什麼是「可變性原則」？它如何讓 SpaceX 一飛沖天？——《造局者：思考框架的威力》

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！

北極星黎明：開創商業太空漫步的新紀元

2024 年 9 月 10 日，載人航太任務迎來了歷史性的突破。由美國富豪賈里德·艾薩克曼率領的四名太空人，乘坐 SpaceX 的獵鷹九號（Falcon 9）火箭和龍飛船（Crew Dragon），開始了為期五天的「北極星黎明 Polaris Dawn」任務。這次任務實現了人類首次商業太空漫步，並打破了過去五十年人類距離地球最遠的紀錄。這也是美國四十多年來首次推出的新設計太空衣，進行了「人體測試」。

這次任務的成果不僅僅令人振奮，還為未來的商業航太業開啟了新的篇章。為了解這次突破的意義，我們先一起來體驗「北極星黎明」任務的精彩旅程。

這位賈里德是何許人也？

賈里德·艾薩克曼，現年 4 1歲，是一位白手起家的美國富豪，擁有零售支付公司的成功經歷。他還是一名充滿冒險精神的飛行家，駕駛輕型飛機創下環球飛行的紀錄，並且會操縱戰鬥機與進行特技飛行。他甚至創辦了「私人空軍」公司德拉肯國際，為美軍訓練飛行員。

賈里德對飛行的熱愛讓他不斷追求新的高度，最終使他與 SpaceX 合作，共同邁向更遙遠的天空。2021 年，他啟動了「靈感四號 Inspiration 4」任務，選擇了三名來自不同背景的一般人，與他一同踏上三天的太空旅程。這次任務向世界展示，普通人也有機會踏上太空，而不僅僅是經過嚴苛訓練的專業太空人。

然而，賈里德並不滿足於此。他希望飛得更高、更遠，甚至挑戰從太空船內走向船外，完成首次商業太空漫步。這便是「北極星黎明」任務的起源。

太空漫步的挑戰

太空漫步並非簡單地穿上太空衣、打開艙門便能完成。以國際太空站為例，太空人在漫步之前需要進入氣閘艙（Airlock），一個介於太空站內部和太空之間的小房間。在氣閘艙中，太空人需要進行數小時的「預呼吸（Pre Breath）」過程，以降低大氣壓力，適應太空衣中的低壓環境，並避免潛水時常見的減壓病風險。

然而，SpaceX 的龍飛船並未設計氣閘艙，這意味著要讓太空人進行漫步，就必須將整個太空艙降壓至真空狀態，再在太空漫步結束後重新加壓。因此，團隊對龍飛船進行了大幅改造，增強了生命維持系統，並安裝了更多氮氣與氧氣槽。

此外，SpaceX 原先設計的太空衣是艙內使用的（IVA Suit），僅用於緊急情況下保護太空人，並不適合太空漫步。為了這次任務，SpaceX 不得不設計一款全新的艙外太空衣（EVA Suit），這是美國自四十年前以來首次設計新型艙外太空衣。

北極星黎明任務的突破

在完成了艱鉅的準備工作後，「北極星黎明」任務終於在 2024 年 9 月 10 日順利升空。這五天的旅程充滿挑戰與創舉，為商業航太寫下了新的篇章。

任務的前兩天，重點是進入 1400 公里高的軌道，這是自 1972 年阿波羅 17 號以來人類距離地球最遠的記錄。此外，兩名任務專家莎拉·吉利斯（Sarah Gillis）和安娜·梅農（Anna Menon）也成為飛得最高的女性。

在完成軌道調整後，第三天的重頭戲——商業太空漫步正式開始。龍飛船內部的氣體被排空後，賈里德和莎拉輪流將身體探出艙外，進行了一系列新太空衣的測試，而其餘兩名組員則留在艙內監控系統。這次太空漫步雖然並未像電影中那樣「漫步」在太空，但其意義非凡，因為這是由私人資金支持的商業艙外活動。

科學研究與未來展望

除了太空漫步之外，任務組員還進行了多項科學實驗和技術測試，包括微重力對人體各器官的影響研究，這些研究對於人類未來長時間在太空生活至關重要。此外，團隊還測試了星鏈（Starlink）雷射通訊技術，以提高太空中數據傳輸的效率。

在任務期間，任務專家莎拉·吉利斯還在太空中用小提琴演奏了《雷伊主題曲》，並通過星鏈技術將影片傳送回地球，與全球音樂家合作完成了一場跨越時空的演出。

任務的最後一天，龍飛船安全返回地球，成功在墨西哥灣降落，為這次史無前例的太空任務畫上了圓滿的句號。

北極星黎明的意義

對於熟悉太空史的朋友來說，這次的太空漫步似乎並不如 1960 年代的雙子星任務那樣驚險。然而，真正的突破在於「商業」二字。這次任務由賈里德自掏腰包資助，展示了商業公司在航太探索中的潛力，就像 SpaceX 在過去二十年所取得的成就。

任務中進行的大量技術測試和科學研究，證明了這不僅僅是富豪的太空旅遊，而是一次充滿挑戰的科學與技術驗證任務。這些經驗和技術將成為未來挑戰月球與火星的重要基石。

「北極星黎明」任務雖然已經結束，但賈里德的太空夢還在繼續。這只是「北極星計畫」的第一步，未來還有至少兩次任務正在籌備中，其中第三次任務將搭乘 SpaceX 的星艦（Starship），進行首次載人飛行。

隨著技術的進步和更多私人資金的投入，還可以期待人類接下來在商業航太領域能取得更多突破。在未來，要來趟真正的太空之旅，看來除了熱愛科學，還需要努力賺錢了。

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2023 年 11 月 24 日，馬斯克（Elon Musk）創辦的 Neuralink 公司在官方推特上發布了一則耐人尋味的影片，標題為「Please join us for show and tell」（請加入我們的展示與分享）。這預告了他們將於 11 月 30 日美國時間晚間六點（台灣時間 12 月 1 日上午十點）舉行一場備受矚目的發表會。

回顧過去，Neuralink 曾展示過令人驚艷的技術突破，例如監測豬的腦波，以及讓猴子裝上他們開發的 N1 晶片，用腦控玩經典遊戲《乒乓》（Pong）。這些成果已經讓全球為之震撼。事隔 18 個月，這次的發表會是否會帶給我們更多驚喜？是否能看到人類親自裝上 N1 晶片，直接用大腦來「展示與分享」呢？

遺憾的是，這一刻還未到來。但馬斯克在開場時就揭露了一個令全場歡呼的消息：在這段時間內，他們持續進行了更多猴子的植入實驗，甚至研發了假大腦模擬器進行離線測試。在確保一切安全和動物福祉的前提下，他們已完成所有備查文件。順利的話，將於六個月內獲得美國食品藥品監督管理局（FDA）的核准，進入人體實驗階段。他本人也表示，若情況允許，他不排斥成為第一個植入 N1 晶片的人。

無限猴子定理與腦機介面

提到猴子打字，不免讓人想到數學和哲學上的「無限猴子定理」。這個定理由法國數學家埃米爾·博萊爾（Émile Borel）於1913年在一本討論機率的書中提出。他假想：如果有無限多隻猴子和無限多次的打字機會，最終有可能打出莎士比亞的《哈姆雷特》。機率雖然極低，但並非零。

這個定理也被簡化為：即使只有一隻猴子，只要擁有無限次的打字嘗試，也可能產生任何文章，儘管牠完全不知道自己在打什麼。這與這次Neuralink發表會上的猴子展示，有著異曲同工之妙。

然而，馬斯克開發腦機介面的目的，並不是讓我們與猴子溝通。在發表會上，他再次強調了Neuralink的使命：打造一個「高頻寬、泛用型的人機介面」。簡單而言，就是加速我們與智慧裝置的互動方式。

馬斯克的願景：與 AI 共存

現今，AI 技術日新月異，能夠生成精美的圖片、回答各種問題，甚至編寫程式，而且進步速度只會越來越快。馬斯克強調，如果人類希望在未來的物種競爭中與 AI 並駕齊驅，最好的策略就是「打不贏，就加入它們」。

目前，人類之所以在進步速度上遠遜於 AI，他認為主要原因在於人類接收和輸出數位資訊的速度有限。我們最快的方式是閱讀、打字、觸控或語音輸入，但與 AI 透過聯網搜尋數位資訊僅需毫秒相比，我們簡直像是石器時代的原始人。

因此，他主張透過腦機介面的植入，我們將能以媲美 AI 的速度與電腦互動、聯網，甚至與 AI 協作、駕馭它們。試想，當你能用腦控操作手機和智慧裝置時，還會想用手指滑動輸入，鬧出一堆打錯字的笑話嗎？擁有這種超能力的你，還需要擔心 AI 搶走你的工作嗎？

我們與賽博格的距離

然而，想到要將晶片植入大腦，難免讓人聯想到各種賽博龐克作品中的可怕後果。例如，《Cyberpunk 2077：邊緣行者》中的「賽博精神病」、或是《刀劍神域》中可能燒毀大腦的完全潛行裝置。將自己改造成半人半機械的賽博格（Cyborg），著實令人卻步。

但馬斯克在發表會上指出，其實我們早已是廣義上的賽博格。否則，為何我們每天早上起床第一件事就是滑手機？為何不時低頭看智慧手錶？出門沒帶手機，是否比沒帶錢更讓你焦慮？我們已經如此習慣隨時聯網和人機互動，Neuralink 所做的，不過是提升這種互動的效率。

關於植入大腦的恐懼，Neuralink 以影片中展示的猴子為例。在他們使用高科技機器人進行手術植入後，根本無法從外觀看出牠們有任何植入物。發表會上的工程師甚至半開玩笑地說：「就算我有裝，你也不知道，我的腦後完全沒有痕跡。」

Neuralink 的真正突破：規模化與產品化

其實，腦機介面的想法和研究早已不是新鮮事。早在將近一百年前（1924年），德國醫生 Hans Berger 就首次從人類頭皮上記錄到腦發出的微弱電磁波（Electroencephalography, EEG），並開始發展非侵入性的電極腦波偵測技術。197 3年，UCLA 的 Jacques Vidal 團隊就已經提出「腦機介面」的概念。而 Neuralink 這種侵入式腦電極也非先行者。早在 1990 年代，美國猶他大學的Richard Normann 教授開發了多電極陣列，在猴子腦中植入 100 個電極，嘗試簡單任務。2002年，實驗猴就可腦控滑鼠，2008年甚至能遙控遠方的機械手臂餵食自己，控制「第三隻手」，彷彿蜘蛛人的反派「八爪博士」。

即使是相對不精準的非侵入式腦波偵測技術，只要幾百個電極，就能在人類身上實現控制機械義手的可能性。2018 年，已發展到能讓人腦控打字、玩遊戲，基本上與 Neuralink 透過 N1 植入物讓猴子能做的事情相似。

那麼，這次發表會的看點在哪裡？其實，馬斯克帶著大批工程師報告，真正要強調的重點是「規模化和產品化」。這正是這場發表會的核心，也是馬斯克向來為人所知的魔法：「讓夢想成真」的關鍵部分。畢竟，好點子並不稀奇，最重要的是執行力。不論是 SpaceX、Tesla，或是前陣子轟動一時的機器人 Optimus，他一貫採用「先求有再求好」的思維，不做最強的原型機，而是先拼湊所有技術，做一個最有可能讓消費市場買單的產品。畢竟，兵貴神速，尤其在商用市場上。

關於 N1 晶片，馬斯克形容得很輕巧，就像是幫你的大腦裝上 Apple Watch 一樣。但智慧裝置成癮的你我，應該此時會浮現相同的疑問：手錶和手機的電池效能會越來越低，科技產品每年都會更新軟硬體，當這些「身外之物」來到產品生命週期末尾時，我們總能輕易汰換。但當這個 3C 產品是放在腦膜底下，如何確保它不僅不會故障，還能好好充電，甚至可升級呢？

Neuralink 這次可是有備而來。首先是穩定性的部分，除了上次發表會看到能腦控《乓》遊戲的猴子佩吉外，這次還展示了其他五隻猴子分別進行不同的腦控遊戲。馬斯克特別強調，牠們都很享受這些實驗，包括這次展示腦控打字的 Sake。透過重複性的實驗，穩定性已獲得一定的保證。

續航力方面，團隊已經改良電池效率，並在猴子身上實驗了無線充電的可行性，確保一整天使用無虞。最後，也是最重要的「可升級性」。畢竟，目前的 N1 就如同 iPhone 一代，當技術演進到 iPhone 14 時，應該沒有人想繼續用舊款。因此，發表會上工程師們展示了 N1 晶片的手術過程有多簡易，完全使用手術機器人，輕鬆地在 15 分鐘內自動植入 64 個電極，再安全地把頭蓋骨和皮膚縫合回來。後續無論是軟硬體升級，只需要到他們正在建置的腦機介面診所就可進行。

目前，N1 晶片的製造已在奧斯汀開始產線準備進行量產。只要 FDA 核准，人體試驗成功的話，Neuralink 就有機會成為第一個達成商用化的腦機介面服務商。

競爭對手與未來展望

然而，Neuralink 只是「有機會」成為第一個達成商用的公司。這兩年，不止一家公司追上，甚至彎道超車，推出比 Neuralink 更接近完成品的產品。在這裡先賣個關子，預告下集我們將討論馬斯克的勁敵，以及可能導致 Neuralink 被指控虐待動物的爭議。