0

0
0

文字

分享

0
0
0

飛行科技空想淺談首部曲:一趟科學旅行的饗宴,一段飛行夢想的懷思

oeo
・2012/09/18 ・4897字 ・閱讀時間約 10 分鐘 ・SR值 523 ・七年級

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

「一八○二年六月,洪博爬上當時公認的世界最高峰,也就是祕魯欽博拉索山的火頂山,海拔六二六七公尺。…儘管危險,洪博還是明察秋毫,注意到一般人忽略之處:『在雪線之上,也就是一六九二○英尺的高處,有些岩石上仍有苔蘚。上一次,我們再比那裡低了二六○○英尺之處,看到綠色苔蘚。龐普蘭德(洪博的伙伴)在一五○○○英尺的高處,抓到一隻蝴蝶:我們在比那裡高了一六零零英尺之處,看到一隻蒼蠅…』」這是在《旅行的藝術》一書中,提到的科學旅行家或說旅行科學家洪博獨到之處的一段描述。

今年七月的台東之行與參觀的「2012台灣熱氣球嘉年華」,居然就有幾分那樣撼動人心的「科學旅行」意境與體會。如同對作家艾倫狄波頓旅行主題作品的評論,如果這趟旅行的背後有一個靈魂,絕不是馬可波羅和麥哲倫,而可能會是達文西或達爾文;絕不是哥倫布和鄭和,而可能會是洪博或法布爾;絕不是凱薩和狄亞士,而可能會是巴斯卡或蒙田…。這種旅行,不見得是指一般所謂田野調查和實地觀察性質的科學工作與正規實驗,而是從一種親身經驗啟發的科學思考與情懷。從那天開始,心中就一直有一股衝動,要將這樣的驚喜與生意分享給三種朋友,一種是真正喜歡科學的,一種是時時熱愛旅行的,另一種就是完全享受生活的。

一晚在素食餐廳,暑假迷上西遊記卡通的兒子和女兒看到牆上的一幅「八仙過海」圖,開始好奇地問起一些直白而好玩的問題,例如為什麼孫悟空可以飛那麼遠而唐三藏卻不能 / 不要?八仙中為什麼有的這樣飛有的那樣飄?甚至我還必須從頭幫他們複習:其實在超級英雄的正義聯盟中(超人、蝙蝠俠、蜘蛛人),真正會飛行的只有超人,蝙蝠俠算是滑翔,蜘蛛人算是擺盪和跳躍(我真的認為,許多小孩其實就是最專業有格的口試委員,最容易問岀一些根本、難搞但妙趣橫生的科學問題,當然,是在大人擁有飽足精神與高段修養的前提之下…),八仙過海圖的俗世重點,當然在於「八仙過海,各顯神通」,小孩們對這些仙人騰空過海的法寶與技術,是充滿好奇與欣賞的。同樣的,這次台東科學之旅的重點,也是自己稍微用心對於掙脫(或利用)地心引力與飛行科技的一種提問與觀察,從各國熱氣球到白痣珈蟌,從噴射戰鬥機到石牆蝶,無論人造與野生,絕對不只八仙,說「八百仙飛天,各顯神通」都不為過!

人類和飛行之間,或者應該說人類和地心引力之間的關係是非常奧妙與糾結的,不要說夢想,就連夢境,都可以說「飛行」是一種可正可邪的事物。不知道是不是每一個人有這樣的經驗和記憶:自己作過的好夢與噩夢中,都有以飛行為主題的,一種例如是自己展現一股小小的飛行超能力,神氣活現地「飛」奔跳耀,瞬行百里;另一種同樣是騰空,不過加入一種「失控」的元素,毫無著力地被拋離地表,身體不知會飄落何方,感受上有一種莫名的恐懼!這樣可正可邪的飛行夢境記憶與經驗其實提醒我們一件事:飛行的本質一定並非完全貼近虛幻、夢想與浪漫,而應該比較趨向現實、生存與科學,但兩端之間又充滿重合與混雜,像是台大昆蟲系教授朱耀沂就曾打趣地說過一句科學半笑話:世界上只有兩種生物擁有「真正的翅膀」,就是天使與昆蟲!

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

這次「2012台灣熱氣球嘉年華」的主題當然是熱氣球,很高興它還用心地安排了各國團隊的參與,形式氣氛上增添了一些科技的國際性視野。而(熱)氣球(英文:Balloon)是航空器的一種,在飛行科技分類的位階上屬於單純利用空氣浮力的無動力浮升器(其他則有空氣浮力與空氣動力混合、單純利用空氣動力與其他分屬無動力系統與動力系統各類)。它的飛行原理也可以說是最簡單的,它配備填充氣體的袋狀物,當充入氣體的密度小於其周圍的環境的氣體密度,且由此壓力差產生的靜浮力大於氣球本身與其搭載物的重量時氣球就可浮升。氣球作為一種交通工具可用來運載觀測儀器和乘客,只裝載設備的無載人氣球經常用於對高空大氣環境的科學研究,有時也用於測定宇宙射線。很多人不知道,其實熱氣球最早是由中國人發明的,稱為天燈或孔明燈,約在公元二世紀三世紀被發明,被用來傳遞軍事信號。知名學者李約瑟也指出,1241年蒙古人曾經在李格尼茲(Liegnitz)戰役中使用過龍形天燈傳遞信號。而歐洲人到了1783年才向空中釋放第一個內充熱空氣的氣球。(參考資料:維基百科)

到了十八世紀法國造紙商孟格菲兄弟在歐洲重新發明了熱氣球。他們受碎紙屑在火爐中不斷升起的啟發,用紙袋把熱氣聚集起來做實驗,使紙袋能夠隨著氣流不斷上升。1783年6月4日,孟格菲兄弟在里昂安諾內廣場做公開表演,一個圓周為110英尺的模擬氣球升起,飄然飛行了1.5英里。同年9月19日,在巴黎凡爾賽宮前,孟格菲兄弟為國王、王后、宮庭大臣及13萬巴黎市民進行了熱氣球的升空表演。同年11月21日下午,孟格菲兄弟又在巴黎穆埃特堡進行了世界上第一次載人空中航行,熱氣球飛行了25分鐘,在飛越半個巴黎之後降落在義大利廣場附近。這次飛行比萊特兄弟飛機飛行早了整整120年。在充氣氣球方面,法國的羅伯特兄弟則是最先乘充滿氫氣的氣球飛上天空的。(參考資料:繪本《宇宙》維基百科)

時空拉回到台東市區,尤其在市區內一座森林公園,不知什麼原因,那幾天的天空中,軍機穿梭格外頻繁,似乎在提醒著人們它們才是空中霸者的存在。然而「飛機又是怎麼飛的?」這看起來基本通俗的問題,其實有著非常複雜深奧的答案,甚至是現今科學還沒有辦法作完整解釋與掌握的,至於所謂早期教科書上提的白努利定律與傳統流體力學,例如「由於機翼的上方是彎曲的,因此上方距離會比下方來得長,因此被分成上下兩股的空氣為了要同時匯流在一起,通過上方的空氣速度就必須要加快才行。」「這樣一來,根據白努利定律,由於上方的空氣速度變快了,因此其壓力降低。於是機翼的上下就產生了壓力差,使得機體被由壓力高的地方往壓力低的地方推,也就是由下往上推。」「而這,就是飛機之所以能飛起來的原因。」之類的說法,不是無法全面解釋,就是被後面的現實觀察與科學研究給推翻了(參考資料:《99.9%都是假設》、《飛行的奧祕》、癮科學),正如我的一位機師社友說(不知道算不算恐怖笑話?):「自己駕駛客機都已經有好幾年的經驗,卻無法完全搞懂飛機到底是怎麼飛的?!」

人類科技和天然生物之間的競合相長、愛恨情仇不是三言兩與可以道盡的,就像一般流傳萊特兄弟的飛機創作是受到鳥類飛行的啟發,就連兄弟倆的意見都是不同調的,韋伯‧萊特在自傳中堅持認為鳥類是他們教育的一部分;另一位奧維爾‧萊特則認為鳥類飛翔的觀察只給了他們靈感(參考資料:《科技恩仇錄》)。而在1920至1930年代有數百家從事研發、製造並販賣飛機的小公司,據航空工程師與名作家諾威估計,那段期間共有十萬種不同的飛機在天上飛來飛去。世界各地都有狂熱的飛機研發者,忙著把飛機兜售給大無畏的飛行員以及菜鳥航空公司。許多飛行員最後都撞了機,許多航空公司最後也都破了產。在這十幾萬種形形色色的飛機中,大約只有一百種存活下來,形成今日航空的基礎。飛機的演化過程活脫脫就是達爾文的演化流程。…少數存活下來的飛機,全都極為穩定、經濟又安全(參考資料:《想像的未來》)。當我正仰望著天空,追蹤飛機的來處去向時,幾隻園區復育或招引的樺斑蝶和鳳蝶又從面前翩翩飛舞而過,加上稍早遇到的眾多紫斑蝶和善變蜻蜓,以及手邊剛好有一篇科學人雜誌標題為<蜘蛛吹氣球>的科學新聞,提到一些初生蜘蛛可以利用「蛛絲氣球」進行播遷,讓人不得不又驚想起這些不到0.01克的小東西,無論在飛行模式、細微構造與遺傳資訊各個方面,依然著實展現浩瀚天地,宏偉生命的精妙與感動,尤其在科學上的,如同詩人華滋華斯認為,我們發現自然「可愛」,就會在我們自己身上找尋好的特質。…風景的壯觀教我們尊敬,自己卻一點也不驕傲,那種謙恭遠遠超越了我們。要探尋這些,又是另一趟旅程,另一個故事了…

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

哲學家尼采曾提到「豐富人生」這個語彙。一八七三年的夏天,他寫了一篇論文,來區分蒐集事實與運用已知事實:前者像是探險或研究,後者則是內在或心靈的充實。他不同於一般大學教授,認為前者沒有什麼,而讚揚後者。「歷史對人生的利弊」這篇論文一開始即表示,以近乎科學的方式去蒐集事實註定徒勞,真正的挑戰是利用事實「豐富人生」。他引用歌德的話:「如果只是教我怎麼做,而不加以解釋或不能激勵我的行動,我都厭惡。」我喜歡欣賞飛行,探究飛行物不是沒有原因的,一向給人樂觀甚至調皮形象的科學家費曼曾表示:「我們很幸運,能活在一個還有多新發現的年代。這就像發現新大陸一樣—你只能發現美洲一次。我們這個年代事發現大自然基本定律的年代,這個日子永遠不會再來了。」我寧可相信他這句話是開玩笑的,因為這樣的觀點有些消極,讓我想起禪門中,義天久仰慧林宗本禪師的德行,特地執弟子禮前往拜訪,並與慧林宗本禪師探討起自己修習過的《華嚴經》,慧林宗本禪師問:「佛以法身宣講《華嚴經》,而法身是遍滿虛空,充塞法界,他已把虛空遍滿了,法界充塞了,在場的聽眾又應該坐在那裡呢?」義天頓時一片茫然,不知該如何回答,心生慚愧,因而精進禪觀,後來證悟了華嚴法界彼此互融之理,成為高麗華嚴的祖師。後有禪師認為,義天假如用「光光無礙(例如一盞燈光並不會妨礙另外一盞甚至千萬盞燈光的照射),法法相通」來回答,就能了事了。我相信,單是「飛行的奧妙」及其延伸的問題探究與衍生的科學趣味,就絕不是哪一個年代哪一個地區或哪一群人,甚至不是人類可以獨占與窮盡的!

這些年參與或聽聞的科學工作與科技教育的日子,深深感受到科技進步帶來的方便與效率,但這樣的背景有時會造成在不必要或不適當的時候,科學脫離切身與現實,科技疏遠觀察與生活。藝術家羅斯金曾說:「科技使我們輕而易舉就可到達美景跟前,但美的擁有和欣賞不是可以簡化的。…我認為你們看到的要比畫出來的東西重要。我教畫的目的,是希望我的學生學著去愛大自然,而不是教他們盯著大自然去學習畫畫。」其實不單是藝術與美的欣賞,科學科技本身亦然!我們完全需要偶爾暫時地回到原點,審視脈絡,飛行是一個好主題,因為「飛行」,對眾生而言,是一種長遠歷史的創新,多元發展的傳統,不退流行的經典,無邊無際的發現,永不褪色的探尋!而在其他相關知情藝上的一個實踐,就是鼓勵科學家與科技人去旅行,不單是為了放鬆或療癒,而是一種融入生活與自然的旅行,實行強度越高越好,結構差異越大越好,形式限制越寬越好。這樣的鼓勵根基於如同巴斯卡在沉思錄寫岀的:如果我們對實物不以為然,畫得再怎麼像、如何令人激賞,也沒有用!

早先為洪博立傳的史瓦振柏格,為這部傳記取了個副標:一生能夠締造的成就。他歸納洪博那不尋常的好奇主要可以分成五個領域:「一、對地球及其棲居生物的知識。二、找出支配宇宙、人類、動物、植物、礦物的更高自然法則。三、發現生命的新形態。四、發現罕為人知的土地,以及這些土地的各種產物。五、了解新的人種,包括其習俗、語言及文化發展脈絡。」洪博的一生即在興奮地證明:「我們應該向這個世界探詢正確的問題!」(參考資料:《旅行的藝術》)這次在台東的小小飛行主題之旅,也讓我驗證了生命與環境相習相成,科學與夢想無從切割!

用心旅行,就是一場最華麗的實驗!飛行科學,就是一個最絢爛的主題!

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

原發表於 想趣時空

文章難易度
oeo
24 篇文章 ・ 2 位粉絲
森林學研究所畢業 曾任台大創發社幹部(臉書社團 "創發社CAIV" 召集人 ) 某屆倪匡科幻獎得主 從事教育工作 科學科幻 自然生態 文藝創意 一切"豐富生命"的愛好者...

0

3
3

文字

分享

0
3
3
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

  • 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。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

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:

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
  • 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

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

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。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
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?

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

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?

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

(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。
文章難易度

討論功能關閉中。

賴昭正_96
43 篇文章 ・ 56 位粉絲
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。

0

1
0

文字

分享

0
1
0
如果子彈飛到最高點時,伸手抓住會怎樣?——《如果這樣,會怎樣?2》
天下文化_96
・2023/05/10 ・1577字 ・閱讀時間約 3 分鐘

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

有什麼方法可以開槍讓子彈在空中飛,然後安全的用手接住?比方說,開槍射擊的人在平地,而接住子彈的人在山上,位於射程的最遠處。
——艾德蒙.許(Edmond Hui),倫敦

接住!

「接住子彈」是舞台上的特技,表演者看似接住射擊出來飛到一半的子彈——通常是用牙齒接住的。當然啦,這是錯覺,像那樣接住子彈是不可能的。

但在適當的條件下,你可能接得住子彈,只是要有很多的耐心和運氣。

直直向上射擊的子彈最終會達到最大高度。子彈可能不會完全停止;比較可能的是,它會以每秒若干公尺的速率往旁邊偏移。

如果有人舉槍向上射擊子彈……。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

……而你乘著熱氣球在射程範圍的正上方閒晃……

……當子彈飛到最高點時,你伸手出去抓住子彈,這是有可能的。

你不應該做的事情

(清單已更新)

#156,812 吃洗衣膠囊球

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

#156,813 在雷雨中踩高蹺

#156,814 在加油站放煙火

#156,815 餵你的貓吃「與人類手部形狀質地」一模一樣的零食

#156,816 在間歇泉噴口上方彎腰低頭想要一窺究竟

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

#156,817(新增!)搭乘熱氣球飛越射程範圍

如果你在子彈弧線的最高點成功抓住子彈,或許你會注意到奇怪的事情:子彈除了很燙之外,還會自旋。

它會失去向上的動量,但不會失去自旋角動量;子彈仍然具有槍管造成的自旋。

當子彈射擊在冰面時,可以很明顯的看到這種效應。正如數十部 YouTube 影片所證實的那樣,我們常發現射進冰中的子彈仍在快速自旋。你必須緊緊抓住子彈,不然它可能會跳出你的手掌心。

如果你沒有熱氣球,在山頂很有機會行得通。加拿大索爾山(Mount ­Thor)的垂直落差有 1,250 公尺。根據「近距離對焦研究」(Close Focus Research)彈道學實驗室的數據,這幾乎剛好是 0.22 長步槍子彈直直向上射擊會飛的高度。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

如果你想要用更大的子彈,就需要更大的落差;AK-47 子彈向上射擊可能超過 2 公里。地球上沒有那麼高的垂直懸崖,因此你需要以某個角度發射子彈,結果子彈在弧線頂點會具有顯著的橫向速度。不過,夠硬的棒球手套也許有辦法接住子彈。

其中任何一種情境下,你都必須非常走運。由於子彈的弧線有不確定性,你恐怕必須射擊數千發子彈才能碰巧接個正著。

等到那個時候,你可能會發現自己招來了某些人的關注。

——本文摘自《如果這樣,會怎樣?2:千奇百怪的問題 嚴肅精確的回答》,2023 年 3 月,天下文化出版,未經同意請勿轉載。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
天下文化_96
139 篇文章 ・ 621 位粉絲
天下文化成立於1982年。一直堅持「傳播進步觀念,豐富閱讀世界」,已出版超過2,500種書籍,涵括財經企管、心理勵志、社會人文、科學文化、文學人生、健康生活、親子教養等領域。每一本書都帶給讀者知識、啟發、創意、以及實用的多重收穫,也持續引領台灣社會與國際重要管理潮流同步接軌。

0

2
0

文字

分享

0
2
0
在高空中能接住來自地面射來的子彈嗎?——《如果這樣,會怎樣? 2》
天下文化_96
・2023/04/24 ・1401字 ・閱讀時間約 2 分鐘

有什麼方法可以開槍讓子彈在空中飛,然後安全的用手接住?

比方說,開槍射擊的人在平地,而接住子彈的人在山上,位於射程的最遠處。

—艾德蒙.許(Edmond Hui),倫敦

接住子彈有可能嗎?

「接住子彈」是舞台上的特技,表演者看似接住射擊出來飛到一半的子彈—通常是用牙齒接住的。當然啦,這是錯覺,像那樣接住子彈是不可能的。

但在適當的條件下,你可能接得住子彈,只是要有很多的耐心和運氣。

直直向上射擊的子彈最終會達到最大高度。子彈可能不會完全停止;比較可能的是,它會以每秒若干公尺的速率往旁邊偏移。

如果有人舉槍向上射擊子彈……

向上空射子彈吧!圖/《如果這樣,會怎樣? 2》

……而你乘著熱氣球在射程範圍的正上方閒晃……

來吧!我會接住你的子彈!圖/《如果這樣,會怎樣? 2》

……當子彈飛到最高點時,你伸手出去抓住子彈,這是有可能的。

危險行動請勿模仿!圖/《如果這樣,會怎樣? 2》

高空中子彈的運動軌跡

如果你在子彈弧線的最高點成功抓住子彈,或許你會注意到奇怪的事情:子彈除了很燙之外,還會自旋。它會失去向上的動量,但不會失去自旋角動量;子彈仍然具有槍管造成的自旋。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
子彈在高空中會旋轉。圖/《如果這樣,會怎樣? 2》

當子彈射擊在冰面時,可以很明顯的看到這種效應。正如數十部 YouTube 影片所證實的那樣,我們常發現射進冰中的子彈仍在快速自旋。你必須緊緊抓住子彈,不然它可能會跳出你的手掌心。

如果你沒有熱氣球,在山頂很有機會行得通。加拿大索爾山(Mount Th­or)的垂直落差有 1,250 公尺。根據「近距離對焦研究」(Close Focus Research)彈道學實驗室的數據,這幾乎剛好是 0.22 長步槍子彈直直向上射擊會飛的高度。

站得夠高,子彈就打不中我。圖/《如果這樣,會怎樣? 2》

如果你想要用更大的子彈,就需要更大的落差;AK – 47 子彈向上射擊可能超過 2 公里。地球上沒有那麼高的垂直懸崖,因此你需要以某個角度發射子彈,結果子彈在弧線頂點會具有顯著的橫向速度。不過,夠硬的棒球手套也許有辦法接住子彈。

其中任何一種情境下,你都必須非常走運。由於子彈的弧線有不確定性,你恐怕必須射擊數千發子彈才能碰巧接個正著。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

等到那個時候,你可能會發現自己招來了某些人的關注。

快逃!警察就在你身後!圖/《如果這樣,會怎樣? 2》

——本文摘自《如果這樣,會怎樣? 2:千奇百怪的問題 嚴肅精確的回答》,2023 年 3 月,天下文化出版,未經同意請勿轉載。

天下文化_96
139 篇文章 ・ 621 位粉絲
天下文化成立於1982年。一直堅持「傳播進步觀念,豐富閱讀世界」,已出版超過2,500種書籍,涵括財經企管、心理勵志、社會人文、科學文化、文學人生、健康生活、親子教養等領域。每一本書都帶給讀者知識、啟發、創意、以及實用的多重收穫,也持續引領台灣社會與國際重要管理潮流同步接軌。