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人與北極熊的致命衝突,為極地寫下歷史—《那些異國玩意兒》

新樂園_96
・2017/01/17 ・3979字 ・閱讀時間約 8 分鐘 ・SR值 508 ・六年級

  • 【科科愛看書之本月選書】你還記得你第一次看到一個新事物的驚奇嗎?時光回到那個還沒有網路、手機、電腦、飛機,國際交通運輸還不是很方便的年代,你好不容易踏上一個新的土地,看到的所有人、事、物都讓你驚訝不已。第一次看到長頸鹿、河馬、鴨嘴獸、熊貓,第一次吃到鳳梨、椰子、咖啡,還發現了不同民族的紋身、嚼檳榔、海女等文化,這些新的刺激讓你大呼世界真的非常奇妙。在《那些異國玩意兒》這本書中,帶你回到最初,找回發現新事物的好奇心與感動。
北極的山地。圖/duncan c @ Flickr
北極的山地。圖/duncan c @ Flickr

生機盎然的北極

北極地區氣候嚴寒且充滿危險,前往此地探險困難重重。十五世紀末期,有人打算開拓西北航道,當時約翰.卡博特(John Cabot)試著尋找穿越大西洋與北極海,然後連結到太平洋的航道。然而,北極地區被厚厚的冰層封住,這位早期探險家只能在加拿大的紐芬蘭飲恨止步。到了十九世紀,船隻更為堅固與科技更先進,人們便再度展開尋找西北航道的計畫。當時許多人都想成為首位抵達北極的探險家,競爭激烈,更讓民眾對於未知的北極充滿幻想。

萊斯利教授、詹姆森教授與休.莫瑞的《極地海域與地區的發現與冒險》一書中記載他們對北極自然景緻的想像,內容精彩迷人:

每回想到北方,總覺得那是不毛之地,荒涼晦暗、寒風刺骨,不適合生物居住,對維繫生命之物亦極為不利。我們原本以為北極動物應該很稀少,就算有也只是小型動物,而且只有發育不良的矮小生物會散落於北極的寂寥海岸。我們甚至認為,任何活物若想踏進這片荒蕪之地,應該會先昏厥而後死亡。

然而,北極大地蘊含的生命力遠超乎人類想像,它富含無窮的資源。大自然讓此地的裸露岩石與嚴寒冰洋蘊育了各種生命,都是熱帶和煦暖陽下罕見的活物。

挪威極地探險家羅爾德.阿蒙森(Roald Amundsen)在 1906 年成了首位穿越西北航道的人。美國極地探險家羅伯特.皮里(Robert Peary)則據稱在 1909 年成功抵達北極,但現代專家認為,皮里的紀錄自相矛盾,可從中判斷他沒有到達地理上真正的北極點。因此,史上第一位抵達北極點的探險家,應該是 1926 年的羅爾德.阿蒙森。

極地的大白熊

准將菲普斯(Commodore Phipps)在其 1788 年出版的《陛下諭令前往北極探險之航海誌》(Journal of a Voyage undertaken by order of His Present Majesty for making discoveries towards the North Pole (1788))中記載了首位歐洲人看到北極熊的經驗,內容極為有趣:

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《陛下諭令前往北極探險之航海誌》(Journal of a Voyage undertaken by order of His Present Majesty for making discoveries towards the North Pole (1788))
《陛下諭令前往北極探險之航海誌》(Journal of a Voyage undertaken by order of His Present Majesty for making discoveries towards the North Pole (1788))

東邊為莫分島[1](Muffin’s Island)。我們量了海水深度,發現水深 45 英尋。島上都是岩石,路德維希船長派人搭長舟去檢視沿岸,或者上岸察看。這個島嶼大約一英里長,極為低矮,遠望時猶如一個小黑點。島上多半是沙子與散落的石頭,幾乎沒有任何雜草,然而某些鳥類夏季時會在此產卵與撫育下一代。有雁、鴨、北極鷗、冰鳥、大海鳥(泛指信天翁之類的鳥)、海燕、名為羅格特(Rotger)的鳥,以及其他極地特有鳥種。鳥蛋數量極多,在地面上疊了厚厚一層,上岸觀察的人行走時,鞋子幾乎是埋在蛋群裡面。

有十個人由英勇的軍官巴茲(Buz)帶頭,搭船沿著岸邊巡視海島。他們抵達岸邊之後,有兩隻白熊朝他們而去,一隻在冰塊上,另一隻在水裡。巴茲少校(那是他出航時的頭銜)長得猶如法爾斯塔夫[2](Falstaff),彷彿一杯薩克酒(Sack)下肚,就會變得大膽無比,宣稱殺熊就跟打蚊子沒兩樣。他看見這兩隻熊快速逼近(游泳的那隻更為迅速),便下令在熊離他們仍有一段距離時就開火,因為他認為若與熊近距離搏鬥,可能會有隊員受傷,這樣就不明智。

北極熊。圖/flickrfavorites @ Flickr
北極熊。圖/flickrfavorites @ Flickr

所有人都拿滑膛槍對準熊,有些人遵照命令開火,但大部分的人只有隨便敷衍,假裝開火後受到反作用力而後退,藉此保留子彈備用。後來,巴茲少校挺著大肚子,跟在屬下後頭上岸,步履蹣跚地行走,走得上氣不接下氣。這時,游泳而來的白熊已經上岸,眼看他就要成為第一個死於熊爪下的犧牲品。少校嚇得毛髮聳立,往後一看,發現熊已經逼近他,並且用鼻子在空中嗅來嗅去,不時發出呼哧聲。他知道熊在嗅他的味道,但已喘不過氣來呼喊部屬,要他們停下來拯救他。在這個萬分緊張的時刻,少校的槍竟然沒拿穩,掉落在地上。當他彎腰拾槍時,不小心拌到雁巢而摔跤,大肚子壓上了巢穴,幾乎悶死正在孵蛋的母鳥。

俗話說:「禍不單行。」少校還沒來得及爬起來,生氣的公雁便飛過去拯救即將被悶死的心愛嬌妻。牠朝著少校的眼睛啄去,結果沒瞄準,啄到他的鼻子。情況愈來愈危險、愈來愈緊急,白熊已逼近,公雁又準備再度襲擊,其他沒有跑遠的人這時也發現隊長身處險境。少校看到部屬回頭來救他極為高興,卻又因為被熊追逐而驚恐,忘了頭頂還有隻公雁要攻擊他,幸好有個人瞄準了牠開槍,公雁便死在少校腳邊。

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少校看到有一個敵人陣亡,精神為之一振,便拾起槍四處張望,準備對付第二個敵人。此時,白熊距離他不到十碼,開始低聲咆哮,少校立即嚇得屁滾尿流,而且褲頭又掉了,整個人向後倒,還好沒有妨礙部屬們的行動。在兵荒馬亂之中,少校(對於這麼英勇的人,我們不能說他被嚇到)將褲扣弄好,卻忍不住拉了一褲子屎。隊員立即用槍射倒白熊,接著身為領袖的少校便該大展身手了。他看到可憐的白熊躺在地上掙扎,發出死前哀嚎,猶如被關在圍欄待死的公羊,於是拿起長矛,先向後退了幾步,以便增強攻擊力道,然後向前跑了九大步,像憤怒的公牛一樣使出最大的力道,狠勁十足的將長矛刺進垂死白熊的肚子,深度達四英尺之深。

這塊冰原上有許多白熊,有些太靠近我們的船,用短槍就能射死牠們了。熊肉非常好吃,世上買不到比這更為可口的肉了,捕鯨船上的人認為熊肉跟牛肉一樣美味。許多白熊比最大隻的公牛更壯碩。白熊身體的許多部位可防彈,用火槍無法擊斃牠們,除非能夠擊中牠們的胸膛或側腹。某些被殺死的白熊重達七百到八百磅。據說某隻曾在莫分島擊敗水手的大白熊,體重至少超過一千磅。牠確實是一隻龐然怪獸!

到了十九世紀,極地探險家又提供了資訊,讓大眾更了解北極熊。《四足動物通史》(A General History of Quadrupeds (1800))記載了下列軼事:

北極熊愛護幼獸,但也兇猛無比。數年前,有一艘隸屬捕鯨船的小船上,某船員近距離射傷了一隻北極熊。那隻熊立即發出最恐怖的吼叫聲,然後沿著冰塊朝船奔去。熊還沒碰到船,船員又開了第二槍,子彈擊中了牠。然而,熊因此更加憤怒,立即跳入海,遊向那艘小船。

當牠的前肢攀到船舷上緣、試圖爬上船時,一名船員拿起斧頭,切掉船舷的上緣,讓熊徒勞無功。可是,那隻北極熊不死心,依舊追逐著,直到他們登上捕鯨船。後來,船上的人又朝北極熊開了幾槍,射中了牠。但負傷的北極熊一游近捕鯨船,便又立刻攀上甲板,四處追逐船員,眾人嚇得紛紛躲避,直到某個人又開了一槍,熊才被擊斃。

「北極熊愛護幼獸,但也兇猛無比。」圖/Karilop311 @ Flickr
「北極熊愛護幼獸,但也兇猛無比。」圖/Karilop311 @ Flickr

當然,讀者會想知道北極熊的肉吃起來口感如何?牠的身體器官有什麼功用?這本書確實沒讓人失望,它接著指出:

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北極熊的肉是白色的,味道像羊肉。牠的脂肪溶化後可用來當列車油,熊掌則可當作藥材。

萊斯利(Leslie)教授、詹姆森(Jameson)教授與休.莫瑞(Hugh Murray)在《極地海域與地區的發現與冒險》(Discovery and Adventure in the Polar Seas and Regions (1844))一書中,有一段關於北極熊的精彩描述:

岩石洞穴或冰塊凹洞居住著最強大的北極四足動物,人稱格陵蘭或北極熊。這種生活於北極懸崖與冰雪之地的猛獸兼具獅子的力量與鬣狗的兇猛,根本難以馴服。牠們長滿蓬鬆的白色柔軟長毛,身上有大量脂肪,足以克服北極的寒冬。北極熊被帶到英國之後,會受不了炎熱的氣候。潘能特曾在極地以外地看過一隻北極熊,豢養牠的人們必須替牠淋上大桶的水以消暑。詹姆森教授也養過幾年北極熊,愛丁堡的夏季酷熱無比,那隻熊應該吃了不少苦頭。

極地歷史是由前人與北極熊的致命衝突譜寫而成的。1596 年,當巴倫支與亨斯科克發現東北航道時,船員率先與北極熊發生衝突,釀成最慘烈的悲劇。

他們的船在威格茲海峽附近的一個島嶼拋錨後,兩名水手便下船,沿著岸邊散步。其中一人感覺有人從後頭抱住他,誤以為同伴在開他玩笑,便以戲謔的口吻說道:「是誰啊?別動。」他的同伴一看,驚叫:「有熊!有熊!」立刻拔腿朝著船狂奔,同時大聲呼喊其他船員。後來水手們拿著長矛與火槍跑回現場,他們一接近北極熊,牠便冷靜地放下被牠撕裂的屍身,立即撲向另一位水手,抓住他,以利齒咬穿他的身體,隨即大口吞飲鮮血。

註解:

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  • [1] 編註:位於格陵蘭東北的方斯瓦巴群島。
  • [2] 譯註:莎士比亞筆下的肥胖騎士。

《那些異國玩意兒》書封。

 

本文摘自《那些異國玩意兒:大航海時代探索世界的第一手記事》新樂園出版。本書為泛科學2017 年 1 月選書

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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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你知道嗎?這些動物的求偶行為不只很怪,還很可愛!——《怪奇事物所2》
時報出版_96
・2022/01/28 ・2841字 ・閱讀時間約 5 分鐘

  • 作者/怪奇事物所|Incrediville

編按:泛科學的好夥伴怪奇事物所出第二本書啦!這次,我們收錄了五個與動物求偶行為有關的內容,快跟著怪奇事物所一起認識這很怪但也很可愛的世界吧!

母鬣狗的〇〇比公鬣狗還要大

圖/《怪奇事物所2》

雄鬣狗可以說是自然界裡,最有資格靠夭男人真命苦的動物了──在牠們的母系社會中,男生豈止下賤,那個身分地位真叫連狗都不如(鬣狗在分類上與貓科動物關係更近,真的不是狗)。

鬣狗的族長皆由最能打的雌鬣狗擔任,這位最強最惡的女王,又稱「阿爾法雌性」,而且在鬣狗社會,不只女王本人高高在上,任何雌性的地位,也都比雄性還要尊貴,連最低階的雌性都能壓過最高階的雄性。

為了貫徹這種雌性浪漫,雌鬣狗甚至演化出一種很屌的武器,就是在兩腿間直接長出一條「偽陰莖」:雌鬣狗在成長時,陰蒂會不斷延伸成長條狀,最長可達18cm,看起來就跟真的一樣棒。

每次交配前,雌鬣狗都得先把假陰莖往內收(大概像穿襪子前先翻一下的那種收法),雄鬣狗才算是獲得許可,得以長驅直入,雌性也就能完全掌握交配主導權了。此外這種假陰莖,還附帶社交作用──因為勃起的陰莖,在鬣狗社會是一種軟弱的象徵,所以當低階雌性想討好上面的大人物時,也會將陰莖勃起表達自己的順從。

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也因為鬣狗使用陰莖的方式如此前衛,自古以來常被誤會是同性性行為,而飽受衛道人士抨擊,雖說如今看似還了鬣狗一個公道,不過這種女生都有大○○的設定,根本比同性戀還要刺激啊?

#古人真是太缺乏想像力了

80% 的公海豹一輩子都是處男,但剩下 20% 一生會和 250 頭母海豹交配

圖/《怪奇事物所2》

動物的求偶競爭,其實比你想像的更慘烈更無情。所以即使扣掉螞蟻蜜蜂這些習性特殊、只有權貴階級有生育能力的社會性動物,自然界還是存在不少可撥仔終身無法脫處。

比如象鼻海豹正是一個血淋淋的例子。

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研究發現,雌性象鼻海豹只收菁英,絕不接受垃圾,擇偶條件開得非常嚴格──唯有那些最精銳、最能打的雄海豹,才可獲得牠們青睞、受邀繁衍下一代。

相對的,雄海豹一旦當上菁英,從此就能縱橫情場,躋身大眾情人,被翻牌的頻率直逼歌舞伎町夜之帝王,一生約可和 250 頭雌海豹勾勾纏。

然而在所有的雄象鼻海豹中,這種豹生勝利組僅僅只占兩成,其他 80% 通通算是被選剩的孩子,等待牠們的結局,只有母胎單身一輩子。

雖然聽起來好像很可憐,但象鼻海豹約在 5 歲達到性成熟,而平均壽命其實不到 15 歲。換句話說,牠們保持處男的歲月,最多也就十年,根本連轉職魔導海豹的資格都沒有。

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從這個角度看,誰比較可憐還真的不好說啊 。

公獵豹光靠喵喵叫,就能讓母豹排卵喔!

圖/《怪奇事物所2》

一般來說,雌性動物的排卵機制分成兩種:一種是「自發性」,會在固定時間規律排卵;一種是「誘導性」,要透過特殊刺激,特別像是交配等外力影響才會排卵。

例如公貓生殖器上長滿的倒刺,就是為了在交配時刺激母貓排卵(這超痛)。另外雖然有些人聲稱看到帥哥會大排卵,但人類女性可是道道地地的排卵靠自發,所以妳家姨媽才會每個月固定來打卡。

至於今天要說的獵豹,雖然也是一種大貓,但過去一直沒人知道牠們究竟什麼時候排卵,既沒有固定週期,也不是在交配中被喚起,難道只有感覺對了才可以?

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後來終於有科學家注意到,每當公獵豹發出一種奇異的喵喵叫,周圍母豹就有很高的機會在未來幾天受孕,才進一步發現,這是因為在聽到這種愛的呼喚後,母豹體內和發情或排卵有關連的性賀爾蒙──例如動情激素、黃體素助孕酮都會立刻噴發,從而刺激母豹排卵。

像這樣靠聲控啟動的繁殖機制,在哺乳動物中可是非常非常罕見,我想,這也是少數經過科學認證的──能讓人懷孕的好聲音。

越帥的小鳥越容易被吃掉喔

圖/《怪奇事物所2》

帥有什麼用?帥能吃嗎?這題的答案,其實要看你是什麼動物──如果你是隻小鳥的話,長得帥,還真的會讓你更好吃!

這要說到澳洲有一種青春小鳥,叫華麗細尾鷯鶯,每當發情警報響起時,雄鷯鶯的羽毛,都會由鐵鏽灰轉成小發財藍,目的當然是用力帥他一波好吸引雌鳥青睞。

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但耍帥往往是要付出代價的,因為藍色在自然界非常顯眼,所以變了色的雄鳥,就像漆黑中的螢火蟲一樣,是那麼樣的鮮明,那麼樣的出眾,連帶提高了被掠食者盯上的風險。

因此科學家發現,這些拉風的雄鳥,不但會花費更多時間警戒周遭環境,遇到任何風吹草動,都要搶先躲進龜仔坑,就算風頭過了也要拖到最後一刻才出來面對,美其名是愛惜羽毛,講難聽點就是貪生怕死。

更有趣的是,相較於安全感不夠的雄鳥,雌鳥(不會變色)心臟反而會變得更大顆,找掩護以及警戒的時間都會比求偶期前更短,顯然是看準天塌下來也有帥過頭的雄鳥頂著先。所以在求偶期間慘遭捕食的雄華麗細尾鷯鶯,也算是名副其實的把自己「帥死了」,更應證了什麼叫長得帥死得快。

所以我們也在此呼籲,謹記帥小鳥的教訓,大家一起長得醜活得久,謝謝。

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其實北極熊的腳非常臭喔

圖/《怪奇事物所2》

科學家發現,北極熊的腳是真的很臭。

許多動物都會利用氣味傳遞訊息,像熊族大多會透過摩擦樹木,留下牠們的體味。然而北極可沒有什麼樹,在白茫茫一片真乾淨的冰天雪地,除了幾道偶然的足跡,你很難再留下什麼東西。

好在北極熊的腳丫上,長著發達的汗腺及濃密的毛髮,那個積累的臭味,就連極地的寒風都會為之顫動,不論是北極寂寥的風中雪中或你的心中,北極熊走到哪,腳臭味就能留到哪。

此外,在收集了 200 多隻北極熊的腳臭後(噁),科學家還發現,公北極熊對發情母熊的腳臭,普遍有著更明顯的反應、看起來會更加興奮,可見想得到北極熊的芳心,一定要靠腳臭。而在這之後也有研究證實,野生公熊就是靠這薰人的腳氣,找到心儀的母熊。

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所以對北極熊來說,腳是真的要越臭,才越有可能找到另一半(或者說被找到),反觀人類老要擔心自己腳臭口臭狐臭放屁臭,會嚇到約會對象以後不聯絡,這看在北極熊眼裡,還真是挺奢侈的煩惱欸。

——本文摘自《怪奇事物所2:這世界不只很怪,還很可愛!》,2021 年 12 月,時報出版 。
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時報出版_96
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出版品包括文學、人文社科、商業、生活、科普、漫畫、趨勢、心理勵志等,活躍於書市中,累積出版品五千多種,獲得國內外專家讀者、各種獎項的肯定,打造出無數的暢銷傳奇及和重量級作者,在台灣引爆一波波的閱讀議題及風潮。

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地球日50週年:當暖化成為事實,減碳就成為義務!台灣氣候的現況與那些我們共享的未來
PanSci_96
・2020/04/22 ・2753字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 525 ・七年級

還記得是從什麼時候開始,北極熊開始成為「節能減碳」的代言人嗎?冷氣調高一度、隨手關燈、改用省電燈泡、下班關電腦、選購節能標章家電,總是有北極熊的事。

北極熊經常是節能海報的代言明星。圖/經濟部能源局

從一隻餓到見骨的北極熊開始⋯⋯

多年前,捱餓瘦弱、攀在海冰邊緣的北極熊被媒體報導出來,引起全世界的關注。近幾年來,北極熊甚至因為覓食困難,而發生被海水淹死或增加獵食同類的情況。

因為北極熊,人們開始注意到季節天氣異常、南北極長年冰凍的地方減少,以及島嶼國家將會因為海水上升而被淹沒等等消息。

瘦得只剩皮包骨的北極熊引起全世界的關注。圖/Andreas Weith

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節能減碳救地球

當暖化成為事實,減碳就成為必要!

經濟部自 2005 年起推動自願減量措施,和 11 個產業公/協會簽署「溫室氣體自願減量」協議,從鋼鐵、石化、 水泥、造紙、棉布印染、半導體、面板等產業開始努力減碳。

透過能源管理、汰換耗能的機器等方式,2008 年於是看到溫室氣體排放量出現了減緩的狀況。

台灣溫室氣體排放量趨勢。資料來源/行政院環保署

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其實,減碳上的成績不只來自於工業部門的努力。1996 年,台灣第一條捷運、也就是木柵線開放體驗搭乘時,台北捷運的營運長度是 10.5 公里。後來高雄捷運陸續開通,台北捷運的路線和總長度也持續增加。

20 年來,台灣的大眾運輸越來越發達,大家也早已習慣出門搭捷運或公車的生活。

2007 年台灣高鐵開通板橋-左營路線之後,打造台灣「一日生活圈」,整體交通運輸的溫室氣體排放量也呈現略微下降的趨勢。

時間來到 2020 年,微笑的公共自行車和引擎好安靜的電動車,也在大街小巷中頻繁地穿梭。

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1996 年捷運木柵線通車,台灣公共運輸漸漸邁向普及。圖/華視

怪東怪西當然要怪天氣

儘管大家已經養成出門搭捷運、隨手關燈、使用節能家電的習慣,但氣候變遷這件事情,似乎讓大家越來越有感⋯⋯2019 的冬天,保暖大衣一直宅在衣櫥裡,11 月之後甚至熱到要穿短袖;持續八個月的澳洲大火也燒得令人揪心,紛紛有民眾發起連署,要求政府承認氣候變遷的事實,並提出對應的措施。

根據中央氣象局資料,台灣 2015-2019 年的年均溫,三次創下歷史新高。

台灣的氣溫和降雨都變得怪異起來,對於產業、生活造成了嚴重威脅——農夫抓不準時間播種、該收成的時候卻無法收成,甚至交通事故、人的脾氣變差,都被研究證實與氣候變遷有關。

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1850 年至 2016 年 3 月的氣溫變化。圖/Ed Hawkins

減碳一公斤,比減重一公斤還重要

天氣已經怪到全球有感,「沒有未來,何必上課」瑞典小女孩葛莉塔 (Greta Thunberg)  發起「氣候罷課」(Fridays For Future) 行動。

2018 年 8 月開始,當時只有 16 歲的葛莉塔,每個星期五都罷課到瑞典國會外靜坐,要求政府承諾降低碳排量。

這項行動很快就擴散到全世界,成為全球年齡最低的社會運動。

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現在就是未來!減碳一公斤,比減重一公斤還重要。生活中,我們其實還有很多可以為地球降溫的方法。

  1. 參與公民電廠
    再生能源最大的特性就是「分散式發電」,人人都能投資再生能源,或是出租家裡的屋頂放置太陽能板。你也可以選擇參與公民電廠的運作,例如:綠主張綠電合作社明華社區電廠模式。

    陽光伏特家是太陽能全民電廠平台。圖/陽光伏特家
  2. 交通工具隨租隨還
    以租代買,免繳牌照稅和燃料税,目前 Wemo、go share、iRent 都提供電動機車租借服務。嗯?沒駕照?想要運動健身?那就選公共自行車吧!

    共享電動車讓沒車的人也有車騎。圖/Wemo scooter
  3. 物理性防曬幫建築降溫
    老師都會精神喊話:「心靜自然涼」,如果想要涼,其實只要利用百葉窗、竹簾、黑色網布或是盆栽,就能達到隔絕室外熱度的效果。試試看,你會覺得很有差!

    用植物幫房子防曬,就能降低室內溫度。圖/環境資訊中心

推薦書籍

  1. 《天氣之子》,台灣角川股份有限公司。
  2. 《大崩壞:人類社會的明天?》,時報文化出版企業股份有限公司。
  3. 《藏種於民:全球保種時代來臨!一顆種子,對抗極端氣候、基改風險,打造我們的永續餐桌》,果力文化。
  4. 《葛莉塔的呼籲:了解氣候變遷的科學、知識,採取正確行動!》(繪本),三采文化股份有限公司。

資料來源

  1. 中華民國經濟部—政府、產業協力 減碳成果看得見
  2. 行政院環保署—2019 年中華民國國家溫室氣體排放清冊報告
  3. 行政院環保署—溫室氣體排放統計
  4. 經濟部能源局—107 年度我國燃料燃燒 CO2 排放統計與分析
  5. 工業部門減量工作成果分享
  6. 運輸部門溫室氣體排放管制行動方案(草案)
  7. 全球平均溫度長期趨勢監測報告
  8. 地方政府運輸部門 CO2 排放量估算及趨勢分析
  9. 臺北大眾捷運股份有限公司—大事紀
  10. 台灣高鐵 環境永續—高速鐵路運輸服務碳足跡
  11. 5 大關鍵透徹解讀運輸碳排大戶!
  12. 公路運輸、鐵路和航空 哪個最耗能? 來看國內運輸能源消費數據
  13. 涼夏必備 夏日節能 30 招
  14. 「涼爽」 不能只靠吹風或降溫

 

本文轉載自台灣環境資訊協會,想了解更多請見:地球日50週年網站