《穿梭超時空》

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！

科普啊科普，你到底是何方神聖

我們熟知的「科普」，是科學普及四個字的縮寫。從英文 popular science 這個名詞來看，它又可稱作流行或大眾科學。

科普旨在用淺顯易懂的方式，向一般大眾傳達科學的技術知識、相關領域的學術研究與傳播科學理念及精神等。常見的媒介是網頁、電視節目、系列書籍或雜誌文章等。

在 2019 年的今日，我們已經進入了科學的時代。如同馬斯洛需求理論所說，人們在滿足了基本保暖需求後，開始對獲取更多知識產生渴望。科普在歐美日等國家已行之多年，相信在成長的過程中，這些翻譯類的科普讀物也陪伴過各位好一段青澀稚嫩的求學時光。

對喜歡科學的我們來說，科普是一種生活中的調劑。有些讀者看著看著，就萌生起一股寫作的欲望和自我期許，但礙於缺少相關了解與管道無疾而終；有些讀者歷經科普洗禮，也產生一股想要了解科普書籍誕生過程的想法和好奇心，但想法往往又因各種波折轉眼即逝、被擱置在腦後。

這回，我們有幸採訪到遠流出版社旗下的科普雜誌——科學人的林彥傑副總經理，由他來帶領大家了解台灣科普書的製作，希望能藉此讓我們與科普的距離更接近。

科普都從哪裡來？

要談科普書的製作，我們要先將它們做一個初步的分類：外國翻譯科普書與國內創作科普書。

前者通常由出版社主編依照國內市場，如：課業、名家 ex. 霍金或議題性，來進行選書。與外國出版社洽談獲得授權後，出版社會依照書籍的內容來挑選譯者。部分科學主題在國內會由特定的專家負責，在這種狀況下，譯者會較熟習這個科學領域，翻譯上不易產生理解偏差等問題。

而國內科普，通常會有兩種做法。第一種是科普作家自行連絡出版社提案，另一種是由出版社訂定主題後尋找合適的作者，擬定大綱供其參考。

須注意、應注意而要注意

編輯在科普寫作上扮演著非常關鍵的角色。首先，確認稿件文字是否流暢易讀是最基本的關卡。再來，編輯要注意文章是否都有符合以下條件：

科學事實的求證

科普文章最注重的就是正確性和嚴謹度。正因為肩負著把科學知識與理念傳達給世人的重任，在這分面完全是馬虎不得的。

專有名詞的統一性 + 新進專有名詞的翻譯

以科學人雜誌為例，編輯部有建立標準辭庫，務必要保持某個名詞在同系列的書籍乃至所有出版書都是統一的，免得讓讀者陷入不同名詞但同義的困惑中。若有處理到科學界的新名詞，作為第一手引進者，如何準確翻譯也是一大考驗。

幕後的審訂老師 + 專有名詞的更新

每一科學領域都該有一群專家學者可供編輯諮詢，同時編輯也須注意到學界是否針對某個名詞有了新的詮釋，例如：近年「精神分裂」的用詞被改為「思覺失調」。由此可知，科普編輯通常會要求是科學背景出身，對科學具有一定敏感度的人。

最後要特別注意的是篇幅。並不是字多就是好，捫心自問：這麼多字，讀者真的有興趣嗎？適當的文字清理可以讓文章更聚焦，效果反而會更突出。

雖然叫科普，但是市場小眾

當我們提到科普，第一個會想到的就是：它是專門給大眾看的、很多人閱讀，殊不知科普的市場反而比較小眾。科學本身就是一門龐大的學問，從眾多領域中挑出一種，再從中挑出一項來介紹給一般人，這個行為本身就已經是針對某一小群「對某領域有興趣」的人。換句話說，最後選出的主題是呈現給被篩選過後的讀者看的。讀者定位清楚不是壞事，有時候反而因此可以在某一群讀者中發酵，而達到不錯的銷售。

出版科普書籍需要花費龐大的心力，在銷售不那麼亮眼的狀況下，出版社可能更願意選擇純文學的作品，不但閱讀者多、翻譯跟事後的校對也不避耗費額外的成本。

市面上的科普書籍大多來自國外，台灣本土科普寫作因為研究者自身的觀念或是生涯規劃上的考量數量稀少。另外學校方面的壓力、編輯人才不足及網路酸民批評等因素都是影響學者是否願意投入心力在上面的因素之一。

所以在讀者這麼少的狀況下，市場的考量在下手動筆前變得尤為重要。

如果全世界只有一個人看，他長怎樣？

先設定讀者，再設定怎麼編排，怎麼行銷

科學人的林彥傑副總經理分享到，科普書的製作中必須為每本書的讀者找出設定：如果全世界只有一位讀者，那他的學歷背景如何？社經地位和年齡？興趣或是專長等。這些設定都可以輔助作家和編輯找到寫作的方向，之後再針對市場的目標受眾，決定寫作的風格和敘述口吻。

給新手科普作家的兩個提醒

如果各位已經決定投身科普寫作，那麼有兩件事情需要特別注意：

不要貪心，目標是說好一件事

新手作家容易犯的錯誤就是想要在短短的篇幅內解釋很多東西。這容易讓文章失去焦點，讀者變得無所適從。

有持續寫作的恆心和毅力

寫作是孤獨的，在工作課業之餘撥出時間定期定量的產出是一件不容易的事。有動機還不夠，你還必須具備持之以恆的毅力、自我督促，一步一步達成目標。

讓我們放眼未來

這是一個科學的社會，生活中到處都充斥著科學。隨著學制鬆綁，學生們更有機會從做中學、容易產生對萬物的好奇心，也更富有探究精神。大家開始會對不了解的事情產生疑惑、對過去習以為常的迷信說法產生質疑。

而這些，都是孕育台灣本土科普發展的土壤。期待在不久的將來，我們能看到台灣科普在各大書店都可以佔有一席之地！共勉之。

看完本書書稿，回頭繼續盯著電腦工作的我，有點感動，彷彿跟網路世界交上了心。

科普書的市場準則：出現的算式越多，賣得越差。曾經聽一位出版社編輯說，即使是在書名上出現「E=mc²」，都會讓他們猶豫再三，深怕影響銷量，這也難怪針對電腦科學或演算法的科普書那麼的少。即便我們的世界已經被電腦科學所顛覆，絕大多數的人，包括我在內，都只是傻傻地看著奇蹟變成慣習。

《改變世界的九大演算法》是本我願意大力讚許跟推薦的好書，不僅因為這本書勇於碰觸科普書出版的禁忌，而是因為本書作者，美國迪金生學院數學暨電腦科學系教授 John MacCormick 俐落的文筆跟清晰的鋪陳，足以抹消非專業人士對演算法的恐懼。

搜尋引擎到底是如何在百億個網頁之中，於零點幾秒之內找到我們想要的那個連結？讓數十億人感到滿意的網頁排序是如何實現的？如何在網路上傳輸隱私資訊，而不被中間無數節點看得一清二楚？如何驗證收到的資料是正確，無篡改的版本？人工智慧的基本原理是什麼？… 如同作者所說，看完本書並不會讓你我可以即刻動手寫程式，變成演算法大師，但了解其運作原理，足以讓人感到任督二脈暢通，擁有了練內力的根基。

作者善於用從簡單的小案例開始，一層層地將演算法的精神跟實際應用堆疊而上，讓我們從邏輯上去了解演算法的設計因由，至於繁複的計算過程在本書其實並非主角，除了幾個掰掰手指就能算出的範例外，作者並未給讀者太多負擔，因為在真實情況下，要展現演算法的能耐，也只能交由電腦去算。只要邏輯通了，演算法的設計美感就自然浮現，而這就是作者每一章節由淺入深，幾乎可說是循循善誘的寫作想要帶領我們進入的境界。

近來最熱門的科技產業關鍵詞「大數據」，讓產官學無不趨之若鶩，但大數據跟青少年的性經驗一樣：每個人都在談，每個人都宣稱自己做了，然而真正讓數據展現出價值的並非空談，而是演算法。從股市到戰爭，從自動交易到自動使用武力，背後都是演算法，而儘管實際做法不同，但看完本書，你都能更加理解演算法何以改變世界，也比較能理性地看待許多吹得上天下地的大數據忽悠文。

從另一方面來看，演算法本身即是戰場。無數網路高手抱持著挑戰或是為惡的心態，試圖打穿演算法之牆（或是悄悄繞過），有趣的是，台灣正是核心戰場之一。「誰說台灣是個沒有天然資源的國家？台灣最大的天然資源就是病毒樣本」這句話來自於一位知名台灣駭客 Birdman。台灣面對的入侵跟資安事件多不勝數，在世界上僅次於美國，是病毒（惡意程式）樣本數量最多的地方，既然如此，那麼對我們來說，多去認識電腦科學與演算法，就更是一種義務了。

同步推薦： 《演算法統治世界》

加來道雄1994年的著作，自98年中譯本問世後已經十餘載，前陣子尋覓多時才終於讓我在書店找到它！

這是一本範疇很廣的科普書，標題乍看給人是在探討時間旅行為主軸的感覺，其實不然。書名中所謂「超時空」事實上指的是高次元時空（Hyperspace）。同時這也是一本富有人文社會味道的科普書，不光只是在介紹科學，也探討藝術、文化、與宗教在歷史上對於高次元空間的諸多異想的軌跡。

下面為本書目錄：

第一部　進入第五次元
第一章　超越時空的世界
第二章　數學家和神幻術士
第三章　能夠「看到」第四次元的人
第四章　光的秘密：第五次元的振動


第二部　在十次元統一
第五章　量子異端
第六章　愛因斯坦的復仇
第七章　超弦
第八章　來自十次元的蛛絲馬跡
第九章　創世之前


第三部　蟲洞：進入另一個宇宙的通道
第十章　黑洞與平行宇宙
十一章　建造時間機器
十二章　碰撞宇宙


第四部　超空間的主宰
十三章　未來之外
十四章　宇宙的命運
十五章　結語

我想，本書的中心思想在於推廣弦論。這是目前理論物理學界最火紅、認為最有希望統合相對論與量子理論的模型，但是卻也存在龐大的爭議。最大的癥結就在於弦論（或者超弦理論，Superstring Theory）目前無法被實驗驗證，因此有一派的物理學家壓根兒不認為它稱得上是一套科學理論。

看多了現代物理的科普書，就會發現這兩派的看法可謂壁壘分明。例如上一次曾經介紹過的《比光速還快》的作者喬奧，從其書中字裡行間就能看出他並不欣賞弦論。那麼加來道雄呢？這位學者的作品裡處處透漏了他內心那些宏觀科幻式的想望，這點從他的另一部較新著作《電影中不可能的物理學》也能看得出來。事實上，加來道雄也是超弦理論的支持者（與研究者），認為這個告訴我們世界其實是十一度空間的超玄理論（笑），很有可能是這個世界的真相。

本書在於推廣作者內心對於超空間存在的正面信仰，在書中第一部便從早期的黎曼幾何學開始引介空間扭曲的概念，許多例子（不論是史料還是虛構）都叫人腦力激盪，十分有趣。第一部另一個焦點就是愛因斯坦的相對論，有相當深入淺出的描述，並且配合黎曼幾何的說明而更加令人對相對論在數學上的抽象形象具體化了些。書中第二部不可避免地開始探討量子力學，這邊作者的行文比較深奧，不是那麼「科普」，但第二部豐富之處並非那些技術性片段，而在於作者將近代物理學理論發展的脈絡透過他學者的角度整理得十分清晰而有條理，讓我們能夠去感受到那些物理學界巨人們的諸多奇異發想究竟是如何崛起、如何殞落、又如何再度崛起……如果說《比光速還快》是一位學者自身的發展歷程，那《穿梭超時空》就是一位物理學者綜觀人類科學軌跡的發展史，當然，兩者都著重於「牛頓之後」，也就是古典力學之後的物理學革命。

本書中後段也開始較為深入地探討宇宙學的議題。在第三部的內容比較著墨於宇宙學之謎而非宇宙學本身，探討的都是可能不為真、目前無法驗證的理論，例如蟲洞的存在與否，黑洞的性質和宇宙的可能命運……等等，雖然其中許多都是極度宏觀、甚至幾近不攸關的議題，例如去「關心數十億年之後人類的可能性」之類的，然而一旦去追隨作者的文字去進行發想，也會感受到一股被其牽引的魔力在讀者的腦海中發酵吧！

《穿梭超時空》是一本分量稍微厚重、但絕對相稱地豐富的科普書，值得一讀。

ps. 在本書中我才知道原來所謂「世界線（World Line）」的時空概念就是出於愛因斯坦。在我曾經介紹過的科幻電子小說作品《STEINS;GATE》中的獨創時空觀念，想必就是發想於此再去進行變異的吧！（我是不記得作品中是否有對此著墨說明世界線與相對論之關聯了）

本文原發表於EverDark.info。