概述

人工智能 (AI) 技術(shù)的廣泛應(yīng)用深度改變了教育的形態(tài)，催生了蓬勃發(fā)展的智慧教育。得益于數(shù)據(jù)的不斷積累、算力的不斷突破、以及算法的持續(xù)創(chuàng)新，基于AI的計算機視覺、語音交互、自然語言理解等應(yīng)用在教育行業(yè)得到了快速發(fā)展，能夠通過深入挖掘端到端的海量教育數(shù)據(jù)價值，為教學工作提供出色支持，從而顯著降低教師的教學負擔，提升教學的精準性、有效性、針對性。

一起教育科技近年來持續(xù)強化“AI+教育”的融合，并在旗下的免費學習工具“一起作業(yè)”中推出了應(yīng)用 AI 技術(shù)、可以對學生英語口語水平進行準確測評的一起作業(yè) AI 口語測評平臺，致力于為老師們提供更加精準的分數(shù)評判體系，為學生們提供更加有效的學情反饋。為提升基礎(chǔ)設(shè)施平臺對于海量業(yè)務(wù)的支撐能力，為師生提供更高效的智能口語測評服務(wù)，一起教育科技使用第二代英特爾 至強 可擴展處理器搭建了 AI 服務(wù)器，顯著提升了性能表現(xiàn)，不僅能夠支撐億級日均調(diào)用量的需求，而且在總體擁有成本 (TCO) 方面具備出色優(yōu)勢。

背景：AI 技術(shù)助力降低口語學習門檻，提升學習效果

在英語學習過程中，口語是非常重要的一部分，為提升英語口語水平，全國諸多地區(qū)在中考英語中增加口語測試，各個學校作為英語教學的主體，廣泛強化了英語口語學習，并通過口語教學、口語測評、口語糾正等方式來提升學生的口語能力。在傳統(tǒng)口語學習場景中，要評判口語水平，往往需要師生以“一對一”的方式來進行，教師有限的時間和精力與學生大量的口語評判需求之間形成了尖銳的矛盾，學校需要能夠智能、準確地測評學生口語的平臺，以滿足口語學習的旺盛需求。

在此背景下，利用 AI 技術(shù)的口語測評平臺應(yīng)運而生。此類平臺能夠利用計算機輔助語言學習(Computer Assisted Language Learning)等技術(shù)，將用戶口語發(fā)音所形成的音頻數(shù)據(jù)進行特征提取，并輸入到聲學模型。隨后，平臺會將聲學模型與語言模型進行融合計算，最終對于用戶的發(fā)音進行評分。其評測維度包括發(fā)音準確度、流暢度、自然度、完整度等，能夠幫助學生智能檢測口語學習成果。

一起教育科技AI Lab負責人饒豐指出：“AI 口語測評平臺的重要意義不僅在于其能夠提供一套高效、智能化、隨取隨用的口語評測能力，顯著降低學校與老師的教學負擔，還有利于彌補區(qū)域之間的教育質(zhì)量鴻溝，推動教育公平。由于經(jīng)濟發(fā)達區(qū)域與落后區(qū)域在口語教學資源方面存在巨大差異，導(dǎo)致大量三四線城市以及鄉(xiāng)村的中小學生難以獲得高質(zhì)量的口語教育，口語評測的質(zhì)量難以保證，而 AI 口語測評與在線教育的結(jié)合，能夠通過標準化、普適化的服務(wù)，讓偏遠地區(qū)的學生也能夠享受到優(yōu)秀的教育資源。”

基于在 AI 等技術(shù)方面的長期積累與創(chuàng)新，一起教育科技推出了搭載智能引擎的一起作業(yè) AI 口語測評平臺，該平臺在評測準確性、評測效率等方面都實現(xiàn)了突破，能夠真實地反映出學生當前口語的真實水平，并給出糾錯建議。目前，一起作業(yè)AI 口語測評平臺已經(jīng)累計了千萬級用戶，日均服務(wù)調(diào)用量達到億級。

圖1. 一起作業(yè) AI 口語測評平臺

如此巨大的服務(wù)規(guī)模給后端基礎(chǔ)設(shè)施帶來了沉重的壓力。由于中小學口語教育的特殊性，每天的 19:00-21:00 是學生在線進行口語學習與測評的高峰期，服務(wù)瞬時并發(fā)量極高，一旦后端的 AI 基礎(chǔ)設(shè)施平臺無法承載如此巨大的服務(wù)并發(fā)量，可能導(dǎo)致服務(wù)速度變慢。此外，用戶對于 AI 口語測評的性能正在提出越來越高的要求，高實時性與低延遲正在成為用戶體驗的重要組成部分，一起教育科技希望能夠降低口語測評系統(tǒng)的實時率(RTF, Real Time Factor)1，以提升用戶體驗和服務(wù)吞吐率。

除了性能之外，總體擁有成本(TCO)也是重要的考量因素。雖然基于 GPU 的 AI 服務(wù)器能夠在性能上滿足聲學訓(xùn)練與推理的需求，但是采購、部署與運維成本較高，而且其較為復(fù)雜的采購流程意味著較高的時間成本，難以實現(xiàn)快速的敏捷擴展。相較之下，基于 CPU 的 AI 服務(wù)器能夠高效利用已有硬件的基礎(chǔ)設(shè)施，在大量應(yīng)用場景下有著更高的 TCO 優(yōu)勢。

解決方案：一起教育科技基于英特爾架構(gòu)優(yōu)化 AI 處理能力

為了向師生提供更卓越的口語教育服務(wù)，一起教育科技從應(yīng)用與基礎(chǔ)設(shè)施兩個方面進行了針對性的設(shè)計與優(yōu)化。從應(yīng)用層面來看，為了給各地的教師和學生提供一套符合課標、以及地方考試統(tǒng)一要求的評分標準，滿足日常練習、課后作業(yè)、形成性和過程性評價、以及考試評測等各個場景下的英語口語活動需求，一起教育科技認真研究分析了全國近三十個省市的英語口語考試評測標準和《中學英語課程標準》，制訂了一套具有普適性的通用評分標準。

一起作業(yè) AI 口語測評平臺能夠嚴格按照這一通用打分標準對學生的作答進行評判，其使用了全國各地的題型對此套標準進行了檢驗，并運用技術(shù)手段和大批量數(shù)據(jù)統(tǒng)計的方式進行復(fù)核，證明其在對各式題型、各地區(qū)評分要求的適應(yīng)，以及運用分數(shù)手段明確顯示學生口語水準方面都有著良好的效果。

在基礎(chǔ)設(shè)施層面，一起教育科技采用了搭載英特爾 至強 金牌 6230 處理器的 AI 服務(wù)器來承載智能口語測評服務(wù)。英特爾 至強 金牌 6230 處理器屬于第二代英特爾 至強 可擴展處理器家族，為計算密集型工作負載提供了高性能和可擴展性。該處理器集成了英特爾 超級通道互聯(lián)(英特爾 UPI)、英特爾 Infrastructure Management 技術(shù)(英特爾 IMT)和英特爾 高級矢量擴展指令集512(英特爾 AVX-512)等領(lǐng)先功能，可滿足嚴苛的 I/O 密集型工作負載的需求。

尤為重要的是，第二代英特爾 至強 可擴展處理器還內(nèi)置人工智能加速功能，并已針對工作負載進行優(yōu)化，能夠為各種高性能計算工作負載、AI應(yīng)用以及高密度基礎(chǔ)設(shè)施帶來一流的性能和內(nèi)存帶寬。同時，采用矢量神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)指令(VNNI)的英特爾 深度學習加速(英特爾 DL Boost)顯著提高了人工智能推理的表現(xiàn)，這使其成為一起教育科技在云平臺上拓展 AI 應(yīng)用的卓越基礎(chǔ)設(shè)施。

為了驗證基于英特爾 至強 金牌 6230 處理器的 AI 服務(wù)器帶來的性能提升，一起教育科技搭建了測試環(huán)境，測試配置如表 1 所示：

一起作業(yè) AI 口語測評平臺的工作流包含多個模塊，一起教育科技聯(lián)合英特爾使用英特爾 VTune™ Profiler可視化性能分析器工具分析計算熱點，引入VNNI指令集優(yōu)化熱點函數(shù)，再將GCC更換成英特爾 C++ 編譯器，進行重新編譯。完成優(yōu)化后，測試人員在一顆英特爾 至強 金牌 6230 處理器上并發(fā)處理40路推理線程，發(fā)現(xiàn)整個工作流的實時率下降了 12.7%2，優(yōu)化后和優(yōu)化前的性能對比如圖 2 所示：

一起教育科技還將口語評測的優(yōu)化方法遷移到語音識別上，即便之前已經(jīng)做了重構(gòu)和深度優(yōu)化，VNNI指令集和英特爾 C++ 編譯器仍然帶來了一定的性能提升，同時最大程度地發(fā)揮了CPU的算力。在同樣40路并發(fā)的情況下，整個工作流的實時率比優(yōu)化前下降了5%3，優(yōu)化前后的性能對比如圖 3 所示：

語音合成是用于教學場景的一種重要的工作負載，該業(yè)務(wù)包含前端，聲學模型和聲碼器。聲碼器用的是LPCNet，該聲碼器是一個C語言版本，在不改變代碼的情況下，使用英特爾編譯器的高級選項來進行優(yōu)化，使整個工作流的實時率比優(yōu)化前降低了72.1%，處理效率提升了2.58倍4，優(yōu)化前后的性能對比如圖 4 所示。

成果：助力學生高效提升英語口語水平

一起教育科技與英特爾的合作為 AI 口語測評平臺奠定了堅實的基礎(chǔ)，不僅有效降低了實時率，滿足了口語測評服務(wù)實時響應(yīng)的需求，還能夠支撐業(yè)務(wù)高峰期海量的服務(wù)請求，降低基礎(chǔ)設(shè)施壓力。具體而言，雙方的合作實現(xiàn)了如下成果：

口語測評結(jié)果“秒速”提供：由于口語評測實時率的降低，學生在進行口語練習并提交平臺評測之后，平臺能夠近即時地將評測結(jié)果反饋給學生，以便其進行針對性的糾正與學習。而語音識別與語音合成性能的提升，則為用戶的口語學習提供了更高效的跟讀訓(xùn)練、智能對話等服務(wù)。

口語測評服務(wù)始終穩(wěn)定如一：得益于第二代英特爾 至強 可擴展處理器的高性能，以及一起教育科技在混合云架構(gòu)與服務(wù)方面的創(chuàng)新，一起教育科技可以確保在高峰期也能為用戶提供穩(wěn)定高效的評測服務(wù)，避免響應(yīng)緩慢等問題。

TCO 得到顯著控制：相較于 GPU 服務(wù)器，基于第二代英特爾 至強 可擴展處理器的 AI 服務(wù)器有著更為顯著的 TCO 優(yōu)勢，能夠幫助一起教育科技在業(yè)務(wù)的快速擴展過程中，提升投資回報率，為師生帶來更具價值的服務(wù)。

一起教育科技AI Lab負責人饒豐指出：“我們與英特爾建立了良好的合作關(guān)系，推動了 AI 口語測評平臺的性能持續(xù)優(yōu)化?；谠摶A(chǔ)設(shè)施平臺，我們時刻跟隨各地區(qū)教學實踐要求的變化，為老師們提供更加精準的分數(shù)評判體系，為學子們提供更加有效的學情反饋，為推動全國各地區(qū)英語口語教學的不斷進步而貢獻力量。”

未來展望：加速智慧教育革新

一起教育科技透露，其未來將在三個方向推動口語評測平臺的優(yōu)化與革新：首先是全開放口語題的評測支持;其次是中小學生口語能力水平的評定，從多個維度評價口語的應(yīng)用能力，更契合教育部的中小學學科核心素養(yǎng)的評價;第三個方向是提供滿足地區(qū)化差異的評測方案，實現(xiàn)語音評測的本地化，根據(jù)地區(qū)教育水平的差異進行本地化的適配。

為了支撐以上三大目標的實現(xiàn)，一起教育科技將與英特爾圍繞創(chuàng)新硬件選型、AI 性能優(yōu)化等方面進行更加深入的合作，發(fā)揮英特爾在端到端 AI 產(chǎn)品與技術(shù)方面的優(yōu)勢，從而為 AI教育應(yīng)用提供強大的算力支持，實現(xiàn)跨架構(gòu)的算法移植與優(yōu)化，進而賦能智慧教育，提供高效、公平、個性化的教育服務(wù)。

關(guān)于一起教育科技

一起教育科技(NASDAQ: YQ)是全球領(lǐng)先的K12智能教育平臺。懷著“讓學習成為美好體驗”的使命，一起教育科技致力于用先進的教育科技、優(yōu)質(zhì)的教育內(nèi)容和持續(xù)的教育熱情，為K12階段的學校、家庭、社會教育場景，提供更為高效、美好的產(chǎn)品和體驗，開啟了智能教育新時代。

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1實時率(RTF，Real Time Factor)是一個常用于度量自動語音識別系統(tǒng)解碼速度的值。它也可以用在以近似恒定速率處理視頻或音頻信號的處理中(比方說從CD中讀音樂)。如果處理一段長度為a的音頻信號需要花費時間b，則實時率為b/a。如果，如果處理一段長度為2小時的音頻花了8個小時，則實時率為8/2=4。當實時率等于或小于1時通常認為該處理是實時的。

2,3,4測試數(shù)據(jù)由一起教育科技測試得出。測試配置：英特爾至強 金牌 6230 處理器 @ 2.10GHz，192G DDR4 2933*6，CentOS Linux 8 (Core)，Kernel 4.18.0-193.19.1.el8_2.x86_64，英特爾 C++ 編譯器v19.1，GUN 編譯器套件v7.3，Python v3.6

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