「初夜」最早發生在幾歲？以及為什麼要調查

• 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。

為什麼男生也要打子宮頸癌疫苗？

你知道嗎？其實子宮頸癌疫苗應該被正名為「人類乳突病毒疫苗（HPV 疫苗）」，因為並不是只有子宮的人才要打！在過去的研究報告中，女性的子宮頸上皮細胞因感染人類乳突病毒（HPV ）的高危險型別（會致癌的型別如16、18型）後，受到病毒蛋白的作用而使正常健康的子宮頸細胞會出現癌前病變，之後就有極高可能變為子宮頸癌 ¹，因此在這樣的認知基礎與方便宣傳下，HPV 疫苗漸漸被以「子宮頸癌疫苗」代稱，但這反而讓大眾形成「只有女性需要施打」的迷思。其實，男性也該依醫囑施打 HPV 疫苗唷！

為什麼男生也會感染 HPV？病毒感染症狀、傳播方式?

人類乳突病毒（Human Papillomavirus ，簡稱 HPV）是一種 DNA 病毒，目前已有兩百多種型別被發現，雖然被稱為「乳突」病毒，但實際上跟乳頭沒關係，千萬不要混淆了。是因為感染 HPV 病毒的病患，會造成感染部位的表皮細胞增生，在臨床病理切片下看起來像是鐘乳石般突起而有這樣的命名 ³。大多數 HPV 類型會感染皮膚上皮細胞，並引起常見的皮膚疣，約有 40 種型別會感染黏膜上皮細胞。

除了上述 HPV 16、18 型會引起侵襲性子宮頸癌與其他男女生殖部位癌症外，若感染 HPV 6、11型人類乳突病毒可能會引起尖形濕疣（俗稱菜花）或其他生殖器病變，但由於致癌機率相對小，被分類為低危險型別 ^{2, 7}。

HPV 的傳染途徑主要是經由性行為的接觸傳染，極少數是經由母嬰垂直感染 （子宮內 HPV 可能是經由精液由下生殖道上升感染，或嬰兒出生時產道直接接觸感染）。在性行為過程中，病毒會透過接觸皮膚、黏膜或體液而感染。

有時，若外部生殖器接觸帶有 HPV 的物品，也可能造成 HPV 感染。根據統計資料，不論男女生，每個人一生中約有 5-8 成的機會感染到 HPV。儘管大多數感染 HPV 的情況，是無症狀且可透過身體的免疫系統而自行消退，但若是持續感染的情況，則會發展為肛門生殖器疣、癌前病變以及子宮頸癌、肛門生殖器癌或頭頸部位癌症。因此，如果是伴侶的性經驗較複雜、自身有長期免疫力低落等情況，都可能增加 HPV 的感染風險。

最新研究指出，全球三分之一的男性感染 HPV

過去許多有關 HPV 的研究，皆主要探討「如何預防女性因感染 HPV 而罹患子宮頸癌」，但 2023 年 9 月國際頂尖期刊 Lancet 系列的 Lancet Global Health 中發表的論文帶來了新的視角。

研究團隊回顧 1995 年到至 2022 年間發表的 65 份研究報告中，評估一般男性族群生殖器 HPV 感染的盛行率，發現在 15 歲以上的男性中，每3名就有1名感染至少一種 HPV 類型，每 5 名就有 1 名感染一種或多種高致癌型別的 HPV，導致男性罹患生殖器疣以及口腔癌、陰莖癌和肛門癌等疾病。研究團隊認為不管是在哪個年齡層的男性，又或特別是性行為較活躍的男性，其生殖器官就是「 HPV 病毒重要的儲存庫」⁴。

世界衛生組織（WHO）也針對研究內容表示：「男性生殖器 HPV 感染盛行率的全球研究證實了 HPV 感染的廣泛性。高危險 HPV 類型的感染可導致男性頭頸部位的癌症（如口腔癌、口咽癌）、陰莖癌和肛門癌。我們必須繼續尋找機會預防 HPV 感染，並降低男性和女性 HPV 相關疾病的發生率 ⁵。」

另外，根據台灣2020癌症登記資料中，頭頸癌是台灣男性發生率第3名的癌症，而在頭頸癌中的口咽癌，被發現有 30% 是與 HPV 感染相關 ⁶。從這樣的數據資料來看，若要全面性預防 HPV，更需要兩性一起施打疫苗。

全球跟進，台灣不可置身事外。世界男性的施打情況為何？

全世界已有 126 個國家將 HPV 疫苗納入國家疫苗接種計畫，其中已有 58 個國家提供男女共同施打 HPV 疫苗，其中包括美國、英國、德國、澳洲等國家。以美國為例，從 2019 年統計的 HPV 疫苗覆蓋率來看，男性中約有 69.8% 的人至少接種過 1 劑 HPV 疫苗 ⁷。

反觀台灣目前只提供國中「女生」公費接種 HPV 疫苗，雖然已經有地方政府自行編列預算讓轄區內國中「男生」同樣享有公費接種疫苗服務，但以台灣現階段的公衛政策而言，還是將 HPV 疫苗接種的主要目標放在 9 至 14 歲、未開始有性行為的女生上，不只未跟上國際趨勢，兩性健康平權也尚有努力空間。

HPV 疫苗種類及補助

國內目前提供三種為食品藥物管理署核准的 HPV 疫苗，不論施打哪一種疫苗，皆可預防最重要的第 16 型及第 18 型所引起的高致癌風險，保護力約 8 年，分別為下列種類 ^{9, 10}：

參考資料

1. https://www.hpa.gov.tw/Pages/List.aspx?nodeid=1799#list0 國民健康署
2. https://www.commonhealth.com.tw/article/82881 康健網站
3. https://www.syh.mohw.gov.tw/?aid=626&pid=112&page_name=detail&iid=384 新營醫院
4. https://www.who.int/news/item/01-09-2023-one-in-three-men-worldwide-are-infected-with-genital-human-papillomavirus WHO文章
5. https://www.thelancet.com/journals/langlo/article/PIIS2214-109X(23)00305-4/fulltext Lancet Global Health期刊論文
6. https://www.cna.com.tw/news/ahel/202309280241.aspx 新聞
7. https://www.cdc.gov/vaccines/pubs/pinkbook/hpv.html 美國CDC
8. https://www.who.int/news/item/20-12-2022-WHO-updates-recommendations-on-HPV-vaccination-schedule WHO指引
9. https://www.hpa.gov.tw/Pages/Detail.aspx?nodeid=1752&pid=11889 國民健康署
10. https://health.gov.taipei/cp.aspx?n=239A1E89D0295C00&s=437A8C567509EB04 台北市政府衛生局

警告：本文不適合18歲以下讀者。節錄自鑑識期刊的個案報告，雖已去除驗傷照片與部份敏感內容；但解釋辦案過程與精神狀態的段落，仍會提到非法的極端性愛行為。正文於圖片後開始。

急診就醫

左眼窩外緣的瘀青，在妝粉下若隱若現。德國某急診室裡，30 來歲的女子聲稱，日前於浴室跌倒。^[1]醫師見其右手臂橈神經麻痺（radial nerve palsy），決定轉診神經科。^{[1, 2]}5 天後，她又來了，這次是嚴重呼吸困難。右側氣胸（pneumothorax）、肋膜積水（pleural effusion）、肋骨多處新舊骨折，而且食道還有 10 公分撕裂傷。女子解釋，自己「意外」吞下本想送進氣管的充氣物。醫療團隊從其胸腔引流出大量液體，並在食道手術後，刻意令她陷入誘導昏迷（induced coma），好好休養幾天。^[1]

警方偵辦

住院期間，醫師驚覺女子全身到處血腫，而且沒有乳頭，因此請婦科檢查。警方稍後也獲報偵辦。年紀長女子幾歲的男性伴侶供稱：女子有極端癖好；自己單純配合。他向警察出示一份可疑的「契約」，顯示女子自願隸屬於他，並且無條件同意，包含虐待在內的所有活動。警方於其住所，找到施虐的用具和自錄的性愛影片。調查報告則指出：女子營養不良；有鞭笞、穿洞和菸頭燒燙引起的外傷與感染；而之前提及的神經麻痺，則是長時間不當肢體束縛所致。此外，她身上有個刺青，寫著「…先生的財產」。^[1]

依賴型人格障礙

女子被診斷為罹患依賴型人格障礙（dependent personality disorder）。^[1]這類病患對自我照顧缺乏信心，非常害怕獨處，因此大小事情全聽特定人士的指令，完全不敢反駁。他們如果受到適切的認可與指導，其實有機會正常運作；但又通常會刻意避免做得太好，以防喪失庇護。如此無謂的分離焦慮，往往使病患學不到東西，最後真的只能仰賴別人生活。然而親密關係難免因故中止，他們便馬上飢不擇食地濫抓浮木。^[3]恐懼失去依靠的心態，很可能就是女子緊黏暴力伴侶的原因。

性施虐症

至於男子性施虐的癖好，若僅於雙方合意的範圍內輕微地執行，臨床上不算是毛病。^[4]不過，他的程度已經符合《精神疾病診斷與統計手冊》中，性施虐症（sexual sadism disorder）的標準：^[1]

1. 在幻想、衝動或行為上，反覆從傷害他人的身心，以得到強烈的性快感。^[4]
2. 在非合意的情況下，將性衝動宣洩在他人身上；或者這些性幻想和衝動，已經嚴重影響病患本人的工作、社交或其他重要領域。^[4]
3. 為期長達 6 個月以上。^[4]

性施虐症和強暴儘管類似，訴諸暴力的動機卻不同：前者從他人的痛楚，得到性高潮；後者則旨在強迫受害者臣服。^[5]不到一成的強暴犯，有性施虐傾向；然而在性愛兇殺案件的罪犯中，37% 到 75% 具此特質。此外，當性施虐與反社會人格障礙（antisocial personality disorder）並存，會變得格外危險，難以治療。^[4]

回到本文的個案，男子提出的「契約」，文字上雖然看似雙方合意，但是在警方深入調查後，不被視為充分證據。他不僅遭判重傷害罪與危險傷害罪，還因為過往的恐嚇、交通肇事逃逸、偽造文書，以及持有非法性愛素材等犯罪紀錄，而被限制不得假釋。男子服刑才一年半，就在獄中自殺。將近 20 載後，協助辦案的法醫等人，整理當時的病歷和判決書等資料，於 2023 年把這個故事公諸於世。^[1]

參考資料

1. Koelzer SC, Bunzel LM, Holz F, et al. (2023) ‘Esophageal rupture through extreme sadomasochistic practice’. International Journal of Legal Medicine.
2. Glover NM, Murphy PB. (29 AUG 2022) ‘Anatomy, Shoulder and Upper Limb, Radial Nerve’. In: StatPearls. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing.
3. Zimmerman M. (SEP 2022) ‘Dependent Personality Disorder (DPD)’. MSD Manual, Professional Version.
4. Brown GR. (SEP 2022) ‘Sexual Sadism Disorder’. MSD Manual, Professional Version.
5. Frances A, Wollert R. (2012) ‘Sexual sadism: avoiding its misuse in sexually violent predator evaluations’. Journal of the American Academy of Psychiatry and the Law, 40(3):409-16.