《柳葉刀》2011「全球精神衛生」專號（第一篇）：全球精神衛生的更新議程

• 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。

作者：Charlene Sunkel（南非中央豪登省精神衛生學會）

我在1991年被診斷出精神分裂症，由此開始經歷了精神衛生照護及因之而來的挑戰，從在精神疾病機構的虐待——身體和情緒皆然——到不恰當的精神衛生照護服務，以及污名與歧視的壞處。我已向許多人談論過精神疾病，這使我能深視南非精神衛生照護服務的缺陷與不足，以及使用這些服務的人們的需求。這些挑戰不光發生在精神衛生照護部門，同樣也發生在每位有精神疾病者生活的每個面向。我的經驗使得我能為精神衛生而奮鬥，並建立了豪登省消費者提倡運動——中央豪登省精神衛生學會的計畫之一，主要焦點放在精神病人的賦權及揭發侵犯人權的事件上。我同時也擔任全球精神衛生運動的EMPOWER（Empowering People Affected by Mental Disorders to Promote Wider Engagement with Research，賦權受精神失序影響者以促進更廣的研究參與）計畫的溝通顧問。

雖然在所有社會裡，不分種族、性別、年齡、文化或經濟地位，精神衛生失序都有高盛行率，但精神衛生或許仍是健康專業領域中最受忽略的。〔引用資料1〕即使歷史上已廣泛記載精神疾病，但污名和歧視仍舊存在，同時也經常使得其診斷遠比其症狀更影響著精神病人。〔引用資料2〕

我相信，全球精神衛生最高的優先性，應該就是受到精神衛生失序影響的人們，與精神衛生專業者及研究者之間的夥伴關係，確使團結並和社會溝通關於精神衛生議題的實情。錯誤訊息和神話鼓勵並促成了污名與歧視，也造成了自身的挑戰——例如有些精神疾病症狀的人們卻未尋求或試圖接近精神衛生照護服務；那些無法被診斷出或適當處遇者；破碎的關係；被家人和社群遺棄和忽略；違犯人權；以及其他社會和經濟挑戰。

這類夥伴關係的例子就是EMPOWER計畫，其涉及在非洲和亞洲五個發展中國家的夥伴們。EMPOWER是由全球精神衛生研究機構（倫敦衛生及熱帶醫學院，英國倫敦）領銜，與五個非政府組織之間的合作：Sangath（印度）、尼泊爾精神衛生基金會、尚比亞精神衛生使用者網絡、肯亞精神醫學使用者及監督者，以及印度Richmond心理基金會。EMPOWER瞄準目標對準次撒哈拉非洲及南亞地區的使用者組織，希望加強其運用研究經費來發展社區參與的能力。使用者組織接著應該能夠改善精神衛生失序的理解與處遇，並減少相應的污名。墨爾本大學的Ritsuko Kakuma和我擔任了發展及評估溝通方法的顧問。這些夥伴關係應該在全世界形成，可促成擴大精神衛生照護服務的規模，並賦權這些受到精神衛生失序影響的人們。

另外要強調的是精神衛生失序者的賦權。如此一來他們可以為自己發聲，也替無發言權者發聲。南非豪登省消費者提倡運動就是這個概念有力的證明——成員積極地識別確認並說出他們的需要，揭露人權侵犯，最終推進了他們自己和他人的人生，同時他們的遊說也對改善精神衛生照護服務及接近使用教育、工作、運動與娛樂、藝術與文化，及居住等有所貢獻。在南非豪登省消費者提倡運動計畫中，成員們舉辦活動來增加對關鍵挑戰的覺醒，這些挑戰很負面地影響了有精神衛生困擾的人們，包括：訓練人們使用《精神衛生照護法案》及《雇用平等法案》相關規定的精神衛生照護服務及人員（精神衛生照護工作者、雇員、政府部門及警察），這是人權也是責任義務；精神疾病的症狀與處遇、治療依從性、物質誤用，以及改善雇用機會的基本技能訓練（如電腦文書）。本計畫藉由與政策制訂者及相關人員建立夥伴關係，來確保檢視和提供意見納入將影響精神衛生失序者的政策及立法的機會。

擴大低收入和中等收入國家的精神衛生照護規模的此一目標，只有在兩項基礎上才有可能達成：精神衛生失序者的賦權，以及受精神衛生失序影響的人們與精神衛生專業者的夥伴關係。這些方法是將精神衛生安置在健康議程、改善精神衛生服務，以及推進全世界和各地人生受此影響者的關鍵。

References（引用資料）

1 Lopez A, Mathers C, Ezzati M, Jamison D, Murray C. Global burden of disease and risk factors. Washington: World Bank, 2006.

2 WHO. The world health report: mental health: new understanding, new hope. Geneva: World Health Organization, 2001.

出處：Empowerment and partnership in mental health, The Lancet, Early Online Publication, 17 October 2011

譯者：Huimin Chen

譯後語：

這是專號的四篇評論。全部翻完了。其他的article都有8,000字以上，要等等慢慢來。但這四篇可以當作一單元看。算是政治呼籲。這本重要的醫學學刊，雖和一般閱讀習慣和文本不同，不過很有收穫。該刊都會提供世界各地的各種醫師、社會運動者、教師的見解，所以會讀到伊朗的醫療，巴西的醫療、和目前緊迫的關切這些的，雖然是醫學報告不少（就是有圖有表很眼花那種），但都覺得學到很多知識。體會到世界上有些人正在透過不見面的方式做一些很酷的連結。很欽佩。

另外，Lancet在台灣叫《刺胳針》，更有醫學味。中國用《柳葉刀》。想想還是用「柳葉刀」，有漫畫味～

作者：Giuseppe Raviola, Anne E Becker, Paul Farmer（哈佛醫學院全球衛生與社會醫學系全球精神衛生和社會變遷計畫）

前所未有的，為了世界上最不受照顧的人口，促成一個卓越且公平的衛生照護遞送的機會，就看我們了！成功降低傳染病傳遞與死亡率的計畫，鼓舞了健康人權的論述，也造就了全面衛生計畫——提供照護給數百萬正同時面臨貧窮與慢性疾病人們——的可行平台。〔引用資料1〕實際上，過去十年來，已看到第一個這類平台的引介，策劃來處理從愛滋病到糖尿病等這類難以治癒的疾病。快速的科學進步和衛生體系的改善，都幫助我們理解並改進健康不佳的生物社會學根基，並發展診斷方法、治療方法及其散布、執行的技術及基礎結構，並允諾擴增非傳染疾病領域的照護遞送的益處。

然而，和其他服務相比，在低資源環境的精神衛生服務遞送，呈現了難以接受也極不公平的情況。神經精神醫學疾病包括了疾病相關負擔與殘障中相當的份額——憂鬱症以幾近14%的比例領先全球所有的殘障主因——但只接受了不成比例的低資源配置：低於各國平均總體健康照護預算的4%以下。〔引用資料2, 3〕精神衛生研究的資源也很稀少，知識鴻溝依然持續。〔引用資料4〕伴隨著訓練有素的精神衛生專業人才的短缺，這些不足正成了在低收入國家神經精神疾患者令人困窘的處遇缺口——有超過75%的病人並未得到任何治療。〔引用資料5, 6〕即使是這些令人沮喪的指數，都不能完全傳達這般無良知的忽視、社會的歧視，和精神病人經常忍受的虐待，〔引用資料7〕這種處境適切地說，就是：「人性的失敗」！〔引用資料8〕

毋庸置疑，無論是需求目錄或由國王學院Prince教授和其同儕所共同提出的「沒有精神衛生就沒有衛生」的計畫口號——這開啟了《柳葉刀》2007年一系列探討全球精神衛生專號——都未被買單。這個信息如何能更進一步地增強，得以轉換全球忽視的論述，實在是很困難想像的。

額外結構的（大部分是經濟的）及文化的障礙困住了提供給低資源環境的精神失序者更多有效且可接近的照護的努力。〔引用資料9〕然而，這些障礙既防止病人尋求協助亦妨礙提供給精神失序者的照護——例如：病人和照護提供者的功能損傷、社會污名、低衛生知識——這些在其他疾患上早已遭遇過並已克服，例如對抗HIV/AIDS運動的成功所示。值得注意的是，這項全球衛生平等的勝利得以達致，乃是透過新金融機制的創造，結合了預防及高品質的照護。〔引用資料10, 11〕雖然還有許多等著我們去做，在世界較窮困地區成功的方案實現成就，將可作為其他衛生照護領域的照護遞送模式，包括精神衛生在內，就如同全球精神衛生運動聯盟所宣稱的一樣。

閉合低收入地區精神衛生資源缺口的策略，就在眼前。達成目標的研究議程已就位，新協定也已備妥。〔引用資料13, 14〕2010年，世界衛生組織(WHO)發表了眾所矚目的mhGAP介入綱領（Mental Health Gap Action Programme，消除差別行動綱領），支持在初級照護衛生環境中精神、神經、物質濫用者的處遇實施。〔引用資料15〕若深思熟慮地構想一般精神衛生失序的基礎處遇計畫，這樣一來可用低預算支出就能改進低收入及中等收入國家的關鍵服務遞送。〔引用資料16-18〕簡單明瞭的處遇演算法及創新的任務移轉機制——建立完備後還可適用於其他情況——可在可行範圍內提供負擔得起，並且有效的精神衛生照護，同時亦可產生潛在巨大的衛生和社會受益。

然而，一個僅基於成本效益的論點是不聰明的，假如它促成的只是在其他預算下有個狹隘的衛生議程部門。所需的投資意不在競爭，而是建立起新創平台用以預防和治療其他慢性疾病。聚焦在HIV/AIDS預防和照護方案的廣大衛生收益上，顯示出好的精神衛生照護並不會削弱基本的衛生照護，而是可以加強它。〔引用資料10, 11〕統一要求衛生照護遞送有整合的、綜合的模式，包括非傳染性疾病及精神失序在內，將是必要的。

九月聯合國大會非傳染性疾病高階會議只是第二次特別會議，集合了衛生相關的議題。〔引用資料20〕之前的樂觀可確認，但倘若全球衛生提倡者、科學家和從業者集體追求的目標是促成社會和經濟權利，以及平等地接近為所有人提供的以證據為基礎的衛生服務，我們就必須解釋並促成全球衛生乃是包含了衛生領域的全球視界。

我們加入呼籲將精神衛生納入全球最貧窮人口的全面衛生議程當中。〔引用資料21〕務實的及道德要求不證自明：沒有精神衛生照護，就沒有正義。方法就握在手上，主張已經動起來了，所有的信息理當統一行動。

References（引用資料） 

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2 Prince M, Patel V, Saxena S, et al. No health without mental health. Lancet 2007; 370: 859-877. Summary | Full Text | PDF(233KB) | CrossRef | PubMed

3 Saxena S, Thornicroft G, Knapp M, Whiteford H. Resources for mental health: scarcity, inequity, and inefficiency. Lancet 2007; 370: 878-889. Summary | Full Text | PDF(2502KB) | CrossRef | PubMed

4 Razzouk D, Sharan P, Gallo C, et alfor the WHO-Global Forum for Health Research Mental Health Research Mapping Project Group. Scarcity and inequity of mental health research resources in low-and-middle income countries: a global survey. Health Policy 2010; 94: 211-220. CrossRef | PubMed

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20 Lee PT, Henderson M, Patel V. A UN summit on global mental health. Lancet 2010; 376: 516. Full Text | PDF(89KB) | CrossRef | PubMed

21 WHO. Moscow Declaration: commitment to action, way forward. http://www.who.int/nmh/events/moscow_ncds_2011/conference_documents/en.  (accessed June 27, 2011).

出處：A global scope for global health—including mental health, The Lancet, Early Online Publication, 17 October 2011

譯者：Huimin Chen