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令人聞風喪膽的鯊魚,真的天生就是 Bad Guy 嗎?—《非凡物種》

新樂園_96
・2017/01/02 ・4999字 ・閱讀時間約 10 分鐘 ・SR值 531 ・七年級

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《大白鯊》引發大規模的歇斯底里,它好像能進入我們心靈最原始的部分,攪動深埋在那裡的集體性恐懼。圖/合理使用, wikimedia commons

我們忘不了《大白鯊》中的恐怖鯊魚

《大白鯊》在 1975 年夏季上映,害得人們突然間連餵個金魚都心驚膽跳。這部片引發大規模的歇斯底里,它好像能進入我們心靈最原始的部分,攪動深埋在那裡的集體性恐懼。這部電影的反派角色不是人類,而是一隻仇恨人類的巨型大白鯊;牠似乎恨透了「艾米蒂島」(Amity Island)(《大白鯊》作品裡虛構出的美國東岸度假勝地)上的觀光人潮,如此仇恨漫淹的情況,在電影續集中尤其嚴重。

但注意了,這隻鯊魚可不平凡;牠的初次攻擊純屬隨機,但再看下去你就會發現,牠開始鎖定特定目標,就連那些被派去解決牠的捕鯊隊隊員,也是牠選擇性攻擊的對象。後來這隻鯊魚總算在一炸之下榮歸天國,但牠已奪走好幾條人命,在遺族與當地居民心中留下陰影。到了影片最後,我們幾乎能感覺到,鯊魚身上散發的濃濃惡意,竟然有股人味。

《大白鯊》打破當時所有票房紀錄。上映不久,它的票房收入就超越《教父》(The God father)成為美國史上第一,這紀錄直到《星際大戰》(Star Wars)上映後才被追過。這部片獲得三項奧斯卡獎(其中當然包括「原創配樂獎」),是各種「史上最佳影片」榜單中的常客,還催生了三部水準不高的續集電影、兩座主題樂園雲霄飛車、兩部音樂劇,以及好幾部暢銷電玩。

然而,《大白鯊》無意之間卻醜化了鯊魚,鑄成我們難以擺脫的偏見。「致命的冷血殺手」、「殘忍的殺戮機器」、「一心一意獵殺毫無自衛能力的泳客」,這些刻板印象讓鯊魚成為人們心中最可怕,這世界上最受憎惡的生物。

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美國作家彼得.本奇利(Peter Benchley)是《大白鯊》原著小說的作者,他之前好幾本書的構想都被出版社回絕,幾乎已經要棄筆轉職;如果他真的就此打退堂鼓,這本小說大概永遠不會問世。當時,他聽說一名漁夫在長島岸邊抓到了大白鯊,從這個真實故事裡得到《大白鯊》的靈感,之後費盡心力才得到出版商贊助,但書成之後,出版商卻不滿意他的筆調,要求他重寫,出書的計畫又因此差點夭折。經過許多波折,這本書終於在一九七四年付梓,一年後就被史蒂芬.史匹柏拍成一部經典鉅作。

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美國作家彼得.本奇利是《大白鯊》原著小說的作者。本奇利和史匹柏都很清楚,把動物擬人化能造成極大效果。圖/Fair use, wikimedia commons

越神出鬼沒越恐怖

本奇利和史匹柏都很清楚,把動物擬人化能造成極大效果,鯊魚對他們來說就是個完美的反派角色,是個新穎而具獨創性的「大壞蛋」,只等待他們去開發潛力。《大白鯊》問世之前,鯊魚偶爾也在電影中客串壞人,比如兩部 007 電影:《霹靂彈》(Thunderball)(1965 年)和《生死關頭》(Live and Let Die)(1973 年);但《大白鯊》裡的這隻大白鯊,才是真正影響深遠的角色。英國金斯頓大學(Kingston University)的影視學教授約翰.穆拉齊(John Ó Maoilearca)解釋道:「人們好像突然醒悟到:『現代世界裡,可能還躲藏著一隻二十到三十呎長的殺人猛獸,有將人生吞下肚的本事。』這給予大眾無限想像空間。」

對於許多電影觀眾來說,《大白鯊》片中鯊魚最可怖之處不是外表,而是牠總是神出鬼沒,直到電影結尾才現身。也就是說,比起這隻生物本身,「鯊魚」這個「概念」更有震撼力,也才是真正嚇人的元素。自然作家、英國巴斯泉大學(Bath Spa University)創意寫作教授李察.凱瑞吉(Richard Kerridge)就說,這部片以大師手法操弄我們對「未知」最根本的恐懼;敵暗我明,對方藏身在深海某處,但牠那雙冰冷黑眼卻牢牢盯著我們:

我們對鯊魚的恐懼感會這麼強烈,我認為一部份原因是我們害怕大海。對於多數人來說,大海仍然是個異域,它怪異、廣陌,和陸地比起來是那麼空曠。當我們在海中游泳時總會隱隱感到不安,尤其擔心腳下的深海裡是不是會冒出些什麼東西。我們害怕從黑暗深處衝出的血盆大口,這種畏懼非常原始。大海同時也象徵無垠的宇宙,提醒我們自己是如此渺小、脆弱而平凡無奇。

有件事你絕對想不到,《大白鯊》片中鯊魚之所以遲遲不現身,並不是因為考量藝術效果,而是由於財務與技術上的困難。史匹柏發現,他訂製的那只鯊魚模型長得實在不夠可怕,在拍攝電影的外海操作起來也困難重重。眼看經費和時間逐漸流逝,史匹柏從驚悚片大師亞佛烈德.希區考克(Alfred Hitchcock)那裡取經,決定到電影最後三分之一才讓鯊魚本尊現身。

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正如史匹柏對希區考克電影驚悚本質的解釋:其實,看不到的東西才最嚇人。當鯊魚從一隻真實的動物變成一個不可見的威脅,整部電影的敘事風格因此改變,驚悚的程度也隨之飆升。約翰.穆拉齊就指出:「《大白鯊》以『看不見的怪物』作為主題,這是恐怖片中非常有效的拍攝手法,同時也成為後人遵循的公式;雷利.史考特(Ridley Scott)執導的《異形》(Alien)就被當成『太空版《大白鯊》』宣傳。」

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《大白鯊》片中鯊魚之所以遲遲不現身,並不是因為考量藝術效果,而是由於財務與技術上的困難。圖/合理使用, wikimedia commons

等等,你真的了解鯊魚嗎?

然而,我們愈是將鯊魚視為某種駭人殺手,也就愈難真正了解牠們。鯊魚到底是什麼?牠們的獵殺技巧為什麼如此高明呢?

鯊魚可能已經在地球上生存了四億年,年代遠早於兩億三千萬年前出現的恐龍,更別提哺乳類(出現至今大約兩億年)、鳥類(約一億五千萬年),以及現代人類(只有二十萬年)了。如此漫長的演化史,千錘百鍊了牠們的狩獵技術,使牠們得以穩居海洋食物鏈的頂端。《大白鯊》片中的鯊魚專家胡珀(Hooper)(李察.德瑞福斯〔Richard Dreyfuss〕飾演)曾挖苦的說:「外頭現在有一部完美引擎、獵食機器,牠是演化的奇蹟,整天游泳吃東西生小鯊,其他啥也不幹。」

加拿大環保人士保羅.華生(Paul Watson)指出:鯊魚主宰大洋這麼長的歲月,這也表示各種身為獵物的魚類都會以此為演化依據,牠們的外貌、舉動、泳技、偽裝術、自衛反應,在物競天擇原理的運作之下,都因應著鯊魚的獵食行為而發展。

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然而,並非所有鯊魚都是體積龐大、令人畏懼的獵手。各種類的鯊魚體積懸殊,巨大的鯨鯊是全世界體積最大的魚類,約略有 10 到 12 公尺長,重量可達 21.5 噸;迷你鯊魚侏儒額斑烏鯊是角鯊的一種,身長最高紀錄只有 21 公分出頭。況且,鯨鯊和牠的表親姥鯊(地球上體積第二大的鯊魚)都是濾食動物,牠們不吃比南極蝦更大的食物。

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巨大的鯨鯊是全世界體積最大的魚類,約略有十到十二公尺長,重量可達二十一點五噸,但是是濾食動物,牠們甚至不吃比南極蝦更大的食物。圖/By Zac Wolf, 創用CC-2.5, wikimedia commons

無論大小,所有鯊魚都具備一些共同特徵。牠們的牙齒不像哺乳類一樣固定在顎骨上,而是嵌在牙齦中,這讓牠們一生中可以不斷換牙,隨時保持口中武器堅實鋒利。鯊魚的上下顎有好幾排備用牙齒隨時待命,這些牙齒會逐漸往前移動,直到被替換上場。

鯊魚和魟魚、鰩魚不同於其他硬骨魚,骨骼由軟骨構成,材質有彈性,密度大抵只有一般骨骼的一半,這讓牠們在游泳時可以節省體力。但軟骨結構會使身體較為脆弱,為了補償這點,鯊魚的皮膚外側覆蓋一片稱作「盾鱗」(Dermal denticles)的齒狀纖維,既有補強作用,也能在游泳時減少紊流。鯊魚用強而有力的尾部助泳,能瞬間製造出推進力,讓牠們在追捕獵物時順暢加速。

除此之外,牠還有個最著名的特色,就是必須不停游泳,雖然這並非通則,但某些種類的鯊魚的確需要不斷往前游才能保持呼吸1;這行為也被我們的大眾文化引用,成為一種對人類進化的隱喻。

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世界上有將近五百種不同的鯊魚,但當中只有約十種有攻擊人類的紀錄,其中大部分致死案例的兇手都是以下三種鯊魚:大白鯊、虎鯊、低鰭真鯊(又譯公牛鯊),這其中又以電影明星大白鯊最令人聞風喪膽。大白鯊可以長到 6.5 公尺長,體重可達 2000 公斤,泳速每小時超過 56 公里;牠們最多能夠活到 70 歲,壽命比任何同種魚類長。

地球上許多暖水海域都有大白鯊棲息,澳洲、美國、墨西哥、日本、南美等地周圍海洋是牠們最常現身的地方;讓人驚訝的是,牠們居然也經常出沒在封閉水淺的地中海,甚至英國沿岸也有目擊記錄(不過,這些人目擊到的,大多被認為是像鼠鯊這類體型較小的鯊魚)。伊安.費格生(Ian Fergusson)是一名生物學家,也是慈善組織「鯊魚信託」(Shark Trust)的資助者,他認為如果一個人真的撞見了大白鯊,那人絕對不可能錯認:

那種經驗絕無僅有。當你望進太平洋深處,生平第一次瞥見那抹黑與白──大白鯊的經典配色──就在船底下,慢慢浮上水面來看你,那一刻你真的會覺得腎上腺素灌注全身。同時,你也會想到:和這隻威力強大、智能與世間所有頂尖掠食者不相上下的動物相比,我們人類,是多麼脆弱渺小!

跟 Shark 有關的詞彙大多不是好詞?

十六世紀中葉,英國的地理大發現時代拉開了序幕,此時約翰.霍金斯(John Hawkins)船長從西非探險歸來,將一具鯊魚標本帶回倫敦,英文的「鯊魚」(shark)一詞開始被廣泛使用。此前,鯊魚曾被英國人喚作「海中狗」(Sea dogs),是現在某些小型鯊魚在英文中仍被稱為「Dogfish」的原因。

某些語言學家認為,馬雅文的「Xok」這個字(音同 Shok)就是「Shark」一字的來源。此外, 一四四二年, 一名公務員湯瑪斯. 貝琴頓(Thomas Beckington)( 後來他成為巴斯暨韋爾斯教區主教﹝Bishop of Bath and Wells﹞)在信中使用「Sharke」這個字,意思是「大型海魚」。另一種更可信的說法是「Shark」一字是德文「Schorck」的變形,原意是「壞人」或「惡棍」。

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四百多年來,「鯊魚」一詞不但成為普通英文字彙,還衍生、變化出許多不同的含意,大多都不甚好聽。英文中有「鯊魚信貸」(Loan sharks)、「牌桌鯊魚」(Card sharks)(英文「Card sharp」──老千──的變體,可能是以訛傳訛所造成)這些說法,此外,也會單用「鯊魚」一詞來形容律師、罪犯或政客身上的某種特質,語言學家艾莉絲.迪年(Alice Deignan)解釋道:「『鯊魚』用來形容生意上不擇手段、貪得無厭的行為,這個詞有時也用在法律事件上,尤其是指那種壓迫弱者的作為。」

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鯊魚一詞在多年的演變下衍伸出許多非正面的意義,另外它還與律師的關係不淺,甚至有部就名叫 Shark 的影集。圖/Fair use, wikimedia commons

鯊魚與律師的緣分不淺,詹姆士.伍德(James Wood)主演的一部美國律師影集就叫做《律政狂鯊》(Shark)(中文名為港譯),而拍攝《大白鯊》時,史匹柏將那隻命運坎坷的機器鯊魚命名為「布魯斯」(Bruce),靈感就是來自史匹柏自己的律師布魯斯.拉默(Bruce Ramer)。鯊魚到底做了什麼,竟然這樣得罪人類?文化史學家狄恩.克勞佛(Dean Crawford)對此提出疑問:

是因為牠們太常大啖我們的史前老祖宗,造成某種演化記憶,於是我們大腦舊皮質區2裡才被存放了一份「猛獸檔案」嗎?還是說,因為人類是陸地上最高明、最受敬畏的獵食者,只有面對與我們並駕齊驅、分庭抗禮的海洋王者,我們才會同時表現出這麼特殊的厭惡與著迷?另一派人則認為,我們之所以將鯊魚視為無情殺手,主要是由於牠的體格特徵。

圖/CC BY-SA 3.0, https://en.wikipedia.org/w/index.php?curid=11787513
圖/CC BY-SA 3.0, wikimedia commons.

李察.凱瑞吉解釋如下:

為什麼鯊魚這麼不討喜?一部分是因為牠的臉永遠是一號表情;如果我們看得懂對方的表情,就會覺得比較安心,但鯊魚做不到這一點。一般動物臉上該有的特徵鯊魚全都沒有,你只看得到光滑的魚雷形頭部,那張長滿森森利牙的嘴,還有那空無的黝黑雙眼。當我們寫到鯊魚,總免不了使用「面無表情」這個詞;牠們像是代表了某種冷酷不仁、毫無道德感與溫情的生命形象,大部分動物在映襯之下竟都顯得仁慈,而牠就是那個被用來對比的極端。

註解

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  1. 這類鯊魚被稱為 Obligate ram breathersc 或 Obligate ram ventilators(強制撞擊換氣),必須藉著身體的行動讓水流過魚鰓換取氧氣,無法藉由肌肉收縮換氣。全世界目前約有四百種,包括大白鯊、尖吻鯖鯊和鯨鯊。
  2. 這裡的「Lower corteces」指的是大腦中與新皮質區相對的舊皮質區,包含嗅覺皮質與邊緣系統等區域。其中,邊緣系統包括杏仁體、海馬迴等,與人們的情緒與行為密切相關。

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本文摘自《非凡物種:型塑人類文化、改變世界的25個自然造物》,新樂園出版。

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新樂園_96
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科技普及,網路隨時隨地連接著,我們好像重新擁有了力量。這種力量,用來自我教育、尋找靈感、塑造環境,與任何同樣感興趣的人們,分享自己的冒險旅程。能促進這一過程的工具,就是新樂園尋找和推廣的,包含書而不限於書。

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圖形處理單元與人工智慧
賴昭正_96
・2024/06/24 ・6944字 ・閱讀時間約 14 分鐘

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  • 作者/賴昭正|前清大化學系教授、系主任、所長;合創科學月刊

我擔心人工智慧可能會完全取代人類。如果人們能設計電腦病毒,那麼就會有人設計出能夠自我改進和複製的人工智慧。 這將是一種超越人類的新生命形式。

——史蒂芬.霍金(Stephen Hawking) 英國理論物理學家

大約在八十年前,當第一台數位計算機出現時,一些電腦科學家便一直致力於讓機器具有像人類一樣的智慧;但七十年後,還是沒有機器能夠可靠地提供人類程度的語言或影像辨識功能。誰又想到「人工智慧」(Artificial Intelligent,簡稱 AI)的能力最近十年突然起飛,在許多(所有?)領域的測試中擊敗了人類,正在改變各個領域——包括假新聞的製造與散佈——的生態。

圖形處理單元(graphic process unit,簡稱 GPU)是這場「人工智慧」革命中的最大助手。它的興起使得九年前還是個小公司的 Nvidia(英偉達)股票從每股不到 $5,上升到今天(5 月 24 日)每股超過 $1000(註一)的全世界第三大公司,其創辦人(之一)兼首席執行官、出生於台南的黃仁勳(Jenson Huang)也一躍成為全世界排名 20 內的大富豪、台灣家喻戶曉的名人!可是多少人了解圖形處理單元是什麼嗎?到底是時勢造英雄,還是英雄造時勢?

黃仁勳出席2016年台北國際電腦展
Nvidia 的崛起究竟是時勢造英雄,還是英雄造時勢?圖/wikimedia

在回答這問題之前,筆者得先聲明筆者不是學電腦的,因此在這裡所能談的只是與電腦設計細節無關的基本原理。筆者認為將原理轉成實用工具是專家的事,不是我們外行人需要了解的;但作為一位現在的知識分子或公民,了解基本原理則是必備的條件:例如了解「能量不滅定律」就可以不用仔細分析,即可判斷永動機是騙人的;又如現在可攜帶型冷氣機充斥市面上,它們不用往室外排廢熱氣,就可以提供屋內冷氣,讀者買嗎?

CPU 與 GPU

不管是大型電腦或個人電腦都需具有「中央處理單元」(central process unit,簡稱 CPU)。CPU 是電腦的「腦」,其電子電路負責處理所有軟體正確運作所需的所有任務,如算術、邏輯、控制、輸入和輸出操作等等。雖然早期的設計即可以讓一個指令同時做兩、三件不同的工作;但為了簡單化,我們在這裡所談的工作將只是執行算術和邏輯運算的工作(arithmetic and logic unit,簡稱 ALU),如將兩個數加在一起。在這一簡化的定義下,CPU 在任何一個時刻均只能執行一件工作而已。

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在個人電腦剛出現只能用於一般事物的處理時,CPU 均能非常勝任地完成任務。但電腦圖形和動畫的出現帶來了第一批運算密集型工作負載後,CPU 開始顯示心有餘而力不足:例如電玩動畫需要應用程式處理數以萬計的像素(pixel),每個像素都有自己的顏色、光強度、和運動等, 使得 CPU 根本沒辦法在短時間內完成這些工作。於是出現了主機板上之「顯示插卡」來支援補助 CPU。

1999 年,英偉達將其一「具有集成變換、照明、三角形設定/裁剪、和透過應用程式從模型產生二維或三維影像的單晶片處理器」(註二)定位為「世界上第一款 GPU」,「GPU」這一名詞於焉誕生。不像 CPU,GPU 可以在同一個時刻執行許多算術和邏輯運算的工作,快速地完成圖形和動畫的變化。

依序計算和平行計算

一部電腦 CPU 如何計算 7×5+6/3 呢?因每一時刻只能做一件事,所以其步驟為:

  • 計算 7×5;
  • 計算 6/3;
  • 將結果相加。

總共需要 3 個運算時間。但如果我們有兩個 CPU 呢?很多工作便可以同時(平行)進行:

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  • 同時計算 7×5 及 6/3;
  • 將結果相加。

只需要 2 個運算時間,比單獨的 CPU 減少了一個。這看起來好像沒節省多少時間,但如果我們有 16 對 a×b 要相加呢?單獨的 CPU 需要 31 個運算的時間(16 個 × 的運算時間及 15 個 + 的運算時間),而有 16 個小 CPU 的 GPU 則只需要 5 個運算的時間(1 個 × 的運算時間及 4 個 + 的運算時間)!

現在就讓我們來看看為什麼稱 GPU 為「圖形」處理單元。圖一左圖《我愛科學》一書擺斜了,如何將它擺正成右圖呢? 一句話:「將整個圖逆時針方向旋轉 θ 即可」。但因為左圖是由上百萬個像素點(座標 x, y)組成的,所以這句簡單的話可讓 CPU 忙得不亦樂乎了:每一點的座標都必須做如下的轉換

x’ = x cosθ + y sinθ

y’ = -x sinθ+ y cosθ

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即每一點均需要做四個 × 及兩個 + 的運算!如果每一運算需要 10-6 秒,那麼讓《我愛科學》一書做個簡單的角度旋轉,便需要 6 秒,這豈是電動玩具畫面變化所能接受的?

圖形處理的例子

人類的許多發明都是基於需要的關係,因此電腦硬件設計家便開始思考:這些點轉換都是獨立的,為什麼我們不讓它們同時進行(平行運算,parallel processing)呢?於是專門用來處理「圖形」的處理單元出現了——就是我們現在所知的 GPU。如果一個 GPU 可以同時處理 106 運算,那上圖的轉換只需 10-6 秒鐘!

GPU 的興起

GPU 可分成兩種:

  • 整合式圖形「卡」(integrated graphics)是內建於 CPU 中的 GPU,所以不是插卡,它與 CPU 共享系統記憶體,沒有單獨的記憶體組來儲存圖形/視訊,主要用於大部分的個人電腦及筆記型電腦上;早期英特爾(Intel)因為不讓插卡 GPU 侵蝕主機的地盤,在這方面的研發佔領先的地位,約佔 68% 的市場。
  • 獨立顯示卡(discrete graphics)有不與 CPU 共享的自己專用內存;由於與處理器晶片分離,它會消耗更多電量並產生大量熱量;然而,也正是因為有自己的記憶體來源和電源,它可以比整合式顯示卡提供更高的效能。

2007 年,英偉達發布了可以在獨立 GPU 上進行平行處理的軟體層後,科學家發現獨立 GPU 不但能夠快速處理圖形變化,在需要大量計算才能實現特定結果的任務上也非常有效,因此開啟了為計算密集型的實用題目編寫 GPU 程式的領域。如今獨立 GPU 的應用範圍已遠遠超出當初圖形處理,不但擴大到醫學影像和地震成像等之複雜圖像和影片編輯及視覺化,也應用於駕駛、導航、天氣預報、大資料庫分析、機器學習、人工智慧、加密貨幣挖礦、及分子動力學模擬(註三)等其它領域。獨立 GPU 已成為人工智慧生態系統中不可或缺的一部分,正在改變我們的生活方式及許多行業的遊戲規則。英特爾在這方面發展較遲,遠遠落在英偉達(80%)及超微半導體公司(Advance Micro Devices Inc.,19%,註四)之後,大約只有 1% 的市場。

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典型的CPU與GPU架構

事實上現在的中央處理單元也不再是真正的「單元」,而是如圖二可含有多個可以同時處理運算的核心(core)單元。GPU 犧牲大量快取和控制單元以獲得更多的處理核心,因此其核心功能不如 CPU 核心強大,但它們能同時高速執行大量相同的指令,在平行運算中發揮強大作用。現在電腦通常具有 2 到 64 個核心;GPU 則具有上千、甚至上萬的核心。

結論

我們一看到《我愛科學》這本書,不需要一點一點地從左上到右下慢慢掃描,即可瞬間知道它上面有書名、出版社等,也知道它擺斜了。這種「平行運作」的能力不僅限於視覺,它也延伸到其它感官和認知功能。例如筆者在清華大學授課時常犯的一個毛病是:嘴巴在講,腦筋思考已經不知往前跑了多少公里,常常為了追趕而越講越快,將不少學生拋到腦後!這不表示筆者聰明,因為研究人員發現我們的大腦具有同時處理和解釋大量感官輸入的能力。

人工智慧是一種讓電腦或機器能夠模擬人類智慧和解決問題能力的科技,因此必須如人腦一樣能同時並行地處理許多資料。學過矩陣(matrix)的讀者應該知道,如果用矩陣和向量(vector)表達,上面所談到之座標轉換將是非常簡潔的(註五)。而矩陣和向量計算正是機器學習(machine learning)演算法的基礎!也正是獨立圖形處理單元最強大的功能所在!因此我們可以了解為什麼 GPU 會成為人工智慧開發的基石:它們的架構就是充分利用並行處理,來快速執行多個操作,進行訓練電腦或機器以人腦之思考與學習的方式處理資料——稱為「深度學習」(deep learning)。

黃仁勳在 5 月 22 日的發布業績新聞上謂:「下一次工業革命已經開始了:企業界和各國正與英偉達合作,將價值數萬億美元的傳統資料中心轉變為加速運算及新型資料中心——人工智慧工廠——以生產新商品『人工智慧』。人工智慧將為每個產業帶來顯著的生產力提升,幫助企業降低成本和提高能源效率,同時擴大收入機會。」

附錄

人工智慧的實用例子:下面一段是微軟的「copilot」代書、谷歌的「translate」代譯之「one paragraph summary of GPU and AI」。讀完後,讀者是不是認為筆者該退休了?

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GPU(圖形處理單元)和 AI(人工智慧)之間的協同作用徹底改變了高效能運算領域。GPU 具有平行處理能力,特別適合人工智慧和機器學習所需的複雜資料密集運算。這導致了影像和視訊處理等領域的重大進步,使自動駕駛和臉部辨識等技術變得更加高效和可靠。NVIDIA 開發的平行運算平台 CUDA 進一步提高了 GPU 的效率,使開發人員能夠透過將人工智慧問題分解為更小的、可管理的、可同時處理的任務來解決這些問題。這不僅加快了人工智慧研究的步伐,而且使其更具成本效益,因為 GPU 可以在很短的時間內執行與多個 CPU 相同的任務。隨著人工智慧的不斷發展,GPU 的角色可能會變得更加不可或缺,推動各產業的創新和新的可能性。大腦透過神經元網路實現這一目標,這些神經元網路可以獨立但有凝聚力地工作,使我們能夠執行複雜的任務,例如駕駛、導航、觀察交通信號、聽音樂並同時規劃我們的路線。此外,研究表明,與非人類動物相比,人類大腦具有更多平行通路,這表明我們的神經處理具有更高的複雜性。這個複雜的系統證明了我們認知功能的卓越適應性和效率。我們可以一邊和朋友聊天一邊走在街上,一邊聽音樂一邊做飯,或一邊聽講座一邊做筆記。人工智慧是模擬人類腦神經網路的科技,因此必須能同時並行地來處理許多資料。研究人員發現了人腦通訊網路具有一個在獼猴或小鼠中未觀察獨特特徵:透過多個並行路徑傳輸訊息,因此具有令人難以置信的多任務處理能力。

註解

(註一)當讀者看到此篇文章時,其股票已一股換十股,現在每一股約在 $100 左右。

(註二)組裝或升級過個人電腦的讀者或許還記得「英偉達精視 256」(GeForce 256)插卡吧?

(註三)筆者於 1984 年離開清華大學到 IBM 時,就是參加了被認為全世界使用電腦時間最多的量子化學家、IBM「院士(fellow)」Enrico Clementi 的團隊:因為當時英偉達還未有可以在 GPU 上進行平行處理的軟體層,我們只能自己寫軟體將 8 台中型電腦(非 IBM 品牌!)與一大型電腦連接來做平行運算,進行分子動力學模擬等的科學研究。如果晚生 30 年或許就不會那麼辛苦了?

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(註四)補助個人電腦用的 GPU 品牌到 2000 年時只剩下兩大主導廠商:英偉達及 ATI(Array Technology Inc.)。後者是出生於香港之四位中國人於 1985 年在加拿大安大略省成立,2006 年被超微半導體公司收購,品牌於 2010 年被淘汰。超微半導體公司於 2014 年 10 月提升台南出生之蘇姿豐(Lisa Tzwu-Fang Su)博士為執行長後,股票從每股 $4 左右,上升到今天每股超過 $160,其市值已經是英特爾的兩倍,完全擺脫了在後者陰影下求生存的小眾玩家角色,正在挑戰英偉達的 GPU 市場。順便一題:超微半導體公司現任總裁(兼 AI 策略負責人)為出生於台北的彭明博(Victor Peng);與黃仁勳及蘇姿豐一樣,也是小時候就隨父母親移居到美國。

(註五)

延伸閱讀

  • 熱力學與能源利用」,《科學月刊》,1982 年 3 月號;收集於《我愛科學》(華騰文化有限公司,2017 年 12 月出版),轉載於「嘉義市政府全球資訊網」。
  • 網路安全技術與比特幣」,《科學月刊》,2020 年 11 月號;轉載於「善科教育基金會」的《科技大補帖》專欄。
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賴昭正_96
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成功大學化學工程系學士,芝加哥大學化學物理博士。在芝大時與一群留學生合創「科學月刊」。一直想回國貢獻所學,因此畢業後不久即回清大化學系任教。自認平易近人,但教學嚴謹,因此穫有「賴大刀」之惡名!於1982年時當選爲 清大化學系新一代的年青首任系主任兼所長;但壯志難酬,兩年後即辭職到美留浪。晚期曾回台蓋工廠及創業,均應「水土不服」而鎩羽而歸。正式退休後,除了開始又爲科學月刊寫文章外,全職帶小孫女(半歲起);現已成七歲之小孫女的BFF(2015)。首先接觸到泛科學是因爲科學月刊將我的一篇文章「愛因斯坦的最大的錯誤一宇宙論常數」推薦到泛科學重登。

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人類的遠古好兄弟:認識鯊魚的「適應性免疫系統」——《我們為什麼還沒有死掉?》
麥田出版_96
・2021/10/23 ・1867字 ・閱讀時間約 3 分鐘

• 作者/伊丹.班—巴拉克
• 譯者/傅賀

你可能聽過這個說法:鯊魚不會得癌症。事實上,牠們的免疫系統接近完美,牠們幾乎不會得任何疾病,牠們的免疫系統在過去幾億年裡都沒多大變化。是不是很神奇?

可惜,這都是無稽之談。沒錯,鯊魚的免疫系統非常驚人,全身分布有許多有趣而且有效的抗菌和抗病毒分子,牠們患癌症的概率也的確比人們通常預計的更低,但是鯊魚仍然會患上各種疾病,包括腫瘤。除此之外,數百萬隻鯊魚每年死於愚蠢。不是牠們自己的愚蠢(就智力而言,鯊魚還行),而是人類的愚蠢,特別是那些認為鯊魚軟骨產品可以「提高免疫力」、抗發炎甚至抗癌的江湖郎中。那種認為「鯊魚有完美的免疫系統」的觀念是由那些想透過賣軟骨藥而大賺一筆的藥商推動的,這背後的研究也不可靠。真正的科學研究已經揭穿了這些騙人的鬼把戲,但是依然有人在獵殺鯊魚,依然把它們的骨骼碾碎,當成「神奇的藥方」。

所謂「鯊魚的免疫系統從未改變過」的說法也經不起推敲。根據化石證據,我們的確發現今天的鯊魚跟牠們幾億年前的祖先「看起來 」 沒什麼差別,顯然,這讓一些人認為,鯊魚在其他方面也沒有任何變化。但這裡有一個重要區別:鯊魚的體型解決的是在水中穿行的問題;鯊魚的免疫系統解決的則是對抗病原體的問題。水沒有發生演化,但是病原體卻一直在演化。想必你明白我的意思了。

模樣特別古老的皺腮鯊(Chlamydoselachus anguineus)。圖/WIKIPEDIA by Citron

鯊魚有適應性免疫系統,也有完整可辨認的 T 細胞、B 細胞、抗體,以及各種其他組成。鯊魚跟人類的適應性免疫系統有許多差異,畢竟,我們分開的時間已經很久了。不過,牠們在許多基本的細節上跟我們類似,我們可以自信地說,某種類似的適應性免疫系統在四億年前(我們分開的時候)就已經出現並且發揮功能了。

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牠們選擇留在水裡,發育出可以替換的鋒利牙齒,追逐魚類,而我們(更準確地說,是那些不再是硬骨魚的我們)則爬到岸上,失去了鰓,發育出了四肢,又過了許多年,我們回到海裡,拍攝了多部關於鯊魚及其鋒利牙齒的驚悚電影。儘管如此,我們的免疫系統提醒我們,在不同的外表之下,鯊魚和我們其實是失散多年的兄弟

但是,讓我們沿著演化史再往回走一步,來到所有的脊椎動物分成兩類—有頜與無頜脊椎動物—的時間點。你也許沒聽說過還有無頜脊椎動物;老實說,這一類生物後來活得不太好,只有兩個科的動物避免了滅絕的厄運,活到了今天:七鰓鰻和盲鰻。這兩種動物長得都比較搞笑,牠們看起來像是努力要長成魚,但是好像不太合格,直到最近,人們一直都認為牠們並沒有適應性免疫系統

屬於無頷類的盲鰻,是韓國炒魚菜的原料。圖/WIKIPEDIA

也許牠們不需要:第一批有頜脊椎動物可能是掠食者,而掠食者往往會活得更久,後代更少,而且一般更注重質而不是量。同樣可以推斷,牠們在演化過程中對感染的抵抗力更強。鯊魚、人類、其他魚類以及所有有頜脊椎動物都有一個胸腺和脾臟,而且在各個物種裡無論是形狀還是功能看起來都比較類似,但是七鰓鰻和盲鰻就沒有。研究人員仔細檢查了無頜脊椎動物的基因組,發現牠們也沒有 T 細胞、B 細胞或者抗原受體的重組基因。但是問題在於,牠們實際上是有適應性免疫系統的—只是跟我們的不一樣而已。

這一點其實意義重大。我們以為我們的適應性免疫系統相當特殊,但是我們現在看到,適應性免疫系統在脊椎動物中似乎出現了兩次,而且是獨立演化出來的。

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這也許是一種經典的趨同演化(convergent evolution):正如鳥類和蝙蝠各自以不同的方式演化出了翅膀,無頜脊椎動物使用一種和我們一樣的隨機重排機制,來增加抗原受體基因的多樣性,但是牠們使用的是跟我們這些有頜脊椎動物完全不同的一套基因,這種重排機制使用的是不同的酶,做著完全不同的事情。同樣地,牠們的淋巴球類型跟我們的也不一樣。不過,牠們的免疫系統看起來跟我們的一樣有效。

——本文摘自《我們為什麼還沒有死掉?》,2020 年 9 月,麥田出版

麥田出版_96
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1992,麥田裡播下了種籽…… 耕耘多年,麥田在摸索中成長,然後努力使自己成為一個以人文精神為主軸的出版體。從第一本文學小說到人文、歷史、軍事、生活。麥田繼續生存、繼續成長,希圖得到眾多讀者對麥田出版的堅持認同,並成為讀者閱讀生活裡的一個重要部分。

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1900 萬年前,鯊鯊神秘大滅絕事件?!
寒波_96
・2021/06/29 ・2792字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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鯊魚的歷史超過 4 億年,可謂非常資深的生物,經歷過好幾次「大滅絕」。我們知道,距今 6600 萬年前導致恐龍消失的大滅絕,帶走了當時 30% 以上的鯊魚。

但是最近新發表的論文更報告,1900 萬年前還有一次之前不知道的事件,使得超過 90% 鯊魚消失,也損失 70% 的型態多樣性。

這麼重大的鯊魚滅絕事件,之前我們竟然毫無所悉,對原因也毫無頭緒?

鯊鯊!圖/envato elements

盾鱗與牙齒,判斷魚類數量和物種

研究古生物的物種、多樣性、增減幅度,相當困難。

如今大部分魚類屬於輻鰭魚(ray-finned fish),去世後最容易成為化石的部位是牙齒;不過鯊魚、鰩魚(例如魟魚)這些屬於板鰓亞綱(elasmobranchii)的魚類,留下牙齒的機率很低,較容易保存的,是皮膚上特化的鱗片「盾鱗(denticle)」。

分析海洋沉積物中,魚類的牙齒、盾鱗的數量和種類,便能判斷海中魚類的數目與物種。

新研究的材料來自2次深海鑽探取得的樣本,分別位於北太平洋與南太平洋,能推論古代大洋的生態狀況。(盾鱗總共 1263 個——北太平洋 465 個、南太平洋 798 個)

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魚類的盾鱗與牙齒。圖/取自 [論文作者 Elizabeth Sibert 介紹影片]

1900 萬年前,鯊魚幾乎不見了!

地質年代上,白堊紀始於 1.45 億年前,延續到大約 6600 萬年前;隨後是到 2300 萬年前結束的古近紀(Paleogene),再來是到 260 萬年前為止的新近纪(Neogene),而其中 533 – 2300 萬年前稱作中新世(Miocene) 。

白堊紀末期的大滅絕,消滅了許多生物,卻創造了輻鰭魚崛起的空間。白堊紀的時候,牙齒和盾鱗的比例約為1比1,整個古近紀到中新世的前 400 萬年,牙齒和盾鱗為5比1,比例能讓我們看出一些端倪。

但是 1900 萬年之後狀況非常不一樣,牙齒盾鱗比變成 100 比 1!即使牙齒和盾鱗的比例,未必直接等於鯊魚和輻鰭魚的數量,也能判斷:

距今 1900 萬年過後,大洋中鯊魚的數量減少很多。和之前相比,在此之後少掉超過 90% 的鯊魚。

鯊魚的盾鱗型態種類,在不同年代的分佈。1900 萬年前過後大幅減少,現在只剩下 20%。圖/取自 [參考資料 1]

不同鯊魚,盾鱗的型態有別,因此可以用盾鱗的型態代表鯊魚的多樣性。

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研究者總共定義出 88 種盾鱗型態,1900 萬年前之後,高達 70% 消失。而且在此之後,不再有任何一種新型態誕生。和當時相比,現存的鯊魚僅存 20% 多樣性。

這次鯊魚大滅絕,很可能是史上規模最大的鯊鯊滅團事件。作為對照,6600 萬年前廣為人知的白堊紀末期大滅絕,消滅當時 30 到 40% 的鯊魚,比例竟然只有 1900 萬年前的一半而已。

鯊魚的兩大類盾鱗,線形和幾何形盾鱗。圖/取自 [參考資料 1]

線形盾鱗和幾何形盾鱗

鯊魚的盾鱗可分為兩大類,線形(linear)和幾何形(geometric)。

現生的鯊魚絕大部分配備線形盾鱗,它比較適合長距離游泳。現代鯊魚共有 18 款線形盾鱗,和全盛時期的 53 款相比,剩下 34%。

線形盾鱗。圖/取自 [參考資料 1]

配備幾何形盾鱗的現生鯊魚非常稀有,主要見於住在深海,小型的伏擊型鯊魚,例如雪茄達摩鯊(Isistius brasiliensis)、佩里烏鯊(Etmopterus perryi)。

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根據新研究的分類,世界上曾經有過 33 款幾何形盾鱗,但現在只剩下 6 款,僅存 18%。鯊鯊大滅絕事件之前,幾何形盾鱗有 35% 的相對存在感,之後慘跌到 3%。

由此看來,不論線形或幾何形盾鱗,在距今 1900 萬年過後都損失慘重,但是配備幾何形盾鱗的鯊魚,打擊更加慘烈。

幾何形盾鱗。圖/取自 [參考資料 1]

鯊魚全面滅團的未解之謎

距今 1900 萬年前的鯊魚大滅絕,影響範圍應該遍及全球,不過遠洋海域的損失似乎較大。在此之後,鯊魚的多樣性再也沒有恢復。

論文指出,根據目前有限的資料判斷,如此劇烈的命運動盪或許只發生在短短的 10 萬年內。

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最不得其解的是,鯊魚全族的滅絕事件如此明確,我們卻對它為什麼發生毫無頭緒。

佩里烏鯊(Etmopterus perryi)的體型非常迷你,配備幾何形盾鱗。圖/取自 wiki

地質史上發生過很多次生物大滅絕或小滅絕,以及更多次的劇烈氣候變遷;可是在 1900 萬年前那個時候,海洋化學紀錄和氣候都沒有明顯的變化,似乎也沒有其他動物大量滅團。

影響較大的已知事件,各發生在之前與之後的數百萬年,都和 1900 萬年前的鯊魚大滅絕沒有直接關係。先發生的是早 400 萬年,距今 2300 萬年的古近紀、新近紀轉換期(Paleogene-Neogene boundary);之後是晚 500 萬年,距今 1400 萬年的中新世中期滅絕事件(Middle Miocene disruption)。

當時海洋中一定發生過什麼我們還不知道的事,才導致幾乎所有鯊魚同時消失,而且再也沒有恢復;也可以肯定 100% 和智人沒有關係。

但是最近的鯊魚滅絕,和智人的直接獵捕、漁業、海洋汙染顯然關係不小。一項研究統計,公元 1970 到 2018 年間,鯊魚減少了 71% 之多。很有可能,鯊鯊再度面臨 1900 萬年未有之大變局。

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1900 萬年後的現在,鯊鯊們是否正在面臨另一次大滅絕?

論文作者 Elizabeth Sibert 介紹影片:

延伸閱讀

參考資料

  1. Sibert, E. C., & Rubin, L. D. (2021). An early Miocene extinction in pelagic sharks. Science, 372(6546), 1105-1107.
  2. Elizabeth Sibert 推特
  3. When sharks nearly disappeared
  4. A shark mystery millions of years in the making

本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁

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寒波_96
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生命科學碩士、文學與電影愛好者、戳樂黨員,主要興趣為演化,希望把好東西介紹給大家。部落格《盲眼的尼安德塔石器匠》、同名粉絲團《盲眼的尼安德塔石器匠》。