研发结构,它们之间有着长期的联系。冷战期间,为了国家安全,联邦政府对美国科学研究与发展界进行了大规模动员。前几代国防技术被剥离到商业技术部门,并在美国社会中无处不在。对于AI,情况正好相反:科技公司正在开创AI的研发先河,而美国政府则试图利用AI技术实现国家安全。

2.2 底线:该如何进行比较?
2.2.1 比较国家AI计划
中美两国都制定了极其雄心勃勃的战略,这些战略并不容易实现。在领导层的连续性和整个政权的做法方面,中国可能具有优势,这使得中国能够集中大量资源,集中精力,发挥政权在追求其认为的重大事业方面的优势。此外,每个国家都必须克服同样的两个艰巨挑战。第一个挑战是建立并维持各种政府官僚机构之间以及政府实体、商业行为体和学术界之间所需的协调水平。在利用其商业技术领域的活力方面,中国可能稍占优势,但在将AI技术应用于军事行动方面,美国可能具有优势。每个国家面临的第二个挑战是保持关注:AI技术易于分散注意力和转移注意力。关于AI的定义尚未达成共识,很难对AI进行具体说明。因此,AI往往被构想成非常抽象的术语,使得集中研究和衡量进展变得非常困难。这一挑战在中国可能是可以克服的,至少在优先考虑的AI领域。在美国的基础研究中,这可能是无法克服的。因为美国政府一直致力于“持续的基础研究工作”,这需要几十年的时间才能显现成果。

2.2.2 比较文化
总的来说,当谈到成功执行国家AI战略的可能性时,文化因素往往有利于美国。首先,在一个以结果为导向的社会中,实施AI战略要顺利得多。其次,从军事应用的易用性来看,AI更容易融入一种接受风险的军事文化中。第三,在科学家和技术研究人员中,美国的研发文化鼓励主动性和创新性。第四,美国系统有明确的验证、确认、测试和评估(VVT&E)流程。第五,美国的严格监控和财政监督文化意味着无论什么资金都不太可能被浪费。

对文化等定性概念的跨国比较充满争议。这种学术倾向于批评陈规定型和偏见。众所周知,文化是一个难以界定和衡量的概念。这使得比较文化尤其具有挑战性。然而,大多数学者都认为文化是影响个人行为的一个重要变量,无论是在政治、军事、商业还是科学研究中。个人受他们的经历和周围环境的影响。不仅个人的直接环境很重要,而且整个文化环境也极其重要。虽然微观环境不容忽视,但宏观环境可以说是一个越来越普遍的总体影响。这包括历史、传统和意识形态对民族文化的影响,这些文化是通过育儿和教育来灌输的。在中国,文化是一个关键因素,这一点被学术界广泛接受。

欧洲著名学者、国家跨文化比较问题顾问霍夫斯泰德(Geert Hofstede)的工作为我们对中美两国宏观文化差异的研究提供了一些有价值的见解,为我们的评估提供了支持。他的研究和结论,特别是他测量文化差异的定量方法,已经被证明是有用的,并与其他有关文化差异的研究相一致。霍夫斯泰德根据一家大型跨国技术公司对分布在各个国家的员工进行的研究, 开发了一个多层面的国家文化系统比较模型。这个模型从个人主义、权力距离、男子气概、避免不确定性、长期取向和放纵等方面比较了民族文化。这些术语中的大多数是不言自明的, 少数则不是。权力距离与社会上没有权力的成员接受不利于他们的文化中的权力失衡的程度有关。男子气概是指一个社会对使用武力的文化容忍程度。最后,放纵与一个社会对休闲活动和奢侈品消费的接受和促进有关。

霍夫斯泰德为美国和中国测量了六个变量。他分析发现,美国的个人主义远比中国强,美国在避免不确定性方面也略高。在纵容方面,美国在文化接受度方面远远领先于中国。最近对中国企业家的调查研究支持了霍夫斯泰德的分析。中国文化在权力距离和长期取向方面遥遥领先,而两国对武力使用的接受程度却非常接近。总的来说,这一切似乎加强了我们在这项研究中的定性文化分析。美国在个人主义方面的领先地位,以及美国文化不太容易接受现有的权力关系这一事实预示着美国在AI发展方面的未来,因为AI的成功将与那些几乎没有结构的自由经营的小公司相关联;初级雇员有权为高级管理人员带来新的想法;个人创业精神受到高度重视。美国在避免不确定性方面得分较高也是一个积极因素,这意味着在AI领域工作的美国工程师和科学家将更加致力于尽快解决问题。霍夫斯泰德的工作给美国带来的坏消息是,中国在长期取向方面的得分要高得多,这意味着中国人在AI竞赛中会着眼长远,可能会比美国更系统、更深入地对待这场竞赛。中国也很可能不会被美国在AI竞争中取得的任何早期领先优势所吓倒,而且很可能会继续进行这种竞争几十年,如果这是他们认为实现强大的全球强国地位的必要条件的话。

2.2.3 小结
科技创新在中国面临着重大的文化和结构障碍。尽管如此,最高政治领导层意识到其中的许多障碍,并正在努力通过几项正在进行的重大举措克服这些障碍。其中最重要的是习近平在 2015年发起的对中国国防系统的彻底组织改革。这项工作的首要目标是建立一个更精简的结构,使部队能够在信息化战争中进行联合战役,装备有中国研究、开发、测试、评估和建造的有效的高技术武器系统。

在当代中国,培育文化和打造创新蓬勃发展的结构仍然具有挑战性。在中国强大的风险投资技术行业之外,中国的文化和结构并不特别有利于技术创新。在中国境内或与海外华人建立一个或多个区域创新体系可能更为可行,合作努力将取得丰硕成果,重点将得到持续。

尽管美国的文化和结构对AI技术创新提出了挑战,但这些总体上构成了美国的优势。利用冷战期间建立起来的与国家安全相关的科学研发体系,如国家实验室网络,以及开发新的结构,以与尖端的商业AI部门合作,似乎是明智之举。

未完待续......
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