關節痛貼藥布就會好嗎？類風濕性關節炎成隱憂

• 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《異位性皮膚炎不再抓到見血、流湯，異膚止癢新武器，皮膚科醫師圖文解析》，歡迎喜歡這篇文章的朋友訂閱支持 Care Online 喔
• 加入照護線上 LINE 官方帳號，健康資訊不漏接

從早到晚都很癢，白天工作時沒辦法集中精神，晚上又癢得睡不著，林口長庚醫院皮膚部部長鐘文宏醫師指出，而且手、脖子、臉部、額頭等處的皮膚會發紅，常被誤認為傳染病，不但嚴重影響心情、自信，也會干擾工作、社交。

「曾經有家長反應，小朋友在晚上一直抓，常抓到見血、到處都是，每天都得換床單，大人、小孩心情都不好。」林口長庚兒童皮膚科陳冠伃醫師說，因為小朋友在關節處的病灶容易裂開形成傷口，一動就很痛而沒辦法上體育課，也沒辦法跟大家玩在一起，甚至被同學取綽號，若是需要反覆住院，可能影響照顧者的工作，增加經濟的負擔。

「異位性皮膚炎治療已經大幅改變！」鐘文宏醫師表示，早年傳統治療是基本保濕、口服抗組織胺與短效類固醇、外用類固醇藥膏與非類固醇藥膏、照光治療等。近年來，針對中重度異位性皮膚炎也開始使用免疫抑制劑。隨著生物製劑、口服標靶小分子藥物問世，透過精準治療機轉，有機會讓飽受異膚痛苦的病患幾乎完全恢復，治療成效良好且副作用低，對病人有非常大的幫助。

陳冠伃醫師表示，傳統免疫抑制劑發揮效果時間有的需要幾週、有的幾個月，病人也會顧慮相關副作用，所以經常不願意吃藥。現在，生物製劑或口服標靶小分子藥物治療效果就明顯快很多，副作用降低，病患接受度較高，也較有信心持續治療。

鐘文宏醫師解釋，生物製劑是所謂的抗體藥物，採用針劑注射。而口服標靶小分子藥物是 JAK 抑制劑，目前上市三款，採用口服方式，對於害怕打針或擔憂頻繁進出醫院的病患，便利性較高。此外，JAK 抑制劑透過抑制促進發炎相關的機轉，調節過度活化的免疫反應，對於 B 細胞、T 細胞等免疫細胞的活性、保護力較不受影響，相對安全。

鐘文宏醫師據臨床經驗說明，生物製劑與口服標靶小分子藥物的療效都很好！大概有 6 至 7 成病人的皮膚病灶可達 7 成以上改善。兩者副作用有些差異，不過整體都比傳統的免疫抑制劑、類固醇安全很多。現今治療的多元發展，讓異位性皮膚炎有更多的改善空間，是病患一大福音。

談到口服標靶小分子新藥或生物製劑時，很多患者會擔心副作用，鐘文宏醫師補充，傳統治療藥物如類固醇、免疫抑制劑的副作用更明顯，有些甚至會造成白血球降低，增加感染風險。基本上，生物製劑與口服標靶小分子新藥對肝、腎功能影響較小，安全性大幅提升，較能長期使用與控制。只要遵照醫師建議，按時回診，不用太過擔憂。

口服標靶小分子藥物有效止癢、改善病灶

「使用口服標靶小分子新藥後，大概隔天起就能明顯止癢，經過 1 至 2 週後，整體膚況會改善很多。」鐘文宏醫師說，「對一個長期搔抓、癢到睡不著的病患而言，明顯感受治療差異，不論是心理負擔降低、睡眠與生活品質皆大幅提升。在過去 20 年，大家認為異位性皮膚炎一定要用類固醇的迷思，應該要慢慢改變。」

陳冠伃醫師補充，一旦癢感被解決且皮膚看起來跟一般人相同，病患就可以回歸正常學習、考試、社交、工作。家長不用再擔心正值 12 至 18 歲升學重要階段的孩子晚上睡不好。由此可見，口服標靶小分子藥物對青少年患者的幫助。

貼心小提醒

異位性皮膚炎需要長期抗戰，所以要盡量使用不會增加肝、腎負擔的藥物，同時減少接觸過敏原。鐘文宏醫師叮嚀，例如：對塵蟎過敏，就要注意環境清潔。夏天悶熱，要避免從事容易流汗的運動，減少皮膚刺激。冬天乾燥，就要注意皮膚保濕。

陳冠伃醫師提醒，皮膚的保養很重要，洗完澡要全身擦上乳液／霜保濕，讓皮膚有效修復、建立健康的保護膜，對抗外界刺激，維持正常作息、規律運動、均衡飲食，不用特別進補。口服標靶小分子藥物的副作用大多都是暫時性、可以恢復的，例如長痘痘、長皰疹、上呼吸道感染等，若有任何狀況，請提早回診反應。

現在，大里仁愛醫院亦有多位異位性皮膚炎專家醫師，如鐘文宏部長、陳冠伃醫師與顏璽醫師共同為病友提供完善診療與治療建議，與醫師保持良好溝通、穩定治療與追蹤，才能維持病況穩定！

• 歡迎喜歡這篇文章的朋友訂閱支持 Care Online 喔
• 加入照護線上 LINE 官方帳號，健康資訊不漏接

• 作者／照護線上編輯部
• 本文轉載自 Care Online 照護線上《類風濕性關節炎恐讓關節變形、肺纖維化，及早治療避免失能，醫師圖文解析》，歡迎喜歡這篇文章的朋友訂閱支持 Care Online 喔
• 加入照護線上 LINE 官方帳號，健康資訊不漏接

「醫師，我最近常咳嗽，能不能開點咳嗽藥給我？」50 多歲的張女士問，她是位類風濕性關節炎患者，長期在門診追蹤治療。

「咳多久了？」醫師問。

「咳了 2、3 個禮拜，可能有感冒吧。」

「咳嗽遲遲沒好轉可能不是單純感冒，要做檢查喔。」醫師謹慎地說。

進一步檢查發現，患者的肺功能變差，確診類風濕性關節炎導致的肺纖維化，於是便開始使用抗肺纖維化藥物治療。大林慈濟醫院過敏免疫風濕科許寶寶醫師回憶，「患者本來講話就會咳嗽，走路也容易喘，經過一個多月的治療，咳嗽的狀況漸漸改善，且比較不會喘。大約六個月後，患者已經可以爬樓梯，讓她非常開心，也願意持續接受治療。」

類風濕性關節炎不只傷害關節！

類風濕性關節炎是自體免疫系統異常，造成全身性發炎反應，許寶寶醫師說，類風濕性關節炎較常發生在 30 至 50 歲女性，有家族病史、抽菸的人較容易發生類風濕性關節炎。

類風濕性關節炎常見症狀是手指的關節和手腕、手肘、肩膀、膝蓋、腳踝被免疫系統攻擊而持續發炎、腫脹、疼痛。許寶寶醫師指出，患者早上起床時會感到關節僵硬，且僵硬持續一個小時以上。

類風濕性關節炎不只影響關節，體內各個器官也可能會遭到攻擊，包括眼睛、心臟、血管、腎臟、肺臟、神經等都可能受到影響。許寶寶醫師強調，千萬不能只看關節炎，其他器官也要仔細檢查。

類風濕性關節炎引起肺臟發炎、肺纖維化

類風濕性關節炎容易引起全身性發炎反應，當肺臟遭到攻擊時，可能出現間質性肺炎，許寶寶醫師說，倘若放任肺臟反覆發炎，便會形成許多纖維組織，進而導致肺纖維化，讓肺臟失去彈性，無法完成氣體交換的任務。

肺纖維化將嚴重影響肺功能，患者很容易喘，運動耐受度很差，使生活品質惡化，工作能力下降，許寶寶醫師指出，患者因為會喘，日常生活可能需要使用氧氣，不要說上班，恐怕連做家事都有困難。

「麻煩的是，患者往往對肺纖維化沒有病識感。」許寶寶醫師說，「因為患者不曉得類風濕性關節炎也可能影響肺臟，所以醫師都會反覆提醒並提高警覺，看診的時候，不只看關節，還要仔細詢問，平常是否會乾咳、咳個不停。」

「這種咳嗽不是感冒！」許寶寶醫師強調，「感冒大概一個禮拜就會痊癒，如果咳嗽一個禮拜以上還沒改善，就要進行檢查。」

肺纖維化初期難以單就胸部 X 光片評斷，假使持續咳嗽，或是聽診患者的後背下肺葉處發現有異常連續性爆裂音時，便得懷疑肺纖維化的可能並安排胸部電腦斷層、肺功能檢查。類風濕性關節炎、紅斑性狼瘡、皮肌炎、硬皮症等自體免疫疾病患者都可能出現肺纖維化，建議要每三到六個月定期檢查肺功能。

類風濕性關節炎治療重點提醒

及早發現肺纖維化，及早接受治療才能盡量保留肺功能，一方面要針對類風濕性關節炎，控制全身性發炎反應，另一方面要針對肺纖維化，減緩肺纖維化的進展。

在類風濕性關節炎治療方面，患者需要長期使用免疫抑制劑，目前的藥物選擇有很多，許寶寶醫師說，臨床上會根據疾病嚴重度，輕度、中度、重度來選擇藥物，可使用針劑或口服藥治療。

針對肺纖維化，目前已有抗肺纖維化藥物，能夠抑制與纖維化相關之生長因子，避免纖維組織過度增生。許寶寶醫師說，肺臟衰竭跟腎臟衰竭不一樣，腎臟衰竭還可以利用機器洗腎，至於肺臟衰竭，身體便無法吸收氧氣、排出二氧化碳，而讓患者愈來越喘，容易導致失能、甚至死亡。

肺纖維化會對肺臟造成不可逆的傷害，越早察覺，越早接受治療，越能保留肺臟功能，維持生活功能及生活品質。

貼心小提醒

近年來，類風濕性關節炎的治療已較過去進步許多，治療成效大幅提升，許寶寶醫師說，只要好好與醫師配合，便能減少關節變形、失能的機會。

類風濕性關節炎不只傷害關節，還會導致肺臟發炎，甚至肺纖維化，患者要提高警覺，建議定期檢查肺功能，若有咳嗽的狀況，務必盡快就醫檢查，適時接受抗肺纖維化藥物的治療。

日常生活中，請記得接種疫苗，避免到人多擁擠的地方，以降低肺部感染的風險！

• 歡迎喜歡這篇文章的朋友訂閱支持 Care Online 喔
• 加入照護線上 LINE 官方帳號，健康資訊不漏接