電腦病毒首度公開亮相｜科學史上的今天：11/10

本文與 威力暘電子 合作，泛科學企劃執行。

想像一下，當你每天啟動汽車時，啟動的不再只是一台車，而是一百台電腦同步運作。但如果這些「電腦」突然集體當機，後果會有多嚴重？方向盤可能瞬間失靈，安全氣囊無法啟動，整台車就像失控的高科技廢鐵。這樣的「系統崩潰」風險並非誇張劇情，而是真實存在於你我日常的駕駛過程中。

今天，我們將深入探討汽車電子系統「逆天改運」的科學奧秘。究竟，汽車的「大腦」—電子控制單元（ECU），是如何從單一功能，暴增至上百個獨立系統？而全球頂尖的工程師們，又為何正傾盡全力，試圖將這些複雜的系統「砍掉重練」、整合優化？

第一顆「汽車大腦」的誕生

時間回到 1980 年代，當時的汽車工程師們面臨一項重要任務：如何把汽油引擎的每一滴燃油都壓榨出最大動力？「省油即省錢」是放諸四海皆準的道理。他們發現，關鍵其實潛藏在一個微小到幾乎難以察覺的瞬間：火星塞的點火時機，也就是「點火正時」。

如果能把點火的精準度控制在「兩毫秒」以內，這大約是你眨眼時間的百分之一到千分之一！引擎效率就能提升整整一成！這不僅意味著車子開起來更順暢，還能直接省下一成的油耗。那麼，要如何跨過這道門檻？答案就是：「電腦」的加入！

工程師們引入了「微控制器」（Microcontroller），你可以把它想像成一顆專注於特定任務的迷你電腦晶片。它能即時讀取引擎轉速、進氣壓力、油門深度、甚至異常爆震等各種感測器的訊號。透過內建的演算法，在千分之一秒、甚至微秒等級的時間內，精準計算出最佳的點火角度，並立刻執行。

從此，引擎的性能表現大躍進，油耗也更漂亮。這正是汽車電子控制單元（ECU）的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」（Engine Control Unit）。

ECU 的失控暴增與甜蜜的負荷

第一顆 ECU 的成功，在 1980 年代後期點燃了工程師們的想像：「這 ECU 這麼好用，其他地方是不是也能用？」於是，ECU 的應用範圍不再僅限於點火，燃油噴射量、怠速穩定性、變速箱換檔平順度、ABS 防鎖死煞車，甚至安全氣囊的引爆時機……各種功能都交給專屬的 ECU 負責 。

然而，問題來了：這麼多「小電腦」，它們之間該如何有效溝通？

為了解決這個問題，1986 年，德國的博世（Bosch）公司推出了一項劃時代的發明：控制器區域網路（CAN Bus）。你可以將它想像成一條專為 ECU 打造的「神經網路」。各個 ECU 只需連接到這條共用的線路上，就能將訊息「廣播」給其他單元。

更重要的是，CAN Bus 還具備「優先通行」機制。例如，煞車指令或安全氣囊引爆訊號這類攸關人命的重要訊息，絕對能搶先通過，避免因資訊堵塞而延誤。儘管 CAN Bus 解決了 ECU 之間的溝通問題，但每顆 ECU 依然需要獨立的電源線、接地線，並連接各種感測器和致動器。結果就是，一輛汽車的電線總長度可能達到 2 到 4 公里，總重量更高達 50 到 60 公斤，等同於憑空多載了一位乘客的重量。

另一方面，大量的 ECU 與錯綜複雜的線路，也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。更別提這些密密麻麻的線束，簡直是設計師和維修技師的惡夢。要檢修這些電子故障，無疑讓人一個頭兩個大。

汽車電子革命：從「百腦亂舞」到集中治理

到了2010年代，汽車電子架構迎來一場大改革，「分區架構（Zonal Architecture）」搭配「中央高效能運算（HPC）」逐漸成為主流。簡單來說，這就像在車內建立「地方政府＋中央政府」的管理系統。

可以想像，整輛車被劃分為幾個大型區域，像是車頭、車尾、車身兩側與駕駛艙，就像數個「大都會」。每個區域控制單元（ZCU）就像「市政府」，負責收集該區所有的感測器訊號、初步處理與整合，並直接驅動該區的馬達、燈光等致動器。區域先自理，就不必大小事都等中央拍板。

而「中央政府」則由車用高效能運算平台（HPC）擔任，統籌負責更複雜的運算任務，例如先進駕駛輔助系統（ADAS）所需的環境感知、物體辨識，或是車載娛樂系統、導航功能，甚至是未來自動駕駛的決策，通通交由車輛正中央的這顆「超級大腦」執行。

乘著這波汽車電子架構的轉型浪潮中， 2008 年成立的台灣本土企業威力暘電子，便精準地切入了這個趨勢，致力於開發整合 ECU 與區域控制器（Domain Controller）功能的模組化平台。他們專精於開發電子排檔、多功能方向盤等各式汽車電子控制模組。為了確保各部件之間的溝通順暢，威力暘提供的解決方案，就像是將好幾個「分區管理員」的職責，甚至一部分「超級大腦」的功能，都整合到一個更強大的硬體平台上。

這些模組不僅擁有強大的晶片運算能力，可同時支援 ADAS 與車載娛樂，還能兼容多種通訊協定，大幅簡化車內網路架構。如此一來，車廠在追求輕量化和高效率的同時，也能顧及穩定性與安全性。

萬無一失的「汽車大腦」：威力暘的四大策略

然而，「做出來」與「做好」之間，還是有差別。要如何確保這顆集結所有功能的「汽車大腦」不出錯？具體來說，威力暘電子憑藉以下四大策略，築起其產品的可靠性與安全性：

1. AUTOSAR ： 導入開放且標準化的汽車軟體架構 AUTOSAR。分為應用層、運行環境層（RTE）和基礎軟體層（BSW）。就像在玩「樂高積木」，ECU 開發者能靈活組合模組，專注在核心功能開發，從根本上提升軟體的穩定性和可靠性。
   
2. V-Model 開發流程：這是一種強調嚴謹、能在早期發現錯誤的軟體開發流程。就像打勾 V 字形般，左側從上而下逐步執行，右側則由下而上層層檢驗，確保每個階段的安全要求都確實落實。
   
3. 基於模型的設計 MBD（Model-Based Design）： 威力暘的工程師們會利用 MatLab®/Simulink® 等工具，把整個 ECU 要控制的系統(如煞車)，用數學模型搭建起來，然後在虛擬環境中進行大量的模擬和測試。這等於在實體 ECU 誕生前，就能在「數位雙生」世界中反覆演練、預先排除設計缺陷，，並驗證安全機制是否有效。
   
4. Automotive SPICE (ASPICE) ： ASPICE 是國際公認的汽車軟體「品質管理系統」，它不直接評估最終 ECU 產品本身的安全性，而是深入檢視團隊在軟體開發的「整個過程」，也就是「方法論」和「管理紀律」是否夠成熟、夠系統化，並只根據數據來評估品質。

既然 ECU 掌管了整輛車的運作，其能否正常運作，自然被視為最優先項目。為此，威力暘嚴格遵循汽車業中一本堪稱「安全聖經」的國際標準：ISO 26262。這套國際標準可視為一本針對汽車電子電氣系統（特別是 ECU）的「超嚴格品管手冊」和「開發流程指南」，從概念、設計、測試到生產和報廢，都詳細規範了每個安全要求和驗證方法，唯一目標就是把任何潛在風險降到最低

有了上述這四項策略，威力暘確保其產品從設計、生產到交付都符合嚴苛的安全標準，才能通過 ISO 26262 的嚴格檢驗。

然而，ECU 的演進並未就此停下腳步。當ECU 的數量開始精簡，「大腦」變得更集中、更強大後，汽車產業又迎來了新一波革命：「軟體定義汽車」（Software-Defined Vehicle, SDV）。

軟體定義汽車 SDV：你的愛車也能「升級」！

未來的汽車，會越來越像你手中的智慧型手機。過去，車輛功能在出廠時幾乎就「定終身」，想升級？多半只能換車。但在軟體定義汽車（SDV）時代，汽車將搖身一變成為具備強大運算能力與高速網路連線的「行動伺服器」，能夠「二次覺醒」、不斷升級。透過 OTA（Over-the-Air）技術，車廠能像推送 App 更新一樣，遠端傳送新功能、性能優化或安全修補包到你的車上。

不過，這種美好願景也將帶來全新的挑戰：資安風險。當汽車連上網路，就等於向駭客敞開潛在的攻擊入口。如果車上的 ECU 或雲端伺服器被駭，輕則個資外洩，重則車輛被遠端鎖定或惡意操控。為了打造安全的 SDV，業界必須遵循像 ISO 21434 這樣的車用資安標準。

威力暘電子運用前面提到的四大核心策略，確保自家產品能符合從 ISO 26262 到 ISO 21434 的國際認證。從品質管理、軟體開發流程，到安全認證，這些努力，讓威力暘的模組擁有最高的網路與功能安全。他們的產品不僅展現「台灣智造」的彈性與創新，也擁有與國際大廠比肩的「車規級可靠度」。憑藉這些實力，威力暘已成功打進日本 YAMAHA、Toyota，以及歐美 ZF、Autoliv 等全球一線供應鏈，更成為 DENSO 在台灣少數核准的控制模組夥伴，以商用車熱系統專案成功打入日系核心供應鏈，並自 2025 年起與 DENSO 共同展開平台化量產，驗證其流程與品質。

毫無疑問，未來車輛將有更多運作交由電腦與 AI 判斷，交由電腦判斷，比交由人類駕駛還要安全的那一天，離我們不遠了。而人類的角色，將從操作者轉為監督者，負責在故障或斷網時擔任最後的保險。透過科技讓車子更聰明、更安全，人類甘願當一個「最弱兵器」，其實也不錯！

在現代社會，網路已經跟電力、自來水一樣成為不可或缺的生活必需品。不過，連上網路雖然也跟打開電燈開關與水龍頭一樣方便，但網路的資料傳送方式可不像電流或水流那樣；它之所以能無遠弗屆，全賴當初就讀麻省理工學院計算機科學博士班的克連洛克（Leonard Kleinrock, 1934－ ）所提出的革命性概念。

事實上，網路遠比個人電腦還早出現。早在1950年代末期，大型電腦主機就開始透過電話線彼此傳送資料，但這種方式每次只能跟一台電腦相連，而且就占掉骨幹中的一條線路，影響整體的使用效率；這就像高速公路的車道都畫了雙黃線，而且一旦有台車開進來，這個車道就不准再有別人使用。

克連洛克於1962年的博士論文中提出封包（packet）的網路架構與數學理論。基本上就是將資料切割成一個個小小的封包，每個封包上都有目的地地址；然後用分封交換機取代傳統的電話交換機，並且將高速公路的雙黃線取消。分封交換機會根據封包上的地址與車流量，將封包打散到各個車道，封包可以中途變換車道，甚至改走另一條公路；同屬一個檔案的眾多封包就這麼殊途而同歸，抵達目的地。

分封交換機除了讓網路效率更高、可以多台電腦連線，網路還更堅固安全。因為傳統電話交換機只要作為樞紐那幾台壞掉，所有電腦就可能無法彼此連線，而分封交換機卻是分散式的，封包可以到處四竄，幾個節點損毀也無礙。因此，當國防部「先進研究計畫署」（ARPA）希望打造一個不會因為蘇聯攻擊就癱瘓的網路時，自然採用克連洛克的倡議。

也因此，這個名為ARPANET的網路最先連結的兩個點就是克連洛克任教的加州大學洛杉磯分校，與「滑鼠之父」英格巴特（Douglas C. Engelbart）所在的史丹佛研究中心。1969年10月29日晚上10點30分，在克連洛克的注視下，他的學生克萊恩（Charley Kline）慎重地按下要送出的訊息：”login”，不料只按了頭兩個字母就當機，一個小時後才又修好。因此”lo”就成為ARPANET傳送的第一個訊息。

ARPANET連結美國國內越來越多單位的電腦；1975年，經由史丹佛連結英國的網路，名符其實地成為internet；而今internet已經盤根錯節，無所不在了。ARPANET於1990功成身退，但若溯流求源，1969年的今天，應該算是internet誕生之日吧。

本文同時收錄於《科學史上的今天：歷史的瞬間，改變世界的起點》，由究竟出版社出版。

身材修長的英格巴特一路走到舞台上的電腦桌前坐下；其實桌上只有電腦顯示器、鍵盤、滑鼠與 keyset，電腦遠在五十公里外的史丹佛研究中心。顯示器亮了起來，舞台上的大銀幕同步秀出畫面，上面分割出左右兩個視窗，左側是一份空白文件，右側則是遠方同事的即時影像。

英格巴特先示範了文件的輸入、編輯與存取，然後讓遠方的同事一起參與編輯。接著他打開一份老婆交代的購物清單，先讓上面的物品自動依名稱重新排列，接著銀幕出現一張地圖，上頭已標示出購買物品的商店與路線圖。他點選了圖書館，馬上出現一份書單。之後英格巴特仔細講解整個系統架構，包括硬體、軟體與網路，以及未來建構 ARPANET（internet 前身）的計劃，全場觀眾早已為之目眩神迷，演示結束後，會場爆出如雷掌聲，久久不息。

我們現在會覺得這些演示一點也不稀奇，但這可是 1968 年，將近半世紀之前！那是用打孔紙片輸入電腦指令、電腦螢幕只能顯示單色字元、既無滑鼠更無網際網路的個人電腦史前時代，而英格巴特就展示了網路連線、圖形介面、多重視窗、視訊會議、文書處理、協同作業與超文本的整合系統。難怪當場的所有觀眾會被徹底征服，因為這根本是未來世界或是科幻小說才會有的場景啊！1968 年 12 月 9 日的這場演示也因此被稱為「所有演示之母」 (Mother of All Demos) ；賈伯斯日後膾炙人口的演示正是發端於此。

賈伯斯所受的影響不只於此。當時印表機的龍頭全錄 (Xerox) 公司深恐英格巴特的技術普及後，將造成辦公室的無紙化時代來臨，動搖本業，於是在 1970 年成立帕羅奧多研究中心 (PARC) 負責先進技術的研究。恰巧英格巴特的研究預算遭到刪減，旗下的小組成員將技術一起帶進 PARC，於是才有後來的賈伯斯前來參觀，大受震撼而將滑鼠與圖形介面引進蘋果電腦，從此改變了個人電腦的面貌。

是的，天才即是見人所不能見，而先知總是看得太遠，兼具兩者的英格巴特超越時代太多，他所展示勾勒的電腦與網路如何融入工作與生活之中，必須再過二、三十年，當技術、成本、網路等等各項條件都成熟了，才得以一一實現。但他的名字已被埋沒太久，至今英格巴特在人們的心目中仍未得到應有的地位與榮譽。如今人們會以「滑鼠之父」稱呼他，但他的影響與貢獻豈僅止於滑鼠？！正如蘋果電腦的共同創辦人沃茲尼克對他的悼念：「我們現在在電腦上所有的一切都可以追溯到他的發想。對我而言，他就是個神。」

本文同時收錄於《科學史上的今天：歷史的瞬間，改變世界的起點》，由究竟出版社出版。