中國AI長卷（二）：框架立基

2021年正值科技摩擦之際，我采訪到一位工業(yè)機械公司的技術負責人，向他問到：“制造領域有沒有一些“卡脖子”的情況？”

他提到，“工業(yè)智能制造的核心要素，可以歸納為“三軟三硬”。三軟主要是指大數(shù)據(jù)、人工智能和工業(yè)軟件，三硬主要是指核心裝備、制造工具和材料?？ú弊舆@個問題，在各行各業(yè)各個領域都普遍存在”。

“反倒是深度學習框架，現(xiàn)在的情況還好，沒有卡脖子。TensorFlow是開源框架，雖然也是國外的，但目前還沒有封閉，不過也不排除它后期還會封閉。這也是為什么我們公司選擇國產(chǎn)深度學習框架，一是使用門檻更低，二是防患于未然?？陀^地說，國產(chǎn)框架離TensorFlow還有一定的差距，但這個差距在肉眼可見地縮小?！?/p>

從傳統(tǒng)的深度學習模型時代，到方興未艾的大模型時代，都離不開AI框架的平臺化支撐，其重要性不亞于芯片。但和芯片不同的是，與大模型發(fā)展相適配的國產(chǎn)AI框架，基本實現(xiàn)了自保。

這是基礎技術領域一個非常大的進步，也是中國為什么沒有錯過這一輪大模型AI熱潮的原因之一。

2021-2024的短短數(shù)年，從機器學習到大模型，新舊技術“滄海桑田”，科技行業(yè)風云變幻，但AI框架之于產(chǎn)業(yè)的重要性，卻從未改變。

如果說，從信息化、數(shù)字化到智能化的漫長進程，就像魚類走向陸地的進化變遷，那么AI框架，就處于算力層與應用層的中間地帶，猶如海洋與陸地之間的那道“海岸”，支撐著各行各業(yè)與智能浪潮的交融。

那么，究竟什么是大模型所需要的AI框架？AI框架是如何滿足產(chǎn)業(yè)鏈需求的？國產(chǎn)AI框架與海外框架的差距或差異又在哪里？

本文就讓我們深入AI產(chǎn)業(yè)鏈的中樞地帶，沿著AI框架的“海岸”一探究竟。

魚要經(jīng)由海岸，進化成兩棲動物，適應陸地，才能具備在新環(huán)境的生存能力，拓寬種群的邊界。同理，AI模型從訓練到推理的全流程落地，開發(fā)者也需要一種基礎設施作為助力，這就是AI框架。

一個底層AI框架，至少具備幾個特質(zhì)：

1.通用性。AI框架作為基礎設施，廣泛覆蓋各類模型，同時簡化了AI開發(fā)過程，對多種算法進行模塊化封裝，讓開發(fā)者不需要“重復造輪子”，可以快速搭建AI模型。比如對多元異構計算硬件的適配兼容，支持大分發(fā)多類型任務調(diào)度的分布式能力，核心算子庫等，是開發(fā)各類算法模型都需要的，都要在框架層去解決。

2.全流程。AI框架集成了模型開發(fā)所需要的工具，為開發(fā)人員提供全流程的開發(fā)環(huán)境。具體來說，訓練、調(diào)優(yōu)、測試和部署的一整個標準化流程中，所需要的相應組件，都能夠在一個平臺獲得，進行全流程的項目提升，高效滿足各類場景的定制化建構需求。

3.生態(tài)化。從產(chǎn)業(yè)鏈全局來看，AI框架下接芯片，上承應用，是芯片廠商、應用開發(fā)者、軟件服務商等多個行業(yè)主體都匯聚的中樞地帶，形成了非常關鍵的AI生態(tài)系統(tǒng)。擁有一個集聚產(chǎn)業(yè)鏈的自研AI框架，就如同擁有了一條生態(tài)豐富、自主可靠的海岸線，是一企乃至一國守住AI疆域的關鍵。

因此，當ChatGPT代表的大模型爆火之后，焦慮無處不在，“我們沒有大語言模型怎么辦？”“高端算力卡被禁了怎么辦？”“基礎軟件卡脖子怎么辦？”但同樣至關重要的底層AI框架，卻沒有出現(xiàn)“什么時候才能有自己的框架”的焦慮。

試想一下，如果國計民生重點行業(yè)的大模型，建立在海外企業(yè)的框架上，開源許可證的斷供風險、數(shù)據(jù)安全風險可想而知。幸好，國產(chǎn)AI框架，早就做好了準備。

目前，國際有兩大主流AI框架TensorFlow（谷歌）、PyTorch（Meta），而中國自研的AI框架，按照其廠商可以分為三類：

一是以百度為代表的AI頭部科技企業(yè)推出的，如飛槳paddlepaddle，基于先進模型和產(chǎn)業(yè)生態(tài)積累，布局AI框架，建立智能業(yè)務的體系化優(yōu)勢。

中國軟件產(chǎn)業(yè)40年功勛人物、“國家卓越工程師”稱號、百度CTO的王海峰，曾回憶文心一言的開發(fā)過程：2023年要在算力需求爆發(fā)、供應緊缺的條件下，快速跟上ChatGPT的趨勢，正是基于百度的深度學習框架飛槳paddlepaddle，下游跟主流的芯片廠商做了適配，任何好的算力，我們都能用得起來，很快完成了大模型訓練。

二是以華為云為代表的AI云服務廠商推出的，如昇思mindspore，通過AI框架，在云基礎設施和行業(yè)云用戶之間搭建起橋梁，提供完整的云端大模型服務。

去年大模型的百花齊放，就是很多ToB企業(yè)和軟件公司，利用華為云上的AI框架昇思mindspore，以及盤古大模型、昇騰AI云服務等，支持國內(nèi)各類開發(fā)者、服務商等結合行業(yè)應用場景，做出原創(chuàng)模型，支撐了國內(nèi)多個領域訓練并首發(fā)大模型，加速了大模型走向產(chǎn)業(yè)化的進程。

三是垂類AI服務商、研究者推出的深度學習框架，具備某些獨特的技術特性或應用場景，比如曠視科技（Megvii）在計算機視覺領域的專長，使其MegEngine框架在圖像處理任務上表現(xiàn)突出；清華大學計算機系推出的Jittor，特別適合于研究和教育領域，便于快速實驗和算法原型開發(fā)；騰訊優(yōu)圖的NCNN框架專為移動端和嵌入式設備優(yōu)化，適合資源受限的環(huán)境或邊緣計算；一流科技的Oneflow，也是業(yè)內(nèi)完整的深度學習框架類產(chǎn)品。

不同于英偉達基于芯片構建的軟件生態(tài)體系，國產(chǎn)AI芯片廠商受限于產(chǎn)品規(guī)模，自研軟件配套的應用范圍比較有限，有待發(fā)育，就不詳述了。

綜上，面對大模型掀起的這一輪AI浪潮，海外框架平臺生態(tài)蓬勃，起到了一個“海闊憑魚躍”的作用。國產(chǎn)AI框架也沒有缺席，為各行各業(yè)探索大模型，奠定了基礎，匯聚了力量。

AI框架之所以沒有缺席，是中國產(chǎn)學界人士“板凳甘坐十年冷”，一點一滴地構筑而成的。這個過程，遵循了技術領域的“雙漏斗”規(guī)律，是一個從擴散到收斂，從收斂到擴散的過程，其間經(jīng)由開發(fā)者不斷選擇和淘汰，最終演化成了今日格局。

第一階段：早期時期的擴散漏斗（Diversity Phase）

新技術出現(xiàn)的初期，由于技術尚未成熟，新的想法和產(chǎn)品層出不窮，市場和用戶對于哪種技術會最終勝出存在很大的不確定性，因此會出現(xiàn)多樣化的技術流派。

PC操作系統(tǒng)、移動互聯(lián)網(wǎng)OS都經(jīng)歷過百花齊放、多家爭鳴的階段，AI框架也不例外。深度學習大行其道的時候，數(shù)據(jù)、算法和算力激增，工程復雜度提高，開發(fā)者非常需要減少“重復造輪子”，直接調(diào)用某些模型或工具，這時候各大廠商都開始將自研算法和工具封裝為軟件框架，供開發(fā)者使用，涌現(xiàn)出了Theano、Caffe（伯克利大學）、Torch、DistBelief（谷歌，TensorFlow前身）等多款框架。

同一時期，國內(nèi)還沒有互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)或科技公司做框架，部分高校在學術科研角度做了一些零散的工作。構建完整的深度學習框架，是2013年百度開始。因為很早就關注到深度學習技術，百度更早遇到了深度學習應用上的一些挑戰(zhàn)，比如所有的算法從頭寫，開發(fā)效率低，經(jīng)常出錯；每個深度學習開發(fā)團隊寫的程序差異很大，模塊無法復用，兼容性也不高，急需一個統(tǒng)一框架。于是2013年，百度開始在框架上投入。據(jù)了解，當時百度內(nèi)部也是框架百花齊放，開發(fā)了多個深度學習框架，解決不同業(yè)務的不同問題。

值得注意的是，早在此時起，國內(nèi)外的框架就已經(jīng)顯露出差異化的特質(zhì)。以Caffe、Torch為代表的海外框架，更偏向于學術、工程師使用；以百度為代表的國內(nèi)框架，從產(chǎn)業(yè)土壤上生長出來，一開始就很注重實用性、功能性、分布式訓練、硬件優(yōu)化等產(chǎn)業(yè)特性。

第二階段：競爭時期的收斂漏斗（Consolidation Phase）

隨著時間的推移，更主要是AI巨頭如谷歌、Facebook、百度的優(yōu)勢框架相繼開源，其他框架逐漸被淘汰、合并，多樣化的框架格局開始向幾家主導“收斂”。

2015年開始，谷歌大腦宣布TensorFlow開源，2016年百度飛槳宣布開源，2017年Meta人工智能研究院（FAIR）宣布PyTorch開源。開發(fā)者逐漸集中到幾個主導者生態(tài)中。

曾經(jīng)的熱點框架如Theano、CNTK（微軟）、Keras、Caffe2都相繼停止維護，或被主流框架收編，百度內(nèi)部也開始將多款框架收斂為paddlepaddle，并正式對外開源。

這一階段，海內(nèi)外并不“同此涼熱”。

一方面，PyTorch憑借極強的學術靈活性、易用性，迅速崛起，已經(jīng)發(fā)布很快成為爆款，成為圍剿谷歌“框架霸權”（TensorFlow不兼容其他開發(fā)框架）的生力軍。

另一方面，當時國內(nèi)很多企業(yè)的AI意識還沒有覺醒，以計算機視覺為代表的深度學習技術，很難滿足產(chǎn)業(yè)落地的精度需求。因此，當海外AI巨頭圍繞框架“火星四濺”的時候，中國的深度學習框架依然是“冷板凳”，企業(yè)中只有百度一家在堅持做。

如果說，當時海外框架是因競爭而主動收斂，那國內(nèi)框架就是因為遇冷而被動孤守。

第三階段：摩擦時期的再生漏斗（Renewal Phase）

當主導框架不再適應時代需求，就會出現(xiàn)新的創(chuàng)新浪潮，導致技術的多樣性再次增加?！癟ensorFlow、PyTorch兩分天下”的局面被改變，國產(chǎn)AI框架的創(chuàng)新再生大爆發(fā)，是在2019-2020左右，中美科技摩擦逐漸增多，需求側和供給側都發(fā)生了諸多變化。

從供給側來看，海外框架爆出安全漏洞，而AI又涉及國計民生核心領域，供應鏈風險不得不重點考慮，自主可靠的國產(chǎn)框架成為必需，供給增多。這一階段，國產(chǎn)AI框架進入加速發(fā)展期，除了飛槳PaddlePaddle，華為、阿里巴巴、騰訊、曠視科技等產(chǎn)業(yè)界，以及清華薩血等學術界，也都相繼推出了自研框架，豐富了國產(chǎn)框架的活力。

從需求側來看，隨著AI滲透率提升，中國各行各業(yè)的開發(fā)者需要中文框架，更貼合中國市場的工具與數(shù)據(jù)集，更符合中國開發(fā)者需求的社區(qū)生態(tài)，更能滿足中國產(chǎn)業(yè)需求的AI平臺。

有開發(fā)者曾提到過，偏底層的TensorFlow，沒有為開發(fā)者考慮到大量細碎問題；習慣了郵件溝通的海外平臺社區(qū)，無法滿足中文開發(fā)者實時交流、社群互動的本土化開發(fā)需求；需求分散、場景多樣的國內(nèi)中小企業(yè)，很少有技術人員，TensorFlow、PyTorch純開源框架不能提供成熟低門檻的解決方案，這種模式無法支撐AI廣泛落地。

當前階段：大模型時期的再收斂漏斗

AI框架從深度學習到大模型階段，從擴散到收斂再到擴散，技術革新與格局嬗變的背后，一條主線從未改變，那就是從學術到產(chǎn)業(yè)化，變得越來越易用、實用。對開發(fā)者和產(chǎn)業(yè)更友好，更具應用優(yōu)勢的框架，生態(tài)的吸引力更強，框架的生命力也就更長，最終從群雄逐鹿的賽場中廝殺出來，成為主導。

目前，源于中國產(chǎn)業(yè)實踐的國產(chǎn)AI框架，也逐步收斂到更懂產(chǎn)業(yè)應用場景、更具技術先進性和生態(tài)規(guī)模優(yōu)勢的飛槳與昇思。

具體表現(xiàn)在，飛槳和文心一言，昇思與盤古大模型，與產(chǎn)業(yè)結合的廣度和深度，已經(jīng)超越了其他國產(chǎn)框架的生態(tài)規(guī)模。

同時，形成了全鏈路、低門檻的大模型服務能力，提供從算力、模型到應用、商業(yè)層的多元多層支持，凝聚更加廣泛的開發(fā)者。

產(chǎn)業(yè)鏈角色的多樣性與開放性也格外顯著，與模廠、硬件廠商、應用開發(fā)者、軟件企業(yè)、ISV服務商等行業(yè)伙伴，都建立起了較好的相互賦能關系，構建起智能服務的產(chǎn)品結構體系。

進入大模型時代的新階段，AI基礎設施的重要性，也被拔高到了前所未有的高度。

正如基礎通用模型不可能人人都做，如果企業(yè)和科研機構無差別入場做基礎模型，會造成算力人力的極大浪費，也會讓使用者的精力分散在各種模型的試錯上，無法快速凝聚到技術更強的模型上，框架也是類似的邏輯。

一個底層框架的技術優(yōu)勢、工具完整度、生態(tài)規(guī)模，需要長期積累、聚沙成塔，而基礎軟件又格外需要生態(tài)的發(fā)展和匯集。逐步收斂到飛槳、昇思等更具潛力和繁榮的產(chǎn)業(yè)化框架上，構筑AI戰(zhàn)略底座，將是大勢所趨。

如前所說，AI框架是技術浪潮與產(chǎn)業(yè)大陸的連接地帶，只有在一次次潮起潮落后，仍然堅守下來的平臺，才能成為中國AI產(chǎn)業(yè)鏈的堅定守護者。

經(jīng)由時間和市場的洗練，國產(chǎn)框架與海外框架的特性差異，也變得越來越清晰。而這，可以作為一個側影，讓我們看到中國AI的差異化亮點。

還記得ChatGPT橫空出世之后，大家總能聽到這樣的言論，“中美AI差距有十年”“OpenAI一心底層創(chuàng)新，中國AI還沒長大就得出去賺錢”“百模大戰(zhàn)是同質(zhì)化的浪費資源”……

從AI框架可以看到，更強的產(chǎn)業(yè)化能力，本就是中國AI的底色，也是亮色。

基礎能力上，以飛槳、昇思為代表的AI框架，在產(chǎn)業(yè)AI方面的實踐更多、積累最早，理解也最為深刻，因此可以很好地支持AI模型開發(fā)與部署，讓產(chǎn)業(yè)迅速、更大規(guī)模應用這些新技術。

舉個例子，面向科研、強調(diào)學術研究靈活性的PyTorch，對產(chǎn)業(yè)應用的推理部署需求，做得是比較薄弱的，而國產(chǎn)框架為大模型到產(chǎn)業(yè)鋪設了一條高效通道。

飛槳很快上線了對大模型開發(fā)的功能支持，提供了一系列模型封裝能力，加速大模型的產(chǎn)業(yè)化落地。昇思MindSpore提供了一整套高效、易用的大模型使能套件，形成了端到端的使能大模型開發(fā)能力。

通過AI框架，開發(fā)者與行業(yè)少走彎路，不重復造輪子，快速高效地把大模型用起來，這是中國的基座通用大模型快速跟進、行業(yè)大模型爆發(fā)的前提。

產(chǎn)品體系上，源于產(chǎn)業(yè)需求的國產(chǎn)AI框架，能力布局更加全面、細致，可以更好地滿足產(chǎn)業(yè)落地AI大模型的實際需求。

純開源的海外模型，常常會強調(diào)自己的技術有多厲害，有多強，對開發(fā)者就主打一個“野蠻生長”，這與其數(shù)字化水平、數(shù)字人才等都有直接關系。

然而中國企業(yè)的小、分散、需求長尾，決定了AI框架作為產(chǎn)業(yè)基礎設施，是不能輕易“放養(yǎng)”的。

比如硬件適配，海外以英偉達為主導的硬件市場，也不像中國面臨多元異構算力問題的巨大挑戰(zhàn)。作為國產(chǎn)AI框架，必須進行軟硬件結合的深度融合優(yōu)化，做特別多的工程開發(fā)工作，來降低開發(fā)者的硬件適配成本。

再比如模型庫。模型庫不是深度學習框架核心的組成部分，底層框架廠商投入精力去打造更細分的模型，看起來好像是把精力分散到了外圍一些無關緊要的東西上，而不是底層核心技術。但從產(chǎn)業(yè)應用的角度來看，中國存在大量企業(yè)，沒有專門的研發(fā)人員能夠使用核心框架，從頭完成一個模型的自研工作，AI也沒有辦法落在產(chǎn)業(yè)需求中。

利用框架平臺的AI解決方案、模型和開發(fā)套件，進行微調(diào)改寫，就能得到一個貼合場景的定制化模型，這更符合中國的產(chǎn)業(yè)實際。

源于產(chǎn)業(yè)、面向產(chǎn)業(yè)、托舉產(chǎn)業(yè)，以國產(chǎn)AI框架為基，如同隱藏在漫長時光深處的“海岸”，在技術潮水涌動之際，才能看出戰(zhàn)略價值，支撐住中國產(chǎn)學政各界對大模型技術的期待。

處于產(chǎn)業(yè)鏈中樞地帶的AI框架，以穩(wěn)定的底座、全產(chǎn)業(yè)鏈的貫通、較低的門檻，吸引了大量行業(yè)和從業(yè)者在這里棲身，適應并探索AI新技術；

在這里“進化”，從非數(shù)字原生組織，生長出數(shù)字化、智能化的能力；

在這里“融合”，多種產(chǎn)業(yè)角色在這里交流、融合、創(chuàng)新，匯聚起豐富的AI生態(tài)。

最終，經(jīng)由AI框架的“海岸”，開發(fā)者和行業(yè)一步步向AI時代遷徙，開啟產(chǎn)業(yè)智能進化的新篇章。

審核編輯 黃宇