【特輯】七夕牛郎織女再聚首，情人節又是離人節？

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！

七夕是牛郎織女每年一會的浪漫日子。在這麼浪漫的日子，最適合的話題當然是科學了。

多少喜鵲才夠跨越銀河？

牛郎織女在每年的七夕，即農曆七月七日，於鵲橋相聚。所謂鵲橋，就是由無數喜鵲搭建而成的橋梁，牛郎和織女各自從兩邊走到鵲橋中間，浪漫不已。

喂，等等，動保團體都去哪裡了？這不是明目張膽的虐待動物嗎？

稍安毋躁。能夠飛越銀河的當然不會是一般鳥類，可以在真空的宇宙空間中飛行的必定是神鳥啦！神鳥應該不在凡人立法規管的保護範圍內，就算真的要管也是天庭的事吧。

（謎之音：究竟真空中要翅膀有鳥用啊！）（再謎之音：究竟真空為什麼要橋梁啊！）

聽故不要駁故。我們有興趣的是究竟每年一次牛郎織女相聚要勞動多少隻神鵲呢？

假設神鵲的大小與地球上的普通喜鵲相若，而且假設鵲橋只有一層（沒有鵲踏鵲的情況出現），我們就能算出每年天庭需要出動多少隻神鵲。地球上的喜鵲（Pica）有幾個不同的種，其中歐亞喜鵲（Eurasian magpie）身長若 45 公分（其中一半是尾巴的長度）：

那麼銀河呢？在地球上望出去，我們見到的是銀河的垂直切面，因此牛郎織女跨越的其實並不是銀河的闊度，而是銀河的厚度。銀河其實就是我們身處的銀河系的圓盤，擁有千億顆恆星，從銀心到圓盤的邊緣直徑大概 5 萬多光年，但厚度卻只有 1 千光年。

1 千光年即是光線也要飛 1 千年才能跨越的距離，我們就暫且不要深究為何牛郎織女能在一個晚上橫跨這個距離了。光速等於每秒跑 299,792.458 公里，因此 1 千光年就等於 9,454,254,955,488,000 公里。神鵲排排隊，1 公里就能排 222,223 隻。所以，我們需要 9,454,254,955,488,000 × 222,223 = 2,100,952,898,973,409,824,000 隻神鵲才能橫跨 1 千光年的距離。

噢不，由於牛郎織女有兩隻腳，因此實際上需要 2 倍數目的神鵲，即是大概 42 萬億億隻神鵲才足夠。

攝影師到底在哪裡為牛郎織女拍攝 Google Doodle？

呃，我相信天庭會好好慰勞那些神鵲的。現在我們來看看 2020 年七夕時，Google 發佈的 Doodle 作品：

大家發現問題了嗎？

農曆屬於陰陽曆，即是其曆法同時基於太陽和月球的運行。農曆的月份必定始於新月（初一），中間是滿月（十五），終於新月（廿八）。七夕是農曆七月七日，因此月球此時應該是半月，但在這幅 Google Doodle 裡面卻是滿月！這令很多人大惑不解，有些人甚至嘲笑 Google 工程師的無知。

雖然我並沒有受薪於 Google，但基於科學精神，且讓我來嘗試為 Google 解圍：真的有可能在七夕拍攝得到牛郎織女在鵲橋上相聚，而背景是滿月的照片嗎？

答案是肯定的！秘訣就在於「Easy 天文地科小站」提到的「我們不能用凡夫俗子在地球上的角度看事情」。

由於牛郎、織女、神鵲們都是神仙，我們合理假設攝影師也是神仙。既然攝影師是神仙，那當然不會局限於凡人的攝影角度吧。因此，我們看看下圖，就知道這幅 Google Doodle 是如何拍攝的了。

如果你看到這裡，恭喜你，你跟我們這些科學家一樣很閒。

• 作者／泛科學知識長 鄭國威 Portnoy

一段「叛逆」與幸運交織的故事

「叛逆」是個偏負面的詞，更不用說「叛徒」了。不過就跟生物演化一樣，如果細胞裡的基因不叛逆地突變，當環境劇烈改變，適應良好、佔據主流的群體就會無所適從，反倒是看來不合時宜又不合群的少數「叛徒」，能勉力掙扎，突圍而出——如果夠幸運的話。

《掀起晶片革命的天才怪咖：蕭克利與八叛徒》就是一個叛逆、掙扎，跟幸運交織而成的故事。

儘管矽谷的誕生是當代最經典、卻不常被科普書籍講述，因此令大多數人都感到陌生。作者張瑞棋填補了這個空缺，而他的故事力加上科普力，讓本書足為台灣出版界給全世界的禮物。

現在看起來，全世界主流到不行，而且應該會繼續主流很久很久的半導體上中下游產業，可說是要風有風，喚雨有雨；除了企業搶產能、國家搶進駐，半導體公司更是搶人才、搶地、搶水、搶電；被擠到邊緣的所有其他產業也都只能吞忍，畢竟護國神山這帽子並不好戴。

但回到 1945 年的貝爾實驗室，當時世界第二次大戰都還沒結束，半導體是個在雲端上的概念（後來竟成為「雲端」運算的核心），蕭克利 (William Shockley) 作為少數了解量子力學且能發展應用的科學家，在頑石上敲了第一下提出場效應電晶體架構，火花霎時點亮了 20 世紀延續至今的第三次工業革命。

然而隨著作者張瑞棋的鋪陳，你會發現要點「矽」成「晶」，看似關卡在科學、在實驗，其實更在於人的性格。

個性決定命運：蕭克利與「八叛徒」

蕭克利隨後因專利而跟貝爾實驗室的夥伴鬧翻，其他人也受不了他的脾氣，然而才氣與名氣同樣巨大的蕭克利順利取得企業投資，在加州史丹佛大學工業園區創業設立新實驗室，展開徵才。慧眼獨具的他讓新實驗室人才濟濟，卻屢屢情緒失控，不但痛斥這些好不容易找來，跟他比肩的天才們，也無法領導公司邁入生產銷售，不斷想追求更新的科技。

這樣的領導失敗讓其中的八人萌生叛逆之心，如同蕭克利叛出貝爾實驗室，「八叛徒」叛出蕭克利麾下，成立的快捷半導體（Fairchild Semiconductor），也依賴創新融資跟股權分配方式，激勵創業者拼命成功。

這樣的環境激勵更多「叛徒」新創，成為延續至今，已全球化的矽谷文化，英文裡的 rebel 叛逆者，幾乎已無貶義，而有革命英雄氣息。

本書類似紀錄片，以精彩故事手法重現真實歷史。這些真實人物之間生動的對話跟交鋒，又宛如流暢的舞台劇腳本，即使不熟悉相關物理跟電腦科學，也能體會情節的趣味起伏。各小節後插入的「知識 +」欄位，則讓想了解科技的讀者，無分年紀資歷，都能輕鬆掌握、提升「半導體素養」！

身為台灣人，要是不會泡珍奶、炸雞排、聊半導體，就不夠台啦！如果你最後這項技能還沒點，這本書先讀起來吧～

——本文摘自《掀起晶片革命的天才怪咖：蕭克利與八叛徒》，2022 年 7 月，親子天下，未經同意請勿轉載。