新智元报道
编辑：Aeneas 拉燕
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【新智元导读】GPT-2030会进化到什么版本？这位UC伯克利教授给出了史上最硬核预测。准备好，前方高能来袭！
现在是GPT-4，时间是2023年。
7年之后，2030年，那时的GPT会是什么样子？
UC伯克利的一位机器学习教授Jacob Steinhard发表长文，对2030年的GPT（以下简称为GPT 2030)作了预测。
为了更好地进行预测，Jacob查询了各种来源的信息，包括经验缩放定律、对未来计算和数据可用性的预测、特定基准的改进速度、当前系统的经验推理速度，以及未来可能的并行性改进。
概括来看，Jacob认为，GPT 2030会在以下几个方面超过人类工作者。
1. 编程、黑客任务、数学、蛋白质设计。
2. 工作和思考的速度：预计GPT 2030每分钟处理的单词是人类的5倍，而每FLOP都多5倍的话，总共就是125倍。
3. GPT 2030可以进行任意复制，并进行并行运算。算力足够的话，它足以完成人类需要执行180万年的工作，结合2中的结论，这些工作只需2.4个月，就能完成。
4. 由于具有相同的模型权重，GPT的副本之间可以共享知识，实现快速的并行学习。因此，GPT可以在1天内学完人类需要学2500年的知识。
5. 除了文本和图像，GPT还能接受其它模态的训练，甚至包括各种违反直觉的方式，比如分子结构、网络流量、低级机器码、天文图像和脑部扫描。因此，它可能会对我们经验有限的领域具有很强的直觉把握，甚至会形成我们没有的概念。
当然，除了飞跃的性能，Jacob表示，GPT的滥用问题也会更加严重，并行化和高速将使模型严重威胁网络安全。
它的快速并行学习还会转向人类行为，而因为自己已经掌握了「千年」的经验，它想要操控和误导人类也会很轻易。
在加速方面，最大的瓶颈是GPT的自主性。
在数学研究这种可以自动检查工作的领域，Jacob预测，GPT 2030将超过大多数专业数学家。
在机器学习领域，他预测GPT将能独立完成实验并生成图表和论文，但还是需要人类科研者给出具体指导、评估结果。
在这两种情况下，GPT 2030都将是科研过程中不可或缺的一部分。
Jacob表示，他对GPT 2030特性的预测并不是从今天的系统中直观得出的，它们可能是错误的，因为ML在2030年会是什么样子，还存在很大的不确定性。
然而，无论GPT 2030会是什么样子，Jacob都相信，它至少是一个更好版本的GPT-4。
所以，我们现在就该为AI可能造成的影响（比如影响1万亿美元、1000万人的生命，或者对人类社会进程造成重大破坏）做好准备，而不是在7年以后。
特定能力
GPT 2030应该会具有超人的编码、黑客和数学能力。
在阅读和处理大型语料库，以获取模式和见解以及回忆事实的能力方面，它都会能力惊人。
因为AlphaFold和AlphaZero在蛋白质结构预测和游戏方面都具有超人的能力，GPT 2030显然也可以，比如让它在与AlphaFold/AlphaZero模型相似的数据上进行多模态训练。
编程能力
GPT-4在LeetCode问题上的表现优于训练截止后的人类基线，并通过了几家大型科技公司的模拟面试。
他们的进步速度也很快，从GPT-3到GPT-4，直接跃升了19%。
在更具挑战性的CodeForces竞赛中，GPT-4的表现较差，但AlphaCode与CodeForces竞争对手的中值水平相当。
在更难的APPS数据集上，Parcel进一步超越了AlphaCode（7.8%->25.5%）。
展望未来，预测平台Metaculus给出的中位数是2027年，届时在APPS上将有80%的AI，将超越除了最优秀程序员之外的所有人类。
黑客
Jacob预测，GPT 2030的黑客能力将随着编程能力的提高而提高，而且，ML模型可以比人类更有规模、更认真地搜索大型代码库中的漏洞。
事实上，ChatGPT早已被用于帮助生成漏洞。
ChatGPT生成的网络钓鱼邮件
数学
Minerva在竞赛数学基准（MATH）上的准确率达到50%，优于大多数人类竞争对手。
而且，它的进步速度很快（一年内>30%），而且通过自动形式化、减少算法错误、改进思维链和更好的数据的加持，取得了显著的成果。
Metaculus预测，到2025年GPT的数学成绩将达到92%，AI在国际数学奥赛中获得金牌的中位数为2028年，能够比肩全世界成绩最拔尖的高中生。
Jacob个人预计，GPT 2030在证明定理方面将优于大多数专业数学家。
信息处理
回忆事实和处理大型语料库，是语言模型的记忆能力和大型上下文窗口的自然结果。
根据经验，GPT-4在MMLU上的准确率达到 86%，这是一套广泛的标准化考试，包括律师考试、MCAT以及大学数学、物理、生物化学和哲学；即使考虑到可能存在测试污染，这也超出了任何人类的知识广度。
关于大型语料库，有研究人员使用GPT-3构建了一个系统，该系统发现了大型文本数据集中的几种以前未知的模式，以及某篇工作中的缩放率，这表明模型很快就会成为「超人」。
这两项工作都利用了LLM的大型上下文窗口，目前该窗口已超过100,000个token，并且还在不断增长。
更一般地说，机器学习模型具有与人类不同的技能特征，因为人类和机器学习适应的是非常不同的数据源（前者是通过进化，后者是通过海量的互联网数据）。
当模型在视频识别等任务上达到人类水平时，它们在许多其他任务（例如数学、编程和黑客攻击）上可能会成为超人。
此外，随着时间的推移，会出现更大的模型和更好的数据，这会让模型功能变得更为强大，不太可能低于人类水平。
虽然当前的深度学习方法可能在某些领域达不到人类水平，但在数学这类人类进化并不擅长的领域，它们很可能会显著超越人类。
推理速度
为了研究ML模型的速度，研究人员将测量ML模型生成文本的速度，以每分钟想到380个单词的人类思维速度为基准。
使用OpenAI的chat completions API，GPT-3.5每分钟可以生成1200个单词 (wpm)，而GPT-4可以生成370wpm，截至2023年4月上旬。
像Pythia-12B这样的小型开源模型，通过在A100 GPU上使用开箱即用的工具，至少可以生成1350个单词wpm， ，通过进一步优化，可能还会达到2倍。
因此，如果我们考虑截至4月份的OpenAI模型，它要么大约是人类速度的3倍，要么等于人类速度。因为加速推理存在强大的商业化压力，未来模型的推理速度还会更快。
事实上，根据Fabien Roger 的跟踪数据，在撰写本文之前的一周，GPT-4的速度已经提高到约540wpm（12个token/秒）；这表明空间仍然很大。
Steinhard的中位数预测是，模型每分钟生成的单词数将是人类的5倍（范围：[0.5x, 20x]），这大致是进一步增加的实际收益会递减的地方。
重要的是，机器学习模型的速度不是固定的。模型的串行推理速度可以提高k^2，但代价是吞吐量降低k倍（换句话说，模型的$$k^3$$并行副本可以替换为速度快$$k^2$$倍的单个模型）
这可以通过并行平铺方案来完成，理论上该方案甚至适用于$$k^2$$这样的大值，可能至少为100，甚至更多。
因此，通过设置k=5，可以将5倍人类速度的模型，加速到125倍的人类速度。
当然，速度并不一定与质量相匹配：GPT 2030将具有与人类
不同的技能特征，在一些我们认为容易的任务上，它会失败，而在我们认为困难的任务上，它会表现出色。
因此，我们不应将GPT 2030视为「加速的人类」，而应将其视为有潜力发展出一些违反直觉技能的「超级加速工人」。
尽管如此，加速仍然很有用。
对于提速125倍的语言模型，只要在GPT 2030的技能范围之内，我们需要一天时间的学会的认知动作，它可能在几分钟内就会完成。
运用前面提到的黑客攻击，机器学习系统可以快速生成漏洞或攻击，而人类却生成得很缓慢。
吞吐量和并行副本
模型可以根据可用的计算和内存任意复制，因此它们可以快速完成任何可以有效并行的工作。
此外，一旦一个模型被微调到特别有效，更改就可以立即传播到其他实例。模型还可以针对特定的任务进行蒸馏，从而运行得更快、更便宜。
一旦模型经过训练，可能会有足够的资源来运行模型的多个副本。
因为训练模型就需要运行它的许多并行副本，并且组织在部署时，仍然拥有这些资源。因此，我们可以通过估计训练成本，来降低副本数量。
比如，训练GPT-3的成本，足以运行9x10^11次前向传播。用人类等价的术语来说，人类以每分钟380个单词的速度思考，一个单词平均占1.33个token，因此9x10^11次前向传播相当于以人类速度工作约3400年。
因此，该组织可以以人类工作速度运行3400个模型的并行副本一整年，或者以5倍人类速度运行相同数量的副本2.4个月。
接下来，我们可以试着为未来的模型预测同样的「训练过剩」（训练与推理成本的比率）。这个数会更大，主要原因就是这个数值大致与数据集大小成正比，并且数据集会随着时间的推移而增加。
随着自然产生的语言数据被耗尽，这一趋势将会放缓，但新的模式以及合成或自我生成的数据仍将继续推动这一趋势。
上面的预测有些保守，因为如果组织购买额外的算力，模型可能会在比训练时使用的资源更多的资源上运行。
一个大致的估计显示，GPT-4的训练占用了世界上大约0.01%的计算资源，在未来它的训练和运行将占用全世界更大比例的算力，因此在训练后进一步扩展的空间较小。
尽管如此，如果组织有充分的理由这样做，他们仍然可以将运行的副本数量增加到另一个数量级。
知识共享
模型的不同副本可以共享参数更新。
例如，ChatGPT可以部署到数百万用户，从每次交互中学习一些东西，然后将梯度更新传播到中央服务器，随后应用于模型的所有副本。
通过这种方式，ChatGPT一小时内观察到的人性就比人类一生（100万小时 = 114年）还要多。并行学习可能是模型最重要的优势之一，这意味着它们可以快速学习任何缺失的技能。
并行学习的速度取决于模型同时运行副本的数量、获取数据的速度以及数据是否可以有效地并行利用。
即使是极端的并行化，也不会对学习效率造成太大影响，因为在实践中，数以百万计的批大小是很常见的，并且梯度噪声尺度预测在某个「关键批大小」以下，学习性能的降低将是最小的。
因此，我们重点关注并行副本和数据采集。
以下两个估计表明，可以让至少~100万个模型副本以人类速度并行学习。
这相当于人类每天学习2500年，因为100万天=2500年。
我们首先使用了上文第3节的数字，得出的结论是训练模型的成本足以模拟模型180万年的工作（根据人类速度进行调整）。
假设训练运行本身持续了不到1.2年，这意味着训练模型的组织拥有足够的GPU，以人类速度运行150万个副本。
第二个估算考虑了部署该模型的组织的市场份额。
例如，如果一次有100万个用户查询模型，那么组织必然有资源来提供100万个模型副本。
截至2023年5月，ChatGPT拥有1亿用户，截至2023年1月，每天有1300万活跃用户。
假设一般用户请求的是几分钟的模型生成文本，因此1月份的数字可能意味着每天大约5万人的文本。
然而，未来的ChatGPT式模型很可能会是这个数字的20倍，达到每天2.5亿活跃用户或更多，因此每天100万人的数据，是相当合理的。
作为参考，Facebook每天有20亿日活用户。
工具、模态和执行器
过去看，GPT风格的模型主要是在文本和代码上进行训练，与外部世界的交互方面，除了通过聊天对话之外能力有限。
然而，现在情况正在迅速改变，因为模型正在接受其他模态（如图像）的训练，并且开始与物理执行器进行接口交互。
此外，模型不会局限于文本、自然图像、视频和语音等人类中心的模态，它们很可能还将接受对于我们来说陌生的模态的训练，比如网络流量、天文图像或其他大规模数据来源。
工具
最近发布的模型使用了很外部工具，比如ChatGPT插件。
模型已经可以编写并执行代码，说服人类采取行动，进行API调用、交易，并潜在地执行网络攻击。
这种能力在未来还会进一步发展。
新模态
现在已经有了大规模的开源视觉-语言模型，比如OpenFlamingo，而在商业领域，GPT-4和Flamingo都是在视觉和文本数据上进行训练的。研究人员还在尝试更多非传统的模态配对，例如蛋白质和语言。
由于两个原因，我们应该预计大规模预训练模型的模态将继续扩展。
首先，从经济上讲，将语言与不太熟悉的模态（如蛋白质）配对是有用的，这样用户可以从解释中受益，并高效地进行修改。这意味着在蛋白质、生物医学数据、CAD模型以及与经济部门相关的其他模态上进行多模态训练。
其次，随着语言数据的耗尽，模型开发者将寻找新型的数据，来继续从规模效应中受益。
除了传统的文本和视频，一些最大的现有数据来源是天文数据（每天将很快达到exabytes级）和基因组数据（每天约0.1exabytes）。这些海量数据源有可能被用于训练GPT 2030。
使用非传统模态，意味着GPT 2030可能会具有非直观的能力。它可能会比我们更好地理解星星和基因，即使它并不具备体力。
这可能会带来一些意外发现，例如设计新颖的蛋白质。
执行器
现在，大模型还开始使用物理执行器：ChatGPT已经用于机器人控制了，OpenAI正在投资一家人形机器人公司。
然而，与数字领域相比，物理领域的数据收集成本要高得多，而且人类在进化上更适应物理领域（因此，机器学习模型要与我们竞争的门槛更高）。
Steinhard预测，在2030年，AI模型能自主组织一辆法拉利的概率是40%。
GPT-2030的影响
当像GPT-2030这样的AI出现，会对社会意味着什么？
可以推测，它会显著加速某些研究领域的发展，也有很大可能被滥用。
优势
GPT-2030，代表着一支庞大、高适应性和高吞吐量的员工队伍。
它可以在并行副本中完成180万年的工作，其中每个副本的运行速度是人类的5倍。
这意味着我们可以（在并行性约束的前提下）在2.4个月内，模拟180万个智能体工作一年的情况。
我们可以支付5倍的FLOP费用，来获得额外的25倍加速（达到人类速度的125倍），因此我们还可以在3天内，模拟14000个智能体工作一年的情况。
限制
限制这个数字化劳动力的，主要有三个障碍：技能要求、实验成本和自主性。
首先，GPT-2030的技能要求与人类不同，使其在某些任务上表现较差）。
其次，模拟的工作者仍然需要与世界接触以收集数据，这会产生时间和计算成本。
最后，现在的模型在进行一连串思考后，只能生成几千个token，之后就会「卡住」，进入一个不再产生高质量输出的状态。
或许GPT-2030在被重置或通过外部反馈引导之前，能够连续运行数个相当于人类工作日的时间。
如果模型以5倍的加速运行，这意味着它们每隔几个小时就需要人类监督。
因此，GPT-2030最有可能影响的任务是：
1. AI相对于人类的强项
2. 只需要能够方便快速地收集外部经验数据的任务（而不是昂贵的物理实验）
3. 可以事先分解为可靠执行的子任务，或具有明确且可自动化的反馈度量，以帮助引导模型的任务
加速！
同时满足上述三个标准的一个任务，就是是数学研究。
在第一点上，GPT-2030可能具有超人的数学能力。
在第二和第三点上，数学可以纯粹通过思考和写作来完成，而且如果一个定理被证明了，我们会知道。
此外，现在全球并没有多少数学家（在美国只有3000名），因此GPT-2030可能会在在几天内，就模拟出超过所有数学家一年内产出的成果。
机器学习研究也基本满足上述标准。
GPT-2030将具有超人的编程能力，包括实现和运行实验。
它在展示和解释实验结果方面也会表现相当出色，因为GPT-4能够以通俗易懂的方式解释复杂主题，同时市场也对此有很大需求。
因此，机器学习研究可能会简化为构思好要进行的实验，然后和高质量（但可能不可靠）的实验结果报告交互。
到2030年，硕博研究生可能会拥有和今天的教授相同的资源，仿佛手上带了几名优秀学生。
社会科学的发展可能也会显著加速。很多论文的大部分工作是追踪、分类和标记有趣的数据来源，并提取模式。
这满足了要求3，因为分类和标记可以分解为简单的子任务；也满足了要求2，只要数据可以在互联网上获得，或者可以通过在线调查收集到。
参考资料：
https://bounded-regret.ghost.io/what-will-gpt-2030-look-like/amp/
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