2014年從美國回來后，李金金就回到了母校上海交通大學(xué)任職，之后一直在上海教書、生活。2024年年初，她第一次去新疆，目的地是距離烏魯木齊直線距離500多公里的伊寧。關(guān)于這趟長途旅行，她并非沖著早已紅透互聯(lián)網(wǎng)的那拉提、賽里木湖、薰衣草花海，而是位于川寧生物（301301.SZ）廠區(qū)內(nèi)的幾十個4層樓高、近500噸重的金屬罐子。

在別人可能還在讀博士的年紀(jì)，李金金29歲時就成為了上海交通大學(xué)里最年輕的博導(dǎo)、教授之一，如今主持著人工智能與微結(jié)構(gòu)實驗室（Artificial Intelligence and Micro Structure Laboratory,AIMS-Lab）。近期，她解決發(fā)酵行業(yè)的一個百年難題——“黑箱白化”，這一技術(shù)填補(bǔ)了全球AI技術(shù)在“時序依賴型工業(yè)控制”中的空白。

從“試錯模式”到“智能模式”

近年來，我國不斷出臺相關(guān)政策，支持疊加技術(shù)突破，不斷推動技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)落地深度融合，進(jìn)一步鞏固技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢，為我國新一輪產(chǎn)業(yè)革命注入了強(qiáng)勁動力。

發(fā)酵技術(shù)作為生物制造的核心手段，廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、能源及化工領(lǐng)域。在醫(yī)藥領(lǐng)域，生物發(fā)酵是抗生素（如青霉素）、疫苗、基因治療載體等生產(chǎn)的核心工藝。中國生物發(fā)酵產(chǎn)業(yè)規(guī)模穩(wěn)居全球首位，年產(chǎn)量超7000萬噸，氨基酸、維生素等核心產(chǎn)品占全球總量60%-80%。

我國擁有相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的完整性與規(guī)?；a(chǎn)能力，具有國際競爭的核心優(yōu)勢。“但和一般制造業(yè)（如鋼鐵冶煉、機(jī)械制造、石油加工等）往往只需要流程明確、把控參數(shù)、遵循原理、規(guī)范操作，即可基本保證產(chǎn)出和質(zhì)量所不同，生物發(fā)酵領(lǐng)域極為特殊，它是受時間因素影響較大，微生物在各生長階段的差異性巨大。”李金金對第一財經(jīng)稱，數(shù)百年來，人類發(fā)酵工程師始終極其依賴于固定參數(shù)與人工經(jīng)驗，但依然難以應(yīng)對微生物代謝的動態(tài)變化，這也成為了工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域難度最大的環(huán)節(jié)之一，“甚至毫不夸張地說，哪個國家能在發(fā)酵領(lǐng)域掌握最新技術(shù)，那么這個國家，就能在全球最‘高精尖’的生物制造領(lǐng)域搶得先機(jī)。”

川寧生物是全球最大的抗生素中間體發(fā)酵企業(yè)，也是我國抗生素鏈主企業(yè)。李金金回憶稱，進(jìn)入廠區(qū)的第一印象是，“在祖國的西部邊疆能有這樣一個大型科技企業(yè)，讓像我這樣一個一直在大學(xué)里做人工智能研究的科技工作者感到挺吃驚。”

讓李金金更為驚訝的是，在如此偏遠(yuǎn)地區(qū)，有近3000名高素質(zhì)工程師在工作，且是24小時輪班工作。“他們真的非常辛苦。我記得，當(dāng)時企業(yè)管理者告訴我，他最怕半夜里接到電話，那就意味著可能出事故了。對他而言，能睡個安穩(wěn)覺是個難得的美事。”事實上，川寧生物在安全保障、降低事故率以及提高工人操作熟練度方面已經(jīng)投入了大量的人力和物力成本，已然是國內(nèi)在這一細(xì)分領(lǐng)域中最優(yōu)秀的企業(yè)之一。

“但哪怕是經(jīng)驗再豐富的工程師，在調(diào)整發(fā)酵過程時，也不可避免地會出錯，那么失誤率和事故率也會跟著變高，最終導(dǎo)致產(chǎn)量不可控。川寧生物的抗生素發(fā)酵周期長達(dá)七天，即便經(jīng)驗豐富的工程師從第一天一直跟進(jìn)到第七天，也很難確定最終產(chǎn)量。”那時，李金金意識到，整個發(fā)酵過程極為復(fù)雜，“屬于高維度、復(fù)雜、非線性問題。對于7天的發(fā)酵周期，一天24小時，每分每秒都很關(guān)鍵，而且發(fā)酵參數(shù)眾多。我當(dāng)時就想，如果能用人工智能代替人類的部分工作，那對整個發(fā)酵行業(yè)將產(chǎn)生極為重大的影響，起碼工程師們不用再三班倒了，事故率可以大大降低。更重要的是，每一批次的產(chǎn)量可控性大大增強(qiáng)，我們想要達(dá)到什么樣的產(chǎn)量，在提前進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算時就能預(yù)測出來。這樣一來，生產(chǎn)的可控性、操作性和清晰性都會有極大提升，產(chǎn)量也會相應(yīng)提高。”

經(jīng)過一年多時間的聯(lián)合研究開發(fā)，雙方共同打造的“基于遷移學(xué)習(xí)和物理可解釋的小樣本AI工業(yè)自動控制系統(tǒng)”（下稱“該AI自控系統(tǒng)”）終于發(fā)揮出了巨大效用——川寧生物在剛剛發(fā)布的2024年報中稱，“該公司在硫氰酸紅霉素產(chǎn)線部分實驗罐上實現(xiàn)了AI動態(tài)調(diào)控，使得在復(fù)雜的生物發(fā)酵過程中能動態(tài)調(diào)控參數(shù)，實時生成了最優(yōu)的發(fā)酵方案，從而提升硫氰酸紅霉素實驗罐發(fā)酵產(chǎn)量。

川寧生物總經(jīng)理鄧旭衡對第一財經(jīng)稱，從目前實驗數(shù)據(jù)來看，由該AI虛擬工程師所調(diào)控的實驗罐的發(fā)酵水平已全部高于原有未使用AI調(diào)控發(fā)酵罐水平，按照相同物料投入，AI所調(diào)控的發(fā)酵罐平均產(chǎn)量超出對照組3%-5%的產(chǎn)量，并且隨著新批次數(shù)據(jù)的喂入，多次迭代后有望持續(xù)提升發(fā)酵產(chǎn)量。

鄧旭衡進(jìn)一步解釋稱：“當(dāng)AI系統(tǒng)基于我們的歷史數(shù)據(jù)構(gòu)建的模型落地時，短短30天便實現(xiàn)了這一（3%-5%）產(chǎn)量的提升，這是宣告人工智能在發(fā)酵領(lǐng)域的全面覺醒—AI虛擬工程師的入駐，徹底終結(jié)了生產(chǎn)數(shù)據(jù)的混沌波動，構(gòu)建起穩(wěn)定且高產(chǎn)的數(shù)據(jù)閉環(huán)。那么，隨著AI系統(tǒng)在穩(wěn)定高產(chǎn)的數(shù)據(jù)持續(xù)喂養(yǎng)下不斷迭代，產(chǎn)量提升曲線會以很快的曲率上揚(yáng)，從5%、10%、15%……按照公司每年近60億產(chǎn)值預(yù)估，提升10%對應(yīng)提升20%以上的凈利潤水平。AI會以人類難以企及的速度與精度，無限逼近發(fā)酵工藝的理論極限，將原本遙不可及的技術(shù)天花板，轉(zhuǎn)化為持續(xù)突破的新起點(diǎn)，徹底顛覆人類對工業(yè)生產(chǎn)的傳統(tǒng)認(rèn)知邊界。”

鄧旭衡說道，未來AI系統(tǒng)還會持續(xù)迭代，可以進(jìn)一步燙平生產(chǎn)波動，提高發(fā)酵水平和提取收率，“AI系統(tǒng)在硫紅生產(chǎn)線已經(jīng)得到驗證，近期會開展頭孢、青霉素等生產(chǎn)線的遷移，全面‘接管’我們的發(fā)酵生產(chǎn)線，持續(xù)提高川寧的生產(chǎn)效益，鞏固和提升我們國家的相關(guān)產(chǎn)業(yè)在全球產(chǎn)業(yè)鏈中龍頭地位。”

隨著AI技術(shù)與生物制造的深度融合，發(fā)酵生產(chǎn)正從依賴經(jīng)驗的“試錯模式”向數(shù)據(jù)驅(qū)動的“智能模式”轉(zhuǎn)型。這一轉(zhuǎn)型不僅重塑了生產(chǎn)流程，更催生了生物制造領(lǐng)域的技術(shù)革命。

引入“時間維度”概念的AI

人工智能在工業(yè)上的應(yīng)用，本質(zhì)上是一場生產(chǎn)關(guān)系的革命。以該AI自控系統(tǒng)為例，它不但使得發(fā)酵技術(shù)不再局限于現(xiàn)有產(chǎn)品的效率提升，而且打開生物制造“設(shè)計—構(gòu)建—測試—學(xué)習(xí)”的創(chuàng)新空間，更是還能通過AI控制的標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)酵流程，來推動中國主導(dǎo)制定國際生物制造質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。

“生物發(fā)酵技術(shù)是生物制造的基石，該AI自控系統(tǒng)使中國相關(guān)企業(yè)牢牢占據(jù)抗生素、酶制劑等關(guān)鍵生物產(chǎn)品生產(chǎn)中的技術(shù)制高點(diǎn)，通過該AI自控系統(tǒng)提升產(chǎn)量與良率，可進(jìn)一步鞏固‘中國供應(yīng)—全球需求’的格局，迫使一些西方大國在加征關(guān)稅時面臨其國內(nèi)醫(yī)藥、飼料行業(yè)成本激增的反制壓力。”李金金如是說。

在李金金看來，更為重要的是，該AI自控系統(tǒng)首次將“時間維度”引入工業(yè)控制領(lǐng)域，解決了生物發(fā)酵這一復(fù)雜動態(tài)過程的實時預(yù)測與調(diào)控的國際難題。“這打破了人類經(jīng)驗主義，以及‘無法考慮時間因素’的主流AI大語言模型的束縛，將生物制造推進(jìn)至‘模型定義生產(chǎn)’的新階段。”李金金說，這也趟出了一條適合中國國情的、依靠自主創(chuàng)新、節(jié)約算力成本，鞏固和提升在全球產(chǎn)業(yè)鏈中龍頭地位的道路。

簡而言之，該AI自控系統(tǒng)已成為事實上的工業(yè)控制“智駕系統(tǒng)”。“不但能回顧過往，還能預(yù)判將來，使得在復(fù)雜的生物發(fā)酵過程中，能動態(tài)調(diào)控參數(shù)，實時生成了最優(yōu)的發(fā)酵方案，從而大幅提升生物發(fā)酵的產(chǎn)量。”李金金稱，在該AI自控系統(tǒng)使得相關(guān)企業(yè)的效率大大提升的同時，和目前比較主流的、動輒需要幾千塊（甚至幾萬塊）GPU卡才能運(yùn)行的AI大模型所不同的是，該AI自控系統(tǒng)只需要十幾張GPU卡和傳統(tǒng)AI模型中5%的數(shù)據(jù)，就可以實現(xiàn)連續(xù)、精準(zhǔn)的推理預(yù)測。這就極大降低了我國工業(yè)企業(yè)在算力資源上的投入成本，直接降低企業(yè)智能化改造成本，為快速部署低成本、高效能的“AI工業(yè)大腦”提供了重要的經(jīng)驗，助力中小型企業(yè)技術(shù)升級。

該AI自控系統(tǒng)其所具備的小數(shù)據(jù)處理、可解釋性、輕量化以及內(nèi)嵌時間維度的優(yōu)勢，打破了對海量數(shù)據(jù)和超算資源的依賴，為中國AI技術(shù)提供了一條低成本、高能效的工業(yè)化路徑，避免陷入西方主導(dǎo)的算力的“大模型軍備競賽”。

“AI+工業(yè)化”成為增長新引擎

近年來，在國家大量積極、有效的政策引導(dǎo)下，我國的生物制造技術(shù)持續(xù)向高附加值領(lǐng)域發(fā)展，從基礎(chǔ)化學(xué)品到高端醫(yī)療材料，產(chǎn)業(yè)鏈上下游協(xié)同創(chuàng)新。新一代通用人工智能多維度的技術(shù)演進(jìn)，將重塑智能經(jīng)濟(jì)格局。目前，通用人工智能發(fā)展進(jìn)入新階段，呈現(xiàn)出多模態(tài)融合、跨學(xué)科交叉、人機(jī)協(xié)同、群智開放、自主學(xué)習(xí)等新特征。

通過“模型定義生產(chǎn)”模式，推動制造業(yè)從“流程標(biāo)準(zhǔn)化”向“動態(tài)智能化”轉(zhuǎn)型，為中國AI技術(shù)落地工業(yè)場景（尤其是生物制造等高精尖領(lǐng)域）樹立標(biāo)桿，使得該AI自控系統(tǒng)能夠迅速應(yīng)用到其他工業(yè)場景之中，進(jìn)而對中國工業(yè)體系帶來新局面。例如：合成生物、生物醫(yī)藥、食品工業(yè)、芯片制造、大量傳統(tǒng)制造業(yè)、環(huán)保產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域等。

上海交通大學(xué)副校長曾小勤對第一財經(jīng)記者表示：“這項工作對于把人工智能列為重點(diǎn)支撐行業(yè)的上海而言，將會產(chǎn)生重大且意義深遠(yuǎn)的影響。借助人工智能技術(shù)，上海有能力助力更多中國制造企業(yè)實現(xiàn)集體產(chǎn)業(yè)升級，促使它們邁向國際領(lǐng)先水平，在國際上享有更多話語權(quán)，極大的推動經(jīng)濟(jì)發(fā)展。具體而言，一方面，該項工作能夠推動上海建設(shè)人工智能科創(chuàng)中心的產(chǎn)業(yè)規(guī)模持續(xù)拓展，為相關(guān)產(chǎn)品與服務(wù)開辟出更為廣闊的市場空間；另一方面，它還可以加速技術(shù)的迭代創(chuàng)新進(jìn)程，使技術(shù)更好地貼合工業(yè)領(lǐng)域的現(xiàn)實需求，助力中國工業(yè)加快邁向鏈主地位的腳步，進(jìn)一步強(qiáng)化產(chǎn)業(yè)集群效應(yīng)，提升區(qū)域經(jīng)濟(jì)的輻射帶動能力。通過這些舉措，上海以人工智能為技術(shù)依托，為其他省市進(jìn)行產(chǎn)業(yè)賦能的獨(dú)特優(yōu)勢得以充分展現(xiàn)，也展示了上海在技術(shù)創(chuàng)新以及合作交流方面的擔(dān)當(dāng)。”

人工智能是上海三大先導(dǎo)產(chǎn)業(yè)之一，也是上海建設(shè)國際科創(chuàng)中心的重要支撐。在上海，已將“AI+工業(yè)化”視為實現(xiàn)制造業(yè)能級躍升的核心引擎，AI技術(shù)在上海各領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)取得了顯著進(jìn)展，呈現(xiàn)出廣泛而深入的發(fā)展態(tài)勢。

為前瞻布局一批新一代通用人工智能關(guān)鍵任務(wù)，加快建設(shè)人工智能上海高地，打造人工智能世界級產(chǎn)業(yè)集群，上海市經(jīng)濟(jì)和信息化委員會于近日（4月21日）發(fā)布關(guān)于開展2025年新一代通用人工智能創(chuàng)新任務(wù)揭榜掛帥工作的通知。本次揭榜掛帥面向5個揭榜方向，包括具身智能、科學(xué)智能、空間智能、群體智能和類腦智能。征集并遴選一批具備較強(qiáng)創(chuàng)新能力的單位集中攻關(guān)，推動新一代人工智能關(guān)鍵技術(shù)突破，加速新技術(shù)、新產(chǎn)品落地應(yīng)用。

毫無疑問，上海已經(jīng)成為了全球AI目光的匯聚地。

李金金說她有著一個頗具“野心”的想法：“中國作為制造業(yè)大國，在生產(chǎn)過程中，往往不可避免地會遭遇一些阻礙企業(yè)發(fā)展前行的重大瓶頸。其中，有些屬于靜態(tài)的科學(xué)問題，還有些則如同發(fā)酵一般，是和時間動態(tài)相關(guān)的科學(xué)問題。如果中國的制造業(yè)都能借助人工智能的強(qiáng)大力量，實現(xiàn)集體性的產(chǎn)業(yè)升級，進(jìn)而催生出更多的鏈主企業(yè)，那么中國便能在國際上擁有更多的話語權(quán)，能夠通過這種方式實現(xiàn)‘科技報國’，無疑是一名科技工作者的終極夢想。”