資料視覺化(data visualization)對人口普查的意義

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！

用眼睛、耳朵「吃」食物是什麼感覺呢？

進食是一種多重感官的體驗。

雖然我聚焦在顏色與視覺上，但這並不代表視覺是食物產業和消費者唯一重視的感官，也不代表視覺會在食物買賣中完全取代其他感官。

聲音、氣味、觸感和顏色都會影響人們對食物口味的感知，無論我們想不想接受，事實都是如此。自 19 世紀以來，食品製造商和食物科學家已經對人工調味做了非常廣泛的研究。

近年來，研究人員對於聽覺對食物口味的影響越來越感興趣，酥脆的聲音就是其中一例。

在 2000 年代的一系列出版品中，心理學家查爾斯．史賓斯（Charles Spence）指出，我們在咬、咀嚼與吸吮時聽到的聲音會大幅影響我們對口味的感知。

我們不只會靠著食物的聲音來判斷質地，也會用聲音判斷品質。由於在許多蔬果中，爽脆的聲音就等同於新鮮，所以這種聲響會對人們的感知產生格外明顯的影響。

人類學家和歷史學家也越來越注意飲食中各種感知的交互影響，他們不只從科學的角度做探討，也從歷史與文化的角度做研究。在飲食的多重感官體驗中，針對顏色的歷史分析是失落的一角。

大學、公家機關和企業實驗室的食物科學家和心理學家都已經在研究顏色在食品業中的功能了，「顏色與口味之間的關係」就是研究主題之一。

雖然他們的研究顯示，顏色對食物的口味有生理上與心理上的影響，但他們普遍忽略了顏色與食物的歷史與文化。

控制感官因子將食物商品化

食物是最古老的原物料之一，但企業至今仍持續藉由控制感官因子（包括顏色）進行食物的商品化，在每一個新市場中，人類的決定與行動都在不斷重新塑造食物。

食品業在「視覺化口味」的過程中會使用兩種工序：創造意義，以及控制食物的物理型態。顏色不只是食物的物理特徵，更具有社會與文化上的意義。

社會學家羅蘭．巴特（Roland Barthes）在 1950 年代晚期的文章中指出，人們在資本主義的系統中，是依附著「物質」創造神話的，這些物質包括相片、汽車和食物等。儘管巴特的文章主題是「法國日常生活中的神話」，但他的分析框架能讓我們更理解對物質的深層意義，而不只是了解實用功能而已。

食物的顏色是一種符號，能代表天然、優秀與人工的概念。農人、食品加工廠和雜貨商開始試著把特定食物的顏色與味道「配對」，他們的手法包括控制熟成過程、增加食用色素和使用冰箱。許多美國人視為「天然」的食品顏色逐漸占據了整個市場。

然而，所謂「不自然」的顏色（例如綠色的柳橙、偏棕色的肉和偏白色的奶油）並不一定代表食用品質下降了。

食物的顏色會影響人們的選擇

食物的顏色，代表了另一種口味的視覺化：消費者的好惡。

從 1870 年代開始，企業製造出分裝色素和蛋糕預拌粉等「便利」原料後，色彩繽紛的食物就變成了一個人在家庭烹飪的品味體現，也象徵了理想的陰柔特質和一個人的社會性格。

正如社會學大師皮耶．波迪爾（Pierre Bourdieu）所主張的，味道構成了「一種後天的傾向」，人們能「透過區別口味的過程建立與標記彼此之間的差異」。與康德式的普遍審美判斷不同，在如今的高消費社會中，對於特定顏色的品味和知識是一種社會標記（social marker）。

在這方面，感官知覺不僅僅是個人的生理感覺，而是一種共同的文化體驗。

——本文摘自《秀色可餐？：所謂的新鮮和健康，都是一場精心設計》，2023 年 6 月，今周刊，未經同意請勿轉載。

最近台灣又要展開十年一度的人口普查，同時間，中國，世界上人口最多的國家，也準備要開始人口普查，據說要花上幾百億人民幣才能完成這個大工程。然而人口普查到底為何如此重要呢？簡單來說，這是為了讓執政者跟立法者能夠從結構的角度來了解國家未來的方向，像是青壯年人口的比例、老年人口的增加、學歷分佈、國內遷移跟居住的情形、族群分佈的情形等等，都是施政很重要的依據。一般公民也可以依照這些開放資料來判斷一些政策是否恰當。

然而即使調查了資料，對於懶惰的政治人物或是根本沒在關心的大多數人而言，這些數字都無法立即變成知識跟行動依據。這時候將資料視覺化能夠讓我們很快速地看出一些棉棉角角。紐約時報推出的「Mapping America-Every City Every Block」就是一個經典示範。

透過這個互動式美國人口資料地圖，很容易看出每個地方的族群特色，例如切換到亞裔人口地圖之後，一眼就看出亞裔人口密集度最高的地方就在加州中西部靠海的三個郡：Alameda、Santa Clara、以及San Mateo。

此外，透過這個地圖，你還可以一目了然地知道美國哪裡是有錢人聚集地、哪裡是窮社區、住房的情形、甚至每個街區的居民教育程度。或許有人會批評把這些資訊都攤開來會讓貧富、種族等隔閡更大，因為不同的人們更能避開彼此。但我認為誠實揭露現況，其實更能給施政者壓力，讓他們著手改變現況。

要整理那麼多資料，想必花了地圖製作者不少工夫。期待台灣的人口普查完成後，政府也能夠釋出規格化的資料，而也有媒體能夠花點時間從這資料的大海中將意義重新串聯起來。

人類如何發展成多元族群？

自從三十萬年前智人在非洲現身，多元化便幫助人類適應非洲各地不同的環境。這期間大部分時候，適應成功漸漸產生更好的獵人和採集者，使食物供給增加，人口明顯上升。

之後每個人可享有的生存空間和自然資源減少，早在六萬至九萬年前的某個時間，智人開始大規模出走非洲大陸，尋找更多肥沃的生存土地。由於這種外移過程有連續性，便自然產生一種相關：定居的地方離非洲越遠，人口多元化就越低。智人離開非洲越遠，其社會的文化、語言、行為、體格多元化程度就越低。這種現象反映著連續始祖效應（serial founder effect）。

什麼是「連續始祖效應」？

假設有個島上，住著五種主要品種的鸚鵡：藍、黃、黑、綠、紅，牠們在島上適應存活的能力相當。當颱風來襲，有幾隻鸚鵡被吹到很遠的荒漠小島。這一子群鸚鵡不太可能涵蓋所有五個品種。假定牠們以紅、黃、藍居多，不久滿布新島上的幼雛將遺傳牠們的毛色。於是新島上形成的鸚鵡群就不及原棲息地的多樣化。要是後來又有很小一群鸚鵡，從第二島移往第三島，這一群的多樣化更不及前二島。所以只要鸚鵡從母島移出的速度快過原島上可能產生突變的速度，則牠們（相繼）移得越遠，就越不多樣。

人類移出非洲也是類似模式。起先有一群人離開非洲，定居在附近肥沃地帶，他們只帶走非洲母體人口多樣化的一部分。等這群最早的移民成長到新環境無法支撐他們再擴大，便會有一群人離開，去尋找別的處女地，定居在更遠的地方，其多元化將更低。人類向非洲以外散布，以致各洲都有人類蹤跡的這段期間，同樣的過程一再重複：人口增加，新群體再移出，去追尋更綠的草地，但多樣化僅及母體人口的一部分。

儘管有移民改變方向，這顯而易見，不過這種移居模式的影響是，離開非洲來到西亞的人群不像原本在非洲的人口那樣多樣化，其後代又繼續向東移往中亞，最後來到大洋洲和美洲，或是向西北移往歐洲，多其樣性也越來越比不上留在原地的人。解剖學上的現代人類，從非洲的搖籃向外擴張，為世界各地文化、語言、行為、形體多元化的程度不同，刻下深刻且不可磨滅的印記。

這種與非洲離得越遠、人口整體多元程度就降低，部分反映在較遠的在地民族基因較不多樣化上。根據對二百六十七種不同人口做基因多元化的比較測量，這些人口大都可找出原屬的本土族群和地理上的發源地。結果很明顯，距東非最近的本土族群基因最多樣化。多樣化最低的是中南美洲的本土族群，他們從陸路移出非洲的距離最長。多元化與移出東非的距離成負相關，這種模式不僅出現在各大洲之間，在各洲內部也是如此。

體質與認知人類學領域提供更多這種證據。研究人體體型的特徵，比方與牙齒特徵、骨盆特徵、產道形狀相關的骨骼架構，以及研究文化特徵，例如不同語言的基本詞語單位（「音素」〔phonemes〕），都證實有源自東非的連續始祖效應存在；同樣是距東非越遠，體形和文化特徵的多樣化越低。

人口多元化表現的形式是多方面的，若要適當探究整體多元化程度對國家經濟繁榮的影響，當然需要比基因學家和人類學家所提供的更廣泛許多的測量標準。此外，這標準也需要獨立於經濟發展的程度之外，以便用於評估多元化對國家財富的因果效應。這會是什麼樣的測量標準呢？

測量人類多樣性的標準是什麼？

測量人口多元化慣用的標準，往往只擷取人口中族裔或語言群體的比例代表。這類標準因此有二大缺點；一是某些族裔和語言群體的關係較密切。由等比例丹麥人和瑞典人組成的社會，或許不如由等比例丹麥人和日本人組成的社會那麼多元。另一缺點是，族裔和語言群體的內部也不盡然完全同質。全由日本人組成的國家與全由丹麥人組成的國家，多元化程度不見得相同。事實上，族裔團體內在的多樣性通常比不同群體間的多樣性要大上十倍。

因此要全面測量一國人口的整體多元化，至少應當再多加二個多元化的面向。一是族裔或次民族群體內在的多元化，如美國的愛爾蘭裔和蘇格蘭裔人口。其次是比對任一組族裔或次民族群體之間的多元化程度，例如，比起美國的愛爾蘭裔和墨西哥裔人口，愛爾蘭裔和蘇格蘭裔的文化較為相近。

鑑於移出東非的距離與可觀察特質的多元化之間存在緊密的負相關，這個遷徙距離可用於代表地球上每個地方的歷史多元化程度。我們依據各地人口的祖先與遷徙出非洲的距離有多遠，可以建構推算今日各國人口整體多元化的指數，列入考量的包括 (1) 國內各次群體的祖先人數多寡；(2) 依據各次群體的祖先走出東非時遷徙的距離，來推測其多元化；(3) 每一次群體配對後，由兩方祖先和地理發源地的遷徙距離來推算多元化程度。

這樣用統計學測量來推算多元化水準有二大優點。一是史前遠離非洲有多遠，顯然完全與當今的經濟繁榮水準無關，所以這種測量法可用於估計多元化對生活水準的因果效應。其次是如上文所強調，有越來越多體質與認知人類學領域的證據顯示，遠離非洲的遷徙距離深深影響到許多表現在身體及行為上的特質的多元化；所以我們有把握，用這種測量法推算的多元化類別會產生社會結果。

要是用這種指數測量多元化不精準（採隨機方式進行），原因比方說是未能適當考量各洲的內部移民，則根據統計學理論，我們多半會因此否定、而非確認多元化影響經濟繁榮的假設。也就是說，如果我們犯錯，是因為過於謹慎。

人口特質多元性和能不能賺大錢有關係！？

最後很重要的一點是，我們是針對個別社會的特徵測量多元化。這測量的是某一社會的人口特質有多少不同種類，無論這些特質是什麼，或是不同社會間有什麼差別。因此它不會、也不能用於暗示某些特質比別的特質對經濟成功更有利。反而它可以掌握到某個社會的人口特質多元化，對經濟繁榮有何潛在影響。事實上，把地理與歷史干擾因子納入考量，遠離非洲的遷徙距離本身似乎並未影響全球各地如身高體重等特徵的平均水準。它主要是影響群體中的個人與平均水準的差異。

有了這強有力的測量法可測定每一群人口的整體多樣性，我們終於可以探究數萬年前遠離非洲的大出走，以及它對人類多元化的影響，是否如此源遠流長，以致居然還能左右當前的全球生活水準。

———本書摘自《人類的旅程》，2022 年 10 月，商業周刊，未經同意請勿轉載。