「鱸鰻」不是「流氓」魚！它只是喜歡吃「蘆」竹的鰻魚啦！——《一午二紅沙，三鯧四馬鮫》

• 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。

有位朋友大概是想到「墨」和「烏」都是黑的意思，就問我：墨魚也叫烏魚？

我說，不是啦！墨魚是烏賊，烏魚是烏魚子的媽。

我這樣說，他就聽懂了！為什麼呢？因為在台灣，很常看到烏魚子，卻較少看到烏魚。

先民以來的傳統名餚

烏魚最有價值的部位是母魚的卵巢，可鹽漬、曬乾做成名貴的「烏魚子」（台語音oo-hî-tsí）。公魚的精囊則稱為「烏魚鰾」（台語音oo-hî-piō，鰾也寫作膘），一般是直接生煮，也是高貴的食材。

烏魚取出卵巢、精囊後，稱之「烏魚殼」，價值就低了，可煮成烏魚米粉、麻油烏魚等。以前的野生烏魚非常美味，成為很多人童年的美食回憶，但現在大多是養殖烏魚，魚腥味較重。

台灣先民很早就知道烏魚子的美味。台灣清代方志：「子成片，下鹽曬乾，味更佳。」「其子整片下鹽，以石壓之，曬乾，可焙為酒品。」

日本時代台南文人連橫《臺灣通史》說得最清楚：「烏魚之卵，結為一胎，略分為二，長及尺，重十餘兩。漬鹽曝乾，以石壓之至堅，可久藏。食時濡酒，文火烤之，皮起細胞，不可過焦，切為薄片，味極甘香，為臺南之珍饈。」

日本也有烏魚子，但產量少而較小。日本人一樣視烏魚子為珍貴的禮物和食物，日文稱之カラスミ（karasumi），這是「唐墨」二字的訓讀音：「唐」訓讀から（kara），「 墨」訓讀すみ（sumi）。日本人覺得烏魚子的形狀很像從中國傳來日本的墨，所以稱之「唐墨」。

根據中研院《臺灣魚類資料庫》，「鯔科」的「鯔」俗稱烏魚、信魚，最大體長可達一公尺。

「鯔」是什麼意思？「鯔」本指江河之魚，明李時珍《本草綱目》：「鯔，色緇黑，故名。」緇是黑色的意思，因此鯔魚的本意就是烏魚，以魚背烏黑而得名。

《噶瑪蘭廳志》（一八五二年）：「烏魚，鯔魚也，本草作烏魚．產於溪池者曰溪烏、池烏，產於海者曰海烏。臺地冬港俱有，冬至前到，味甘嫩；冬至後散子回頭，則瘦而味淡。」

台灣的「烏金」產業

這段話也解釋了何以烏魚又叫「信魚」，守信的魚。烏魚是洄游性魚類，每年冬季隨北方的大陸沿岸流（親潮）從台灣海峽南下避冬，並在南台灣海域產卵。根據台灣文獻記載，烏魚一般在冬至前十日至台南，稱「正頭烏」，魚肥而味美，魚卵和魚鰾飽滿；產卵後自恆春北返，稱「回頭烏」，魚變瘦、味道也差了。

所以有一句台語俚諺：「冬節烏，較肥豬脚箍。」冬至（陽曆十二月二十二日或二十三日）的台語叫「冬節」，冬至的烏魚比豬腳還要肥美。還有一句「鹹水烏，較贏雞肉箍」，意思是海裡的烏魚比雞肉還要好吃。

早在十七世紀荷蘭人統治台灣之前，就有閩、粵沿海漁民前來台灣本島和澎湖捕捉烏魚，最早只在冬天作季節性停留，後來又兼農作，才逐漸定居下來。所以有人說，台灣漢人移民最早是被烏魚吸引來的，烏魚就是「烏金」。

台灣的烏魚產業，從荷蘭時代就開始對漁民徵什一稅（十分之一），後來明鄭、大清時代也都跟進。清代方志記載：「官徵稅，給烏魚旗，始許採捕。」清唐贊袞《臺陽見聞錄》（一八九一年）：「旗以白布為之，書『烏魚旗』字，並船戶姓名，鈐蓋縣印，插於船首，出海採捕，土人謂之『討烏』。」

自一九九〇年代以來，由於氣候暖化、海水溫度升高，烏魚南下台灣海峽時間變晚，加上中國東南沿岸漁民搶先在台灣海峽北方攔截，造成台灣野生烏魚捕獲量日漸減少，卻因此帶動了台灣烏魚養殖業的興起。現在台灣的烏魚子大都來自養殖烏魚，產量和品質都很穩定，頗受歡迎。

今天台灣市面上的烏魚子，有野生、進口、養殖之分，仍屬高價禮品，一樣是台灣料理的名菜。

——本文摘自《一午二紅沙，三鯧四馬鮫》，2023 年 2 月，貓頭鷹出版，未經同意請勿轉載。

香魚以香為名，到底是什麼香味？不要跟我說烤香魚很香！

根據中研院《臺灣魚類資料庫》，胡瓜魚科的「香魚」，分布在西北太平洋區域，包括中國、日本、韓國、琉球、台灣等。香魚是河海洄游魚類，可分兩種：一是降海型，春季從海灣回溯河川成長，秋季從河川游至海灣產卵，產卵後即死亡，因壽命一年故稱「年魚」；一是陸封型，只在淡水生長，體型較小，可產卵二至三次，壽命二至三年。

台灣原生香魚屬降海型，日本則降海型、陸封型香魚都有。在一九六〇年代，台灣因興建水庫、河川汙染等因素，阻斷香魚河海洄游，造成香魚絕種。後來，台灣從日本琵琶湖等處引進陸封型香魚，在水庫、溪流放養，因養殖成功，已能供應市場。

因獨特的「小黃瓜香氣」而命名為「香」魚

香魚在中國各地有很多俗名，例如在山東叫「春生魚」、「海胎魚」。「香魚」之名則來自浙東，因有獨特香氣而得名。

浙江《臨海縣志》：「香魚，鱗細不腥，春初生，月長一寸，至冬盈尺。赴潮際生子，生已輒槁。」

浙江温州名山「雁盪山」有五珍：雁山茶、觀音竹、金星草、山樂官（一種已絕種的鳥）、香魚。香魚在清朝乾隆年間是貢品。

閩南則稱香魚為「溪鰮」。福建泉州《晉江縣志》：「溪鰮，浙東之香魚也，今溪中亦有之。」《漳州府志》也提到南靖、平和兩地山溪間的溪鰮為香魚。

如何較具體的來形容香魚的香味呢？香魚在台灣和中國大陸的中文科名都叫「胡瓜魚科」，應該源自香魚的日文科名「キュウリウオ科」，「キュウリ」的日文漢字是「胡瓜」，「ウオ」是日文的「魚」，所以「キュウリウオ」（kyuuriuo）的日文漢字就是「胡瓜魚」。

日本人為什麼稱之「胡瓜魚」呢？因為這種魚剛捕獲時，身上有「胡瓜」（台灣稱小黃瓜）的味道。我看網路資料，有人說野生香魚有西瓜、香瓜的味道。

日文「キュウリウオ科」（漢字「胡瓜魚科」）下的アユ（ayu，Plecoglossus altivelis），這個名字，台灣人就知道是指香魚了！

「鮎」中代表著佔有與勝利的吉兆

日文也用漢字「鮎」來稱香魚，但「鮎」在中國古代指鯰魚（英文 Catfish），日文也引用。為什麼後來改用「鮎」來稱香魚呢？主要有兩種說法：

一、「鮎」字拆開是「魚」＋「占」，「占」有占領之意，符合《臺灣魚類資料庫》對香魚的描述：「具強烈領域性，強壯的成魚會占領一塊長滿藻類的大礫石，不准其他香魚靠近；如果有外來香魚侵入領域，則會用身體去撞擊，將其趕出。」

二、日本歷史傳說中的第一位女王「神功皇后」，即西元三世紀第十四代仲哀天皇的皇后，在征戰新羅（朝鮮半島東南的古國）前以釣魚「占卜」，結果釣到香魚，視為吉兆，故以同樣具有「占領」意味的「鮎」字，為香魚命名。

日文改以「鮎」字來稱呼香魚後，就再造「鯰」字來代替「鮎」字，這兩個漢字的日文音讀都是ねん（nen）。後來，中文也跟著日文使用「鯰」字了。

香魚「𫙮」出的美味！

在台灣清代方志，香魚被稱為「甲魚」、「傑魚」、「𫙮魚」、「國姓魚」。台語「」音 kia̍t，與「傑」同音。

《諸羅縣志》（一七一七年）：「甲魚，方言名傑魚。巨口，細鱗，無刺，形如鯔，味甚美，長者可六、七寸，出淡水武朥灣等社。」「北路之產，有臺、鳳所無者，如水沙連之茶，竹塹、岸裡之筀竹笋，淡水之甲魚，皆其美者也。」

《噶瑪蘭廳志》（一八五二年）：「𫙮魚，出淡、蘭一帶，近內山者尤多。土人呼國姓魚，謂鄭成功至臺始有之。」

《淡水廳志》（一八七一年）：「𫙮，近內山溪澗甚多，俗呼國姓魚，偽鄭至臺始有之。」在日本時代，連橫《臺灣通史》：「𫙮，俗稱國姓魚，亦曰香魚，產於臺北溪中，而大嵙崁尤佳。」

《臺日大辭典》（一九三一年）也收錄「國姓魚」、「𫙮魚」，日文的解釋就是「鮎」（あゆ，ayu）。

根據上述資料，「國姓魚」之說，應該是台灣「鄭成功神話」的一例，因為台灣和福建本來都有香魚。

「𫙮魚」在清末成為淡水廳的地名「魚坑莊」，戰後改為「傑魚」，今新北市瑞芳區有「傑魚里」、「傑魚坑路」、「傑魚坑溪」（八分溪）等地名，據說古早時代有香魚聚集在此產卵。

「𫙮」字從何而來？魚邊的「桀」是什麼意思？有人說香魚因領域性很強的習性，被比喻中國夏朝暴君「桀」，才稱魚，但這種說法似乎沒什麼說服力。

如果回到台灣清代方志最早稱香魚為「甲魚」、「傑魚」，先不論「甲魚」一般指鼈，台語「甲」有排序在前、優等的意思，「傑」有能力、出眾的意思，那麼先民以「甲」、「傑」來評鑑香魚的美味，也算合理。

——本文摘自《一午二紅沙，三鯧四馬鮫》，2023 年 2 月，貓頭鷹出版，未經同意請勿轉載。