挑戰(zhàn)愛因斯坦，只需10萬個游戲玩家？

利維坦按：

在古希臘語中，游戲（paidia）跟教育（paideia，指智力、精神方面的培養(yǎng)與塑造）是同源詞，十分有寓教于樂的意味。寓教于樂的說法之所以能成立，是因為游戲本為人之天性。
這樣的天性在如今與另外兩種人類天性相互契合：一是群體發(fā)展的本能，人類天生對于游戲有著強大的渴望和需求，現(xiàn)代游戲強大的技術(shù)需求牽引著整個計算機行業(yè)發(fā)展；二是探索未知的本能，這也是為什么游戲會吸引眾多科學(xué)研究者。但本能之外，自然也存在別的因素。
科學(xué)家為何鐘愛游戲
提到科學(xué)實驗，我們往往會聯(lián)想到無塵的實驗室、潔白的工作服以及嚴肅面孔的學(xué)究們——但2016年啟動的大貝爾實驗看起來不太“正經(jīng)”，它的實質(zhì)是全球超10萬玩家參與的電子游戲。
這個游戲想驗證一個聽上去很簡單的事：這個世界是否真如量子力學(xué)所描述的這般瘋狂。
游戲玩法很簡單：玩家用自己的電腦或手機登陸網(wǎng)頁進入游戲，通過點擊游戲頁面中的按鈕來控制游戲中人物的前進，越快越好；或者是通過按鍵選擇來猜測隱藏的小球顏色，猜對猜錯全憑運氣。超過一定得分就可以進入下一關(guān)，而整個游戲共有6關(guān)。

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游戲畫面童趣，玩法老少皆宜。
玩家的每次點擊都會生成“0”或“1”兩個數(shù)字，這樣一場游戲下來就能生成一個二進制數(shù)列。這些龐大的數(shù)列會上傳到分布在全球的12個實驗室里（中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉院士的實驗室也參與其中），研究團隊再用收集來的這些數(shù)據(jù)去驗證它們關(guān)于量子力學(xué)的實驗觀察結(jié)果。

（游戲鏈接拿走不謝：museum.thebigbelltest.org/#/contribute?l=EN）

如此簡單的網(wǎng)頁游戲，是如何幫助科學(xué)家驗證量子理論的？
你或許聽聞過量子糾纏的概念：一對量子無論相隔多遠，都能在瞬間傳遞信息，且信息的傳輸速度遠超光速。十分詭異。

? Quanta/NIST

但是在愛因斯坦的相對論里，超光速傳輸信息是不可能發(fā)生的，而這正是他質(zhì)疑量子理論的最主要原因。
愛因斯坦認為：肯定是因為一些我們未知的、更為深層的、但同樣符合經(jīng)典物理邏輯的機制（隱變量）讓超光速傳輸信息得以發(fā)生。我們之所以覺得量子理論詭異，只是因為我們對它尚不足夠了解。
但是愛因斯坦的反對者（比如大物理學(xué)家玻爾）認為：量子力學(xué)就是這么詭異。就像約翰·斯圖爾特·貝爾（John Stewart Bell）提出的那樣：經(jīng)典物理學(xué)的決定論無法從根本上描述量子力學(xué)。

這不就吵起來了么。
之后，貝爾提出一種實驗方法能夠?qū)垡蛩固古c玻爾關(guān)于量子力學(xué)的世紀之爭，從哲學(xué)探討轉(zhuǎn)變?yōu)閷嶒灴梢耘袥Q對錯的分歧。可惜多年來數(shù)次實驗的結(jié)果對于已然入土為安的愛因斯坦來說，卻都只是一場場失望。

約翰·斯圖爾特·貝爾。? ria

而2015年進行的這場大貝爾實驗之所以要以電子游戲的形式展開，是因為研究團隊需要借助人類的自由意志（點擊游戲中的按鍵）生成大量的隨機數(shù)，以彌補所謂的“自由選擇漏洞”——這一漏洞暗示量子本身存在某種尚不為人所知、但可能自亙古就存在的機制來相互糾纏。
如果這樣的機制確實存在，由機器或骰子生成的隨機數(shù)就不會是真的隨機數(shù)，因為這些物理系統(tǒng)同樣有可能與粒子們有關(guān)聯(lián)性——世間萬物看似相互獨立，但誰都不知道它們是否來自過去某個共同的來源。
拿這些隨機數(shù)來做實驗，就像是讓考生自己出試卷一樣讓實驗失去意義。
唯有人類基于自由意志而做出的選擇，才能排除掉這些干擾。盡管這一邏輯成立的前提是人類真的具備所謂“自由意志”的東西，不過這又是另一個話題了。
大貝爾實驗的結(jié)果如何？即便是以人類自由意志作為數(shù)據(jù)源，量子還是那么詭異。愛因斯坦又錯了一次。

科學(xué)家很早就盯上了游戲這塊大肥肉，除了大貝爾實驗之外，以科學(xué)研究為目的的游戲?qū)映霾桓F。比如以解碼蛋白質(zhì)折疊結(jié)構(gòu)為目的的電子游戲Foldit，希望借助人腦天生的三維圖形匹配能力來取代需要大量算力的計算機工作。玩家們在游戲中破解了一個科學(xué)家十多年來一直在研究的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，而這一結(jié)果有助于抗艾滋藥物的研發(fā)。

《Foldit》游戲畫面。? Gfycat

《EyeWirers》游戲則要求玩家對視網(wǎng)膜中的神經(jīng)元進行排列，是一個借助玩家力量來繪制大腦神經(jīng)地圖的過程。目前已完成了約700個神經(jīng)元組成的老鼠視網(wǎng)膜模型，而這將有助于研究人進一步研究大腦的神秘之處。

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另外還有如《Quantum Moves》——玩家需要在游戲中移動一灘液體狀的物質(zhì)過關(guān)斬將，高分操作將有助于科學(xué)家優(yōu)化實驗室里的操作手法。

此類事例，不一而足。
這些以社會目的為導(dǎo)向的電子游戲，自然也會具備游戲慣常的特點——引人矚目的畫面、換取成就感的挑戰(zhàn)、讓人持續(xù)玩下去的獎勵。除此之外，它們還能完成一些似乎只有游戲能完成的任務(wù)。
2009年英國議會被質(zhì)疑存在大量公款私用的腐敗行為時，迫于輿論壓力公開了詳盡的會計報表。但是議會所公開的一百多萬份報表不僅沒有經(jīng)過任何分類，還充斥著各種掃描件、圖片等形式的數(shù)據(jù)，也無法通過計算機進行有效簡化。

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議會本以為這么做就可以掩人耳目，讓人因龐大的數(shù)據(jù)量知難而退，但是英國《衛(wèi)報》想出了個主意：把龐大的計算工作“眾包”給民眾。
他們雇人寫了個簡單的網(wǎng)絡(luò)游戲，民眾可以上他們的網(wǎng)站認領(lǐng)文檔自行進行運算，還很貼心地設(shè)計了玩家貢獻排行榜……這個游戲的名字也很直接，《調(diào)查你那議員的開支》。
三個月不到，所有的報表整理工作就超額完成了。民眾參與熱情之高昂，甚至自行計算了議員所上報的出行油費與實際油費的差額……
一份能熬死會計的巨量工作，在游戲玩家的分擔下變得輕松。算力來自于民力。

算力大如天
我們可以發(fā)現(xiàn)，此類游戲最想要從玩家手中獲得的東西，便是算力。
這里說的算力，指的是設(shè)備的數(shù)據(jù)處理能力，通常取決于游戲設(shè)備的CPU（中央處理器）與GPU（圖形處理器）。現(xiàn)代游戲?qū)τ谠O(shè)備的高密度數(shù)據(jù)處理能力有著貪得無厭的需求，這既需要立足于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的快速更迭，也反過來牽引著產(chǎn)業(yè)前進的方向。
誰家的芯片算力強，誰就能當上行業(yè)扛把子。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，算力為王?，F(xiàn)代科學(xué)研究中往往也會碰上大噸位計算的需求，這也是為什么連科學(xué)家都會盯上這塊肥肉的原因。
游戲機的算力能有多恐怖？舉個例子，目前仍舊保持著全球銷量紀錄（逾1.5億臺）的游戲主機PS2，在準備從日本往海外市場拓展的時候，卻一度被日本以《外匯和外貿(mào)法》限制出口，因為該法案中有一條明文規(guī)定：價格超5萬日元、且有可能被用于軍事用途的產(chǎn)品若想要從日本出口，必須申請?zhí)厥庠S可。

一邊玩著PS1，一邊通宵排隊等著PS2發(fā)布的玩家們。? Reddit

一個游戲機能有什么軍事用途？原來在當時，PS2的向量圖形運算能力便已高達每秒300萬向量，幾乎吊打同期友商產(chǎn)品的超強圖形渲染能力，的確是有可能被用于導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)的模擬與研發(fā)的——據(jù)說伊拉克當年確實這么干過。
對于一臺游戲機來說，這也算是另一種殊榮了。
只不過，啟蒙時代的電子游戲?qū)τ谟布]有提出什么過分要求。畢竟在那個“物資匱乏”的年代，屏幕上的像素點用肉眼就能數(shù)出來有多少顆。
1985年面世的初代超級馬里奧游戲（沒錯就是那個開頭吃蘑菇，結(jié)局打王八，最后從旗桿滑下來救出公主的版本），其容量只有驚人的40KB。相比之下，SWITCH當家游戲《塞爾達傳說：荒野之息》容量高達13.4GB，能裝33.5萬個初代馬里奧……

? Gfycat

早期游戲不會對畫面有太多期望。但是隨著計算機產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，畫面效果之于游戲逐漸變得越發(fā)重要起來。運算需求開始往大量化傾斜，圖形處理器（GPU）這一專用計算芯片應(yīng)運而生。
1999 年 8 月，英偉達（NVIDIA）推出了全球第一個真正意義上的 GPU，GPU 成為計算機中獨立于 CPU 的另一個重要計算單元。這是新故事的開始。
GPU跟CPU有什么區(qū)別？打個不太恰當?shù)谋扔鳎珻PU就像是解牛的庖丁，擅長于在進退與深淺中穿行游走，以邏輯運算能力作為看家本領(lǐng)；而GPU則像肉制品工廠里的絞肉機，甭管是吊龍、脖仁，還是匙柄、五花趾，統(tǒng)統(tǒng)都是大坨肉進、大坨肉出，尤其擅長于大吞吐量的數(shù)據(jù)任務(wù)。

世紀末的這一年，輝煌屬于英偉達 RIVA TNT2顯卡。?wiki

現(xiàn)如今的GPU越發(fā)強大，在計算能力上早已超越了常規(guī)CPU，面對大量的待處理數(shù)據(jù)，GPU永遠只有一句“放著我來”。
早年間吳恩達帶著谷歌大腦團隊，花了100萬美元大舉集結(jié)1000臺電腦，以浩浩湯湯16000個CPU的陣勢，終于從1000萬張圖片中成功讓人工智能識別出一只貓來。
而用GPU替代CPU后，他只用16臺電腦、64個GPU就輕松搞定同樣一件事情。
這種可怕的GPU，便來自硅谷華人企業(yè)家黃仁勛一手創(chuàng)建的奇跡工廠英偉達。

當年花費16000個CPU找出來的貓圖。? JIM WILSON/NYTIMES

江湖有言稱，先有仁勛后有天，顯卡在手虐神仙。新世紀初，當英特爾和AMD還在主頻戰(zhàn)場上相互廝殺時，老黃做了個膽大包天的豪賭——他在公司內(nèi)部秘密啟動了一個名為CUDA的項目，渴望借此重新開辟一片新的芯片天地，自立為王。
毫不夸張地說，是廣大玩家對于游戲效果越來越高的需求直接推動了GPU的發(fā)展。從單色到彩色，從2D到3D，從一秒一個像素點位移的早期打飛機游戲，到每秒240幀的流暢度……哪里有需求，哪里就會有市場。
但是老黃的格局顯然更大一些。老黃認為，GPU不應(yīng)僅僅只是圖形處理芯片，在即將到來的高運算需求時代，一個通用的并行計算架構(gòu)才是王道之路。
CUDA上線后沒多久，就被吳恩達拿去找貓了。這才有了前面提到的故事。至于老黃跟他一手拉扯大的英偉達，現(xiàn)在主要在研究怎么把GPU里強大的算力資源與人工智能龐大的數(shù)據(jù)處理需求結(jié)合起來。業(yè)內(nèi)有大量做AI的初創(chuàng)公司，都選用了英偉達所提供的硬件平臺，這也使得英偉達的股票早已“高不可攀”。

“神的語言”
兩年前巴黎圣母院著火的時候，有坊間傳言稱游戲《刺客信條》中保留了大量關(guān)于巴黎圣母院外觀的游戲建模，可以幫助重建這一古老的教堂。

游戲《刺客信條》中的巴黎圣母院。? pinterest

圣母院還沒復(fù)原，游戲?qū)τ谡鎸嵉闹亟ㄟ^程有多大助力，目前尚不可知。不過這樣的傳言倒也從側(cè)面說明：現(xiàn)代游戲的畫面精細程度，在大眾心里早已有了極高的成就認知。而我們對于GPU的非游戲領(lǐng)域應(yīng)用也有著充實的期待。
現(xiàn)代大型游戲?qū)崟r性、畫面精細度有著近乎變態(tài)的要求。這不僅要歸功于讓人咋舌的硬件發(fā)展速度，也要感謝歷代程序員以秀發(fā)為祭品所做出的努力。
巧婦難為無米之炊。若非那些早期游戲開發(fā)者們天才般的算法讓算力有用武之地，再逆天的硬件也只能是自我感動。在二進制的世界里，算法即為神的語言，而程序員們則為上帝。
談及游戲算法，一個避不開的人便是被譽為“編程界莫扎特”的神奇男子，約翰·卡馬克（John D. Carmack II）。

約翰·卡馬克。? giphy

這位如今已頭發(fā)花白的老人究竟做了什么？他創(chuàng)造了世界上的首個第一人稱射擊類游戲（FPS）《德軍總部3D》，將玩家從早期游戲普遍的“上帝視角”重新拉回人間，好好體驗生活。
在如今的游戲玩家聽起來，這可能沒什么。但是在此之前，鮮有人敢于設(shè)想如何在2D的游戲屏幕上創(chuàng)造出3D感的游戲畫面。這是維度的僭越。
卡馬克是怎么辦到的？簡單來講，卡馬克在《德軍總部3D》應(yīng)用了一種名叫“光線投射算法”的2D成像技術(shù)。這一算法不僅可以幫助電腦判斷平視視角中，玩家所射出的子彈究竟命中了敵人還是墻，還能避免電腦在玩家看不到的地方浪費算力，因此只需少量的算力資源就能渲染出有著高透視效果的偽3D畫面。

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國人較為熟知的游戲諸如《半條命》和《榮譽勛章》，甚至是近些年大熱的《守望先鋒》，都是基于卡馬克的算法理念而誕生的。
如今，“光線投射算法”早已不再局限于游戲用途，在核磁共振與遙感技術(shù)中也有著廣泛的應(yīng)用。既可以拿來找尋人體內(nèi)部的病灶，又可以用以描繪世間的風景，是游戲算法惠及非玩家的典型案例。
雖然說卡馬克并非這一算法的第一發(fā)明者，但無疑是最重要的推廣者。除此之外，卡馬克對于計算機圖形學(xué)還有兩項重要貢獻：二叉空間分割與卡馬克反轉(zhuǎn)。
二叉空間分隔聽起來很艱澀，但其實就是個增強偽3D游戲中場景立體感的技術(shù)。通過這項技術(shù)可以將游戲場景中的物體根據(jù)空間關(guān)系進行樹狀歸類，從而使得游戲畫面不再是統(tǒng)一的陰影效果，而是具備了用以增強遠近關(guān)系的不同陰影度，從而大大增強了游戲景深。

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卡馬克最早是在游戲《Doom》里應(yīng)用了這一技術(shù)，游戲中越是靠近玩家的場景越是明亮，而遠景則更偏暗色調(diào)，從而營造出比《德軍總部3D》里更沉浸的立體感。

《德軍總部3D》游戲截圖。? fraps

卡馬克反轉(zhuǎn)，則是指一種快速計算數(shù)據(jù)平方根倒數(shù)的算法，這在計算機渲染畫面中照明與投影的波動角度、反射效果時能大幅降低算力消耗。盡管至今都不知道究竟是誰最先發(fā)明的這一算法（卡馬克曾明確否認過這點），但也因卡馬克在《雷神之錘》中對這一算法的應(yīng)用而獲得大眾關(guān)注。
國人不能更熟悉的《反恐精英》游戲，便是繼承的這一游戲引擎制作而成。
1999年，卡馬克被美國時代雜志評選為科技領(lǐng)域50大影響力人物，且在其中名列第10位。作為一個老游戲程序員，卡馬克在游戲上的創(chuàng)新不僅推動了計算機圖形學(xué)的發(fā)展，更切切實實地在推動社會進步。
隨著游戲程序算法的日趨強大，游戲引擎所能創(chuàng)造的虛擬世界也越發(fā)逼真而迷人。目前功能最為強大的游戲引擎，當屬Epic公司開發(fā)的虛幻（Unreal）系列引擎。
行內(nèi)人評價虛幻5是一款劃時代的游戲引擎，主要基于兩點原因。首先，虛幻5引入的新渲染技術(shù)Nabite，可以直接在游戲中實時渲染出影視級別的超高精度模型，這意味著用戶在視覺上將很難分辨游戲畫面就是源自建構(gòu)還是現(xiàn)實，從而進一步實現(xiàn)了空間上的仿真。

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其次則是動態(tài)全局光照技術(shù)Lumen。這項技術(shù)可以讓游戲中的光影隨著設(shè)定光源的變化（比如早晨與黃昏）與游戲視角的前進同步調(diào)整，從時間維度上讓人對游戲世界信以為真。
擁有如此強大的功能，虛幻5的應(yīng)用層面自然也遠非游戲領(lǐng)域——去年大火的影視劇《曼達洛人》，其中有超半數(shù)的鏡頭都是借助虛幻5引擎制作出來的，而NASA也正在研究如何用虛幻5來搭建太空模擬環(huán)境，以更好地幫助宇航員在地面進行訓(xùn)練。

比人類更努力

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虛幻5可以在一秒中內(nèi)狂擼出數(shù)十億個細小的三角形面，創(chuàng)造出極具欺騙性的模擬世界，這是算法與算力的勝利，也是游戲的魅力所在——創(chuàng)造一個能與之互動的模擬環(huán)境。
而作為模擬環(huán)境，游戲也天然地為人工智能的成長提供了幾乎無窮盡的試錯機會與影響因子。打問世以來，游戲就是人工智能得以實驗和應(yīng)用的一畝三分開荒地，直到今天也是如此。
今年2月，麻省理工大學(xué)宣布他們正在教人工智能打游戲，以此訓(xùn)練人工智能應(yīng)付不確定狀況的能力。它們在《超級馬里奧》里吃蘑菇，在《憤怒的小鳥》里懟豬。Uber團隊甚至曾在基于模擬環(huán)境搭建的《GTA5》里，讓人工智能開車馳騁于日落大道上，其駕駛數(shù)據(jù)將回饋于現(xiàn)實中的自動駕駛行車研究。
只是不知道《GTA5》里的人工智能會不會有一天也會為了搶車而打開NPC的車門。
自誕生以來，人工智能就與游戲有著極其緊密的聯(lián)結(jié)。1950年的多倫多加拿大國家展覽會上，一臺四米高、帶有巨大顯示屏的機器旁邊圍滿了參展的觀眾。這臺機器所承載的是一個名叫《大腦伯蒂》（Bertie the Brain）的井字棋游戲，人類和屏幕背后的計算機在由小燈泡組成的大屏幕上相繼行棋。

畫面雖然簡陋，但這被視作人工智能在大眾領(lǐng)域的最早亮相。
從這個古老的井字棋游戲，到IBM的電氣工程師亞瑟·塞繆爾（Arthur Samuel）在跳棋程序中率先提出“機器學(xué)習(xí)”的概念，再到AlphaGo擊敗人類頂尖棋手，人工智能在游戲中獲得的成長足以讓世界為之震驚。而這一過程從開始到現(xiàn)在，不過70年光景。
你只能看到臺上柯潔落敗后的淚水，但你不知道AlphaGo在背后究竟有多努力。

所以有多努力？
當年AlphaGo跟李世石下棋的時候，用了1920個CPU和280個GPU，平均每局棋光是電費就得付3000美元。
待到迎戰(zhàn)柯潔的時候，AlphaGo甚至直接舍棄了傳統(tǒng)的CPU+GPU架構(gòu)，而是整體遷移到了一種名為“張量處理器”（Tensor Processing Unit）、專為機器學(xué)習(xí)與推理而設(shè)計的處理器平臺上。
柯潔的眼淚是他個人的不甘心，也是人類感動于科技繁榮而流下的幸福淚水。

* * *
2017年發(fā)布的新版本AlphaGo Zero，通過跟自己下棋的方式自我學(xué)習(xí)，僅用40天就超越了所有的舊版本。
老黃對圖形計算的潛力有著如同宗教崇拜般的信仰，“世界還沒有完全意識到，我們所做的一切乃人類的基礎(chǔ)。”

至于卡馬克，他早在2013年便以首席技術(shù)官的身份加入了Oculus VR公司，投奔了下一個戰(zhàn)場。
下一個戰(zhàn)場在哪里？有人說是人工智能接續(xù)人類工作的賽博世界，有人說是基于NFT技術(shù)而孕育的元宇宙，有人說是通過人機接口連結(jié)所有人的新未來。我們不知道哪個或哪幾個預(yù)言會成真，但我們能確定的一點是：若非游戲玩家填不飽的胃口，整個計算機行業(yè)也將無從談起。從計算機行業(yè)到整個世界，都在因游戲而發(fā)生翻天覆地的改變。

文/Kokyo

校對/兔子的凌波微步

本文基于創(chuàng)作共享協(xié)議（BY-NC），由Kokyo在利維坦發(fā)布

文章僅為作者觀點，未必代表利維坦立場