機器編程與機器學(xué)習(xí)有很大的不同,機器編程是教系統(tǒng)自己編程。雖然還處于早期階段,但這種新穎的自我監(jiān)控系統(tǒng)有望成為一種強大的生產(chǎn)力工具,并幫助軟件開發(fā)人員完成耗時費力的DEBUG工作

文︱朵啦

軟件進步靠研發(fā),研發(fā)進展靠程序員,程序員寫代碼靠996。

軟件產(chǎn)品是核心競爭力,如果不能領(lǐng)跑同行,就會被時代的浪潮拍死在沙灘上。頭部公司每年都要在研發(fā)上砸下巨資,對于大公司需要靠研發(fā)投入保持競爭力;對于小公司來說,軟件產(chǎn)品就是事關(guān)生存的“最后一根稻草”。隨著異構(gòu)時代的到來,海量數(shù)據(jù)由多樣化的專用處理器組合管理,系統(tǒng)功能日趨繁復(fù),管理這些系統(tǒng)所需的軟件就越來越復(fù)雜,bug出現(xiàn)的可能性也越來越高。開發(fā)人員要花費越來越多的時間來修復(fù)bug,而不是編寫代碼。

寫代碼、改bug成了程序員996的工作核心;而軟件開發(fā)周期未知而漫長,怕是996都無法解決。一覺睡起來,原本1%的代碼就自動寫到了99%,bug自動修復(fù),你敢想嗎?——Hi,這不再是夢了。

構(gòu)建系統(tǒng),然后由系統(tǒng)自行構(gòu)建自己的軟件系統(tǒng),這種被稱為“機器編程”的領(lǐng)域應(yīng)運而生。英特爾首席科學(xué)家、英特爾研究院機器編程研究主任及創(chuàng)始人Justin Gottschlich表示,機器編程與機器學(xué)習(xí)有很大的不同,機器編程是教系統(tǒng)自己編程。雖然還處于早期階段,但這種新穎的自我監(jiān)控系統(tǒng)有望成為一種強大的生產(chǎn)力工具,并幫助軟件開發(fā)人員完成耗時費力的Debug工作。

檢測bug,軟件自己搞定

“機器編程”一詞在英特爾研究院和麻省理工學(xué)院聯(lián)合發(fā)布的《機器編程的三大支柱》論文中首次提出,通過機器學(xué)習(xí)和其他方法,機器編程可以設(shè)計實現(xiàn)自動編寫軟件的軟件。這將使程序員們有更大自由度和更多的精力去創(chuàng)造新的軟件。對于英特爾研究院機器編程研究,自動生成軟件領(lǐng)域是機器編程的核心重點。這個研究領(lǐng)域,英特爾研究院機器編程研究稱之為“機器編程”。它的核心原則是,人類向機器表達他(她)的意圖,機器會自動創(chuàng)建完成該意圖所需的所有軟件。英特爾研究院機器編程研究對于某些工作負載進行專業(yè)化處理,計算資源變得越來越異構(gòu)化,所以這需要專家級的程序員,他們非常了解硬件以及如何最大限度地利用硬件。但與此同時,軟件開發(fā)人員越來越青睞于使用更抽象的語言,以提高工作效率。這反過來會導(dǎo)致硬件難以發(fā)揮出它本身的性能。

不久前,英特爾科學(xué)家與麻省理工學(xué)院(MIT),以及佐治亞理工學(xué)院(Georgia Tech)的研究人員共同推出了一種新的機器編程(MP)系統(tǒng)——機器推斷代碼相似性(MISIM)全新機器編程系統(tǒng)。是一款檢測軟件意圖的自動化引擎,通過識別代碼結(jié)構(gòu)、分析與其它功能相似代碼的句法差異實現(xiàn)。正如Justin所闡述的,“這是實現(xiàn)機器編程偉大愿景的重要一步。”同時Justin表示:“如果機器能做到自動檢查和修復(fù)bug,我想大多數(shù)開發(fā)人員一定非常愿意讓它來承擔(dān)這項工作,至少我會�！�

抱著實現(xiàn)機器編程的美好愿景,英特爾研究院機器編程研究在12月進一步推出了機器編程研究系統(tǒng)ControlFlag,除了自動編程,它還可以自動檢測代碼中的錯誤。在初步測試中,ControlFlag使用超過10億個未標(biāo)記的產(chǎn)品級代碼來訓(xùn)練和學(xué)習(xí)新的缺陷。英特爾研究院機器編程研究認(rèn)為ControlFlag是一個強大的新工具,可以大大減少評估和調(diào)試代碼所需的時間和成本。

首先,ControlFlag是完全自我監(jiān)督的機器編程系統(tǒng),不需要人類對其進行訓(xùn)練及指導(dǎo)。ControlFlag的無監(jiān)督模式識別方法使它可以在本質(zhì)上學(xué)習(xí)適應(yīng)開發(fā)者的風(fēng)格。在要評估的控制工具的有限輸入信息中,ControlFlag可以識別編程語言中的各種樣式,不受代碼使用的編程語言限制。

第二,ControlFlag檢測bug的功能集成了機器學(xué)習(xí)、形式化方法、編程語言、編譯器和計算機系統(tǒng)。據(jù)悉,ControlFlag通過一個稱為異常檢測的功能來進行bug檢測,通過學(xué)習(xí)經(jīng)驗證的例子來檢測正常的編程模式,并找出代碼中可能導(dǎo)致bug的異常。該工具將學(xué)會識別和標(biāo)記這些風(fēng)格選擇,并根據(jù)其見解進行自動的錯誤識別和建議解決方案,以便ControlFlag能夠盡可能地避免將兩個開發(fā)團隊之間的風(fēng)格差異視為代碼錯誤。

自動檢測bug的系統(tǒng)好不好用?英特爾已經(jīng)開始評估內(nèi)部使用ControlFlag來發(fā)現(xiàn)自己的軟件和固件產(chǎn)品化中的錯誤。這是英特爾開發(fā)人員快速分析項目的一個關(guān)鍵組成部分,該項目旨在通過提供專家支持來幫助程序員加快速度�！�

機器編程更偏向隨機  

英特爾機器編程研究系統(tǒng)ControlFlag從超過十億行的代碼中學(xué)習(xí),英特爾研究院機器編程研究表示,這在機器編程系統(tǒng)中尚屬首次。另外,對于跨架構(gòu)硬件來說,能夠正確、高效、安全地編寫代碼的程序員稀少,從而導(dǎo)致代碼中存在難以發(fā)現(xiàn)的新錯誤。而ControlFlag檢測現(xiàn)有軟件中的違規(guī)或異常情況,使可能已經(jīng)在生產(chǎn)質(zhì)量系統(tǒng)中存在了20多年的隱疾得以發(fā)現(xiàn)。過去可能有數(shù)百名開發(fā)人員查看過這些代碼,但都沒有意識到任何問題,現(xiàn)在ControlFlag可以實現(xiàn)人力不能達到的效果。

英特爾研究院機器編程研究融合了兩種方法,來推動大量的機器編程研究,一種是形式化方法,一種是隨機方法(stochastic approaches)。英特爾研究院機器編程研究分析目前業(yè)界在機器編程領(lǐng)域方面的工作發(fā)現(xiàn),機器編程更偏向隨機方法,并得到了很大的重視,例如深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和貝葉斯網(wǎng)絡(luò)(Bayesian networks)等等。事實上,英特爾研究院機器編程研究表示,他們的某些合作伙伴或競爭對手正在做神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)編程,使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來替換大量代碼。這樣做有好處,但是當(dāng)遇到諸如可解釋性或debug問題時,這樣做也有風(fēng)險。

在正確的應(yīng)用場景,機器編程對開發(fā)效率的提升驚人。Justin表示,在某個案例中,用傳統(tǒng)的軟件技術(shù),開發(fā)完成大約需要三年時間,有了先進的機器編程技術(shù),只需要花一天的時間,就能開發(fā)完成同樣質(zhì)量的軟件�！昂芏嗬�子表明,不管是與我們的合作伙伴項目,還是我們自己內(nèi)部的開發(fā)項目,機器編程都將生產(chǎn)率提高了一千倍以上�！�

降低行業(yè)準(zhǔn)入門檻,從業(yè)者創(chuàng)造性會更強

機器編程發(fā)展是否會讓英特爾的程序員失業(yè)呢?Justin表示:不會。相反,機器編程實際上會創(chuàng)造數(shù)千萬到數(shù)億個就業(yè)機會。他進一步解釋到:首先,當(dāng)今存在的大多數(shù)機器編程系統(tǒng)都需要大量的數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)通常是以代碼的形式存在,而代碼是由專業(yè)程序員編寫。因此,隨著自動化的發(fā)展,英特爾研究院機器編程研究對高技能程序員的需求增加,以推進系統(tǒng)的進步升級。最重要的是,如果英特爾研究院機器編程研究的意圖系統(tǒng)成功,即允許用戶向機器表達他或她的意圖的系統(tǒng),這將降低行業(yè)準(zhǔn)入門檻。

機器編程會為全新類型的程序員創(chuàng)造大平臺,從業(yè)者創(chuàng)造性會更強,而機器和系統(tǒng)會把這些想法綜合起來做出軟件。如今,通過ControlFlag和類似的系統(tǒng),程序員可以顯著減少調(diào)試時間,并將更多的時間花在人類程序員最擅長的工作——向機器呈現(xiàn)創(chuàng)造性的新思想。完全實現(xiàn)的ControlFlag可以通過自動化繁瑣的軟件開發(fā)工作(如測試、監(jiān)控和調(diào)試)來幫助緩解上述挑戰(zhàn),同時可以解決當(dāng)前軟件開發(fā)中耗時費力代價昂貴的bug修復(fù)問題。

圖:在全球78億人中,只有2700萬人會編寫代碼,占比不到 1%。英特爾希望借助機器編程技術(shù),使所有人獲得編程能力。

英特爾推進機器編程的最終目標(biāo)是讓每個人都能創(chuàng)建軟件。當(dāng)這一目標(biāo)完全實現(xiàn)時,每個人都可以通過自己最擅長的方式,如代碼、自然語言或其他方式向機器表達自己的設(shè)計意圖,從而創(chuàng)建軟件。這是一個大膽的目標(biāo),需要英特爾及合作伙伴付出許多努力。

做理性自由的破題者

算法與算力的進步,以及可用代碼庫的極大豐富,讓機器編程擁有適宜的孕育環(huán)境;隨著近年計算技術(shù)的迅猛發(fā)展,機器編程迎來重要拐點。英特爾一直以來的作風(fēng)便是積極打破傳統(tǒng),開拓新的研究或工程領(lǐng)域,這些領(lǐng)域在英特爾研究院機器編程研究突破界限之前還無人涉及。此次異構(gòu)系統(tǒng)領(lǐng)域亦是一片“處女地”,英特爾的創(chuàng)新驅(qū)動力來自于對這一未來技術(shù)趨勢的預(yù)測。

如前所述,異構(gòu)系統(tǒng)非常復(fù)雜,能夠切實掌握異構(gòu)系統(tǒng)編程技術(shù)的工程師少之又少,英特爾研究院機器編程研究正在開發(fā)某種機制,讓程序員或非程序員不僅能夠輕松訪問異構(gòu)硬件,還能充分使用其他系統(tǒng)可用資源,以大幅降低異構(gòu)編程難度。這也是英特爾機器編程的基本驅(qū)動力之一。

為推動機器編程的開源合作,英特爾、發(fā)布了開源技術(shù)和出版物,推動機器編程的進一步發(fā)展以及與合伙伙伴的合作。英特爾還創(chuàng)立了叫做“機器編程研討會”,也稱MAPS,參會人數(shù)已經(jīng)從四年前的20人增加到了2019年底的近400人。Justin透露,2021年還將建立一個新的機器編程中心,英特爾將會與業(yè)界建立更廣泛的合作。

最后,引用Justin的一段話:對于顛覆性的技術(shù),需要“理性的自由”。一切構(gòu)想需要花時間埋頭深入挖掘,把事情做好。否則,如果做事急躁,可能會在設(shè)計和方法上做出妥協(xié)。雖然可能獲得短期收益,但系統(tǒng)的長期生命力可能會下降。