IBM Watson a Jeopardy: come un computer ha battuto i campioni nel 2011
Il 14 febbraio 2011, negli studi della Sony Pictures a Culver City, California, andava in scena uno degli eventi più discussi nella storia dell'intelligenza artificiale: il sistema informatico IBM Watson sfidava in diretta televisiva i due più grandi campioni di sempre del quiz show Jeopardy!, Ken Jennings e Brad Rutter. Nel corso di tre puntate trasmesse su ABC, Watson si aggiudicò il primo posto con un punteggio complessivo di 77.147 dollari, quasi il triplo di quello degli avversari umani, vincendo il premio di un milione di dollari che IBM donò integralmente in beneficenza. La vittoria rappresentò una pietra miliare nell'elaborazione del linguaggio naturale e nella dimostrazione pubblica delle capacità dell'intelligenza artificiale applicata a compiti cognitivi complessi.
Il contesto: la sfida uomo-macchina
Il progetto nacque nel 2007, quando David Ferrucci, ricercatore IBM, accettò la proposta di costruire un sistema in grado di competere con i migliori giocatori umani di Jeopardy!. La scelta dello show non era casuale: a differenza degli scacchi o del backgammon, Jeopardy! impone sfide linguistiche di alto livello. Le clue sono formulate in linguaggio naturale e spesso ricorrono a doppi sensi, giochi di parole, metafore, riferimenti culturali impliciti e ironia. Non basta recuperare informazioni: occorre interpretarle correttamente e farlo in pochissimi secondi. Il team di sviluppo era composto da circa venti ricercatori e lavorò per tre anni prima di raggiungere prestazioni paragonabili a quelle dei migliori giocatori umani in termini di precisione, affidabilità e velocità di risposta.
L'architettura DeepQA
Il cuore tecnologico di Watson era l'architettura software denominata DeepQA, progettata specificamente per rispondere a domande in linguaggio naturale. DeepQA non era un motore di ricerca tradizionale né un sistema esperto basato su regole fisse: si trattava di un sistema probabilistico e massicciamente parallelo, capace di generare e valutare simultaneamente centinaia di ipotesi di risposta.
Il processo si articolava in più fasi. Innanzitutto, Watson analizzava la clue attraverso tecniche di natural language processing (NLP) per identificare il tipo di domanda posta, i soggetti coinvolti e i vincoli semantici rilevanti. A questa fase di classificazione seguiva una ricerca parallela all'interno della base di conoscenza interna: Watson non era connesso a Internet durante la gara, ma aveva a disposizione circa 200 milioni di pagine di contenuto strutturato e non strutturato, tra cui l'intera Wikipedia in lingua inglese, enciclopedie, dizionari, opere letterarie, articoli di giornale e database specialistici, per un totale di circa quattro terabyte di dati.
Per ciascuna clue, il sistema generava un insieme di candidati e applicava oltre cento algoritmi diversi per valutare ciascuna ipotesi, assegnando un punteggio di confidenza. Il risultato finale era la risposta con il punteggio ponderato più elevato. In modo cruciale, Watson utilizzava questa stima di confidenza anche per decidere se premere il pulsante per rispondere: se la confidenza scendeva sotto una certa soglia, il sistema si asteneva, evitando di perdere punti per risposte errate, esattamente come farebbe un giocatore esperto.
Il software era scritto principalmente in Java con componenti in C++ e Prolog, si appoggiava al framework Apache UIMA per l'elaborazione del linguaggio e ad Apache Hadoop per il calcolo distribuito, ed era eseguito su SUSE Linux Enterprise Server 11.
L'hardware: novanta server in parallelo
Le prestazioni di DeepQA richiedevano una potenza di calcolo straordinaria. Watson era costituito da un cluster di novanta server IBM Power 750, ciascuno equipaggiato con un processore POWER7 a otto core da 3,5 GHz e quattro thread per core, per un totale di 2.880 thread di elaborazione e 16 terabyte di memoria RAM. L'insieme operava a circa 80 teraflop, ovvero ottanta miliardi di operazioni al secondo.
Questa potenza era indispensabile per rispettare i tempi del gioco: senza parallelizzazione, l'elaborazione di una singola clue richiedeva ore. Distribuendo il calcolo sui 2.880 core, Watson riusciva a produrre una risposta in 2-6 secondi, un intervallo compatibile con il ritmo naturale della competizione televisiva.
Come Watson affrontava le clue di Jeopardy!
Una delle difficoltà principali di Jeopardy! risiede nel formato invertito: vengono fornite le risposte e i concorrenti devono formulare la domanda corrispondente, spesso con formulazioni ricercate e ambigue. Watson doveva quindi decodificare il testo della clue, identificare l'entità o il concetto richiesto, recuperare evidenze coerenti dalla sua base di conoscenza e integrare le prove raccolte in un giudizio probabilistico.
Un ulteriore elemento di complessità era la gestione del buzz-in: in Jeopardy!, il pulsante di risposta si sblocca solo dopo che il presentatore ha terminato di leggere la clue. Watson riceveva il testo in forma elettronica nello stesso momento in cui veniva visualizzato sullo schermo, eliminando il vantaggio umano nella lettura rapida, ma era comunque soggetto ai vincoli di attivazione del pulsante. La decisione su quando premere era quindi il risultato di un bilanciamento tra confidenza nella risposta e tempistica di sblocco del buzzer.
La competizione: tre serate di sfida
La gara si svolse in tre puntate. Nella prima serata, trasmessa il 14 febbraio 2011, Watson dominò nettamente: al termine del gioco aveva accumulato 35.734 dollari contro i 10.400 di Brad Rutter e i 4.800 di Ken Jennings. Il momento più clamoroso della serata fu il Final Jeopardy nella categoria "U.S. Cities": mentre Rutter e Jennings identificarono correttamente la risposta come Chicago, Watson rispose "What is Toronto?????", con ben cinque punti interrogativi che nel sistema indicavano bassa confidenza. L'errore, pur non influendo sull'esito della gara data la distanza in punteggio, divenne immediatamente virale e simboleggiò i limiti del ragionamento geografico e contestuale della macchina.
La seconda e terza serata videro Watson consolidare il vantaggio. Al termine delle tre partite, il punteggio complessivo fu: Watson 77.147 dollari, Ken Jennings 24.000 dollari, Brad Rutter 21.600 dollari. IBM donò i 1.000.000 di dollari di premio al World Community Grid e ad altre organizzazioni no-profit; Jennings e Rutter donarono metà delle rispettive vincite in beneficenza. Jennings si congedò con una battuta diventata celebre, scritta sulla sua risposta finale: "I, for one, welcome our new computer overlords".
Il significato tecnico e scientifico della vittoria
La vittoria di Watson non dimostrò che i computer avessero raggiunto una comprensione del linguaggio umano paragonabile a quella delle persone, ma attestò che era possibile costruire sistemi in grado di gestire l'ambiguità linguistica, integrare fonti eterogenee di conoscenza e operare in tempo reale con un livello di precisione competitivo su compiti cognitivi di alto livello. DeepQA aprì la strada a una generazione di sistemi di question answering e contribuì a definire metodologie che avrebbero influenzato la ricerca sull'intelligenza artificiale per il decennio successivo.
Il lascito e i limiti post-Jeopardy
Dopo la vittoria, IBM investì massicciamente nel trasferimento delle tecnologie di Watson a settori applicativi, in particolare la sanità. La divisione Watson Health fu costruita con l'obiettivo di supportare oncologi, ricercatori farmaceutici e ospedali nell'analisi di grandi quantità di dati clinici. Tuttavia, il percorso si rivelò molto più arduo del previsto: nel 2016 il MD Anderson Cancer Center di Houston cancellò un progetto da 62 milioni di dollari con IBM Watson per Oncology, dopo aver constatato che il sistema non produceva risultati clinicamente affidabili. Le critiche sottolinearono la difficoltà di applicare la logica probabilistica di DeepQA, ottimizzata per fatti enciclopedici ben definiti, alle decisioni cliniche sfumate e dipendenti dal contesto individuale del paziente.
Nel 2022 IBM cedette Watson Health a una società di private equity. Alla metà degli anni Venti, IBM ha ridefinito il proprio posizionamento nell'ambito dell'intelligenza artificiale, concentrandosi sull'infrastruttura cloud ibrida come piattaforma abilitante per i sistemi AI degli ospedali, abbandonando l'approccio diretto alla pratica clinica. Watson rimane nella storia come il primo sistema di intelligenza artificiale a dominare in modo convincente un campione televisivo di cultura generale, dimostrando sia l'enorme potenziale sia i limiti strutturali dei sistemi di AI quando vengono trasferiti da un dominio circoscritto a contesti aperti e imprevedibili.
Domande frequenti
Watson era connesso a Internet durante la gara di Jeopardy?
No. Durante la competizione Watson non aveva accesso a Internet. Tutte le risposte erano elaborate a partire da una base di conoscenza interna precaricata, composta da circa 200 milioni di pagine di testi tra cui Wikipedia, enciclopedie, dizionari e articoli di giornale, per un totale di circa quattro terabyte di dati.
Come decideva Watson se rispondere o meno?
Watson calcolava un punteggio di confidenza per ciascuna risposta candidata. Solo se la confidenza superava una soglia predefinita il sistema premeva il pulsante per rispondere. Questo meccanismo gli consentiva di limitare le risposte errate, una strategia fondamentale in Jeopardy! dove le risposte sbagliate comportano una penalità in punteggio.
Quanti computer componevano Watson nel 2011?
Watson era costituito da un cluster di 90 server IBM Power 750, ciascuno con processori POWER7 a otto core da 3,5 GHz. Il sistema contava in totale 2.880 thread di elaborazione e 16 terabyte di RAM, operando a circa 80 teraflop.
Qual è stato il risultato finale della sfida a Jeopardy?
Watson ha vinto con un punteggio complessivo di 77.147 dollari, contro i 24.000 di Ken Jennings e i 21.600 di Brad Rutter. IBM ha donato il premio di un milione di dollari in beneficenza.
Watson ha avuto successo anche dopo Jeopardy?
In ambito commerciale i risultati sono stati contraddittori. Il tentativo più ambizioso, Watson Health per l'oncologia, ha subito una battuta d'arresto significativa con la cancellazione del progetto al MD Anderson Cancer Center nel 2016 dopo una spesa di 62 milioni di dollari. Nel 2022 IBM ha ceduto la divisione Watson Health. Oggi IBM punta principalmente sull'infrastruttura cloud ibrida come base per le applicazioni di intelligenza artificiale in ambito ospedaliero.