男性們請小心，攝護腺肥大總有一天等到你！

• 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？

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。

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：

• 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

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？

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。

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？

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?

（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）或。

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。

• 作者／照護線上編輯部
• 本文轉載自 Care Online 照護線上《攝護腺肥大要及早治療，泌尿專科醫師分析解說》，歡迎喜歡這篇文章的朋友訂閱支持 Care Online 喔
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提問：請問什麼是攝護腺肥大？

蔡承翰醫師：攝護腺是男性所特有的器官，位於膀胱與尿道之間，隨著年齡增長，或是男性荷爾蒙的刺激，攝護腺會逐漸增大，根據統計，在 50 歲以上，大約有 50% 的男性，有攝護腺肥大的問題，隨著年紀的增加，攝護腺肥大的比率也會越來越高。

提問：請問攝護腺肥大會有哪些症狀？

許自翔醫師：攝護腺肥大的病人，可能因為所造成的阻塞，解小便的情況，會變得比較細、比較慢，需要額外出力才可以把小便解出來，解小便一開始可能會等比較久，才會解尿出來，而且解的過程當中，可能會有斷斷續續、滴滴答答的情況，長期阻塞的症狀，也有可能會導致病人變得比較頻尿、急尿，甚至會伴隨急迫尿失禁，晚上有可能因為這樣，會需要起來數次的上廁所。

提問：請問攝護腺肥大該如何治療？

蔡承翰醫師：如果是輕微的攝護腺肥大，通常藥物治療就能夠有良好的效果，藥物作用的機轉，主要是放鬆我們的攝護腺，讓尿液可以順利的解出，但是攝護腺，隨著日益增大，可能會造成解尿困難的症狀，較嚴重的攝護腺肥大，可能會有尿滯留的情況，而尿滯留可能進一步會導致感染，或是膀胱結石的生成，造成血尿，更加嚴重的攝護腺肥大，所造成的尿滯留，甚至會造成尿液的逆流，影響到腎臟的功能，這些都是不可逆的傷害，如果有這些症狀的時候，可能就會考慮利用手術進行治療。

提問：請問手術的方式有哪些？

許自翔醫師：手術處理主要是移除攝護腺肥大造成阻塞的腺體，過往是以雙極電刀，或是雷射的方式處理，手術進行的方式，主要是切割氣化，或是使用剜除的方式，來移除肥大的腺體，不過手術都有可能會伴隨一些併發症，剛手術完可能會有血尿、尿路感染，或是解尿疼痛的情況，手術過程因為有一些跟勃起功能相關的神經，在攝護腺的周遭，所以手術完少數病人，可能會有勃起功能的問題，可能會覺得硬度沒有過往這麼好，也因為有傷口的關係，在術後的幾個月傷口恢復的過程，也有可能會造成尿道，或是膀胱頸的狹窄。

提問：如果患者擔心會出現逆行性射精，或影響勃起功能，可以有什麼樣的選擇？

蔡承翰醫師：傳統在治療攝護腺的手術，不管是使用刮除，或是使用雷射剜除，因為會有熱能的傷害，會導致術後會出現勃起功能不良，或是逆行性射精的問題，而近年來有新發展出攝護腺的拉開術，它是用不同的原理，我們的攝護腺其實就像是窗簾一樣，它擋住了尿液流出體外，利用攝護腺的拉開術，就是在攝護腺內植入 4 到 5 個小小的植入物，就如同把窗簾拉開一般，讓尿液可以順利的流出，利用這種方式，就可以保留病人的性功能。

提問：請問哪些患者可以考慮攝護腺拉開術？

許自翔醫師：攝護腺拉開術主要優勢是術後恢復很快、手術時間短，採用舒眠麻醉就可以進行，術後也不會有太常血尿的情況，術後的尿管置放，通常都是在一天以內就可以移除，所以特別適合兩種病人，一種是在意性功能，需要術後可以立刻恢復日常生活，回到工作崗位的病人，或者是在意藥物帶來的副作用，或是之前使用藥物，曾經有不好副作用的經驗的病人，第二種就是年紀很大的病人，他的手術或是麻醉的風險比較高，或是他原本就有在使用抗凝血藥，或是抗血小板的藥物，不過攝護腺拉開術如果要進行，也是需要術前先進行評估，攝護腺如果太大，或是形狀不是很理想的病人，可能還是會建議使用其他的方法做治療。

提問：如果沒有治療攝護腺肥大，對膀胱會造成哪些影響？

蔡承翰醫師：攝護腺肥大對膀胱的影響，主要是長期的尿滯留，導致膀胱結石形成，甚至會有血尿等症狀，除此之外，長期的攝護腺肥大，會導致解尿時會過度用力，久而久之，膀胱可能會有小樑化，或是膀胱憩室的形成，這些膀胱的變化，通常是不可逆的，不管是吃藥或是接受手術之後，可能都無法完全的恢復，因此建議有症狀，應該要及早進行治療。

提問：請問臨床上會如何評估，攝護腺肥大的嚴重程度？

許自翔醫師：攝護腺肥大相關的解尿症狀，在臨床上第一步會請病人填寫 IPSS 的問卷，裡面主要有七項排尿相關的症狀，有四項是排尿的症狀，分別是解尿覺得有解不乾淨的感覺，解尿比較慢、斷斷續續，或是要等很久才能開始解尿，另外三項是儲存尿液相關的症狀，分別是頻尿、尿急，以及夜尿的情況，這個問卷還有一部分是請你自己評估，這些解尿症狀對你日常生活的影響程度，除了問卷之外，我們在門診常做的檢查，還有攝護腺的肛門指診、尿流速檢查，以及排空後的餘尿，抽血可以看攝護腺癌症抗原指數，有沒有過高的情況，以及安排超音波評估攝護腺的大小，以及膀胱有沒有特別，其他憩室的這種情形，如果有這些解尿相關的症狀，一定要記得，到泌尿科的門診就診，平時如果在家有相關的症狀，也可以使用 IPSS 問卷，來評估自己的嚴重程度。

蔡承翰醫師：攝護腺肥大是一個應該要正視的問題，一旦造成膀胱跟腎臟損傷，往往是不可逆的，因此我們應該要正視攝護腺肥大的問題，要及早檢查膀胱的健康，選擇最適當的治療。

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60 多歲的李先生有頻尿、夜尿、解尿不順的狀況，原本以為是良性攝護腺肥大，但在就醫之後，才發現竟然是攝護腺癌，而且切片檢查的結果顯示患者屬於高惡性度攝護腺癌。台中慈濟醫院泌尿科顧問裘坤元醫師指出，接受荷爾蒙治療一段時間後，攝護腺癌細胞便出現去勢抗性，而改用化學治療。

大約一年半後，患者的攝護腺癌已轉移至骨骼、肝臟、肺臟。裘坤元醫師說，因為基因檢測的結果顯示患者具有 BRCA 基因突變，於是開始使用口服 PARP 抑制劑標靶藥物。在 PARP 抑制劑標靶藥物的治療下，攝護腺特定抗原 PSA 指數有下降的趨勢，而且骨頭疼痛也大幅改善。

「早期的攝護腺癌沒有症狀！」裘坤元醫師指出，「在台灣，有一半的患者在診斷攝護腺癌的時候就已經是比較晚期的狀況，甚至有三成以上已經轉移到骨頭。」

攝護腺癌可能造成頻尿、夜尿、解尿困難等症狀，患者會誤以為是良性攝護腺肥大，而延誤就醫。裘坤元醫師說，攝護腺癌容易轉移至骨骼、淋巴結，可能造成骨骼疼痛。

針對轉移性攝護腺癌必須使用全身性治療，裘坤元醫師說，首先是使用荷爾蒙治療，因為男性荷爾蒙會刺激攝護腺癌生長，所以會利用藥物將男性荷爾蒙降到最低濃度，稱為去勢性治療。

荷爾蒙治療能夠有效抑制攝護腺癌生長，讓患者的病情得到控制，但是在經過 2 至 3 年的荷爾蒙治療後，攝護腺癌可能出現去勢抗性。裘坤元醫師說，「我常常跟患者解釋，把攝護腺癌比喻成壞人，壞人本來需要吃飯才能夠做壞事。荷爾蒙治療就像是讓壞人沒飯吃，壞人就沒辦法做壞事。但是壞人也會漸漸進化，可能改吃別的東西，甚至不用吃東西也可以做壞事。」

攝護腺癌出現去勢抗性後，病情便會持續惡化，可能轉移至肺臟、肝臟等重要器官，而危及性命。裘坤元醫師說，因此若發現病情有變化，就須調整治療策略。

隨著精準醫療的發展，標靶治療已被運用於治療去勢抗性攝護腺癌。裘坤元醫師說，經過基因檢測，如果患者具有 BRCA 基因突變，可使用口服 PARP 抑制劑標靶藥物，而且能夠申請健保給付。

研究顯示，相較於沒有 BRCA 基因突變的患者，具有 BRCA 基因突變的患者，病程進展較快，且對傳統治療的反應較差，預後較差。利用 PARP 抑制劑標靶藥物，有助提升治療成效。

PARP 抑制劑標靶藥物能夠有效延緩疾病惡化，延長存活期。相較於化學治療，副作用較少，有助維持生活品質，且採用口服，便利性高，能夠提升患者的治療順從度。

「在過去，當患者進展為轉移性去勢抗性攝護腺癌的時候，平均存活期大概是 1 年左右。」裘坤元醫師說，「使用 PARP 抑制劑標靶藥物能夠顯著延長存活期，我們曾經有患者使用到 26 個月。」

接受 PARP 抑制劑標靶藥物治療後，患者可能有貧血的狀況，請務必按時回診追蹤檢查。

「對患者而言，PARP 抑制劑標靶藥物能通過健保給付，是令人振奮的好消息。」裘坤元醫師說，「轉移性去勢抗性攝護腺癌患者可考慮接受基因檢測，若具有 BRCA 基因突變，便可申請用藥。」

筆記重點整理

1. 早期攝護腺癌沒有症狀，確定診斷時大多已經比較晚期。具有家族病史的男性，可以從 45 歲開始每年抽血檢測攝護腺特定抗原 PSA 指數，幫助早期發現攝護腺癌。
2. 針對轉移性攝護腺癌必須使用全身性治療，首先是使用荷爾蒙治療，利用藥物讓男性荷爾蒙降到最低濃度，稱為去勢性治療。
3. 荷爾蒙治療能夠有效抑制攝護腺癌生長，讓患者的病情得到控制，但是在經過 2 至 3 年的荷爾蒙治療後，攝護腺癌可能出現去勢抗性。
4. 經過基因檢測，如果去勢抗性攝護腺癌患者具有 BRCA 基因突變，可使用 PARP 抑制劑標靶藥物，目前已能向健保申請給付。
5. PARP 抑制劑標靶藥物能夠有效延緩疾病惡化，延長存活期。相較於化學治療，副作用較少，有助維持生活品質，且採用口服，便利性高，能夠提升患者的治療順從度。

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