台灣流感疫情也可以問問Google大神！

• 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／照護線上編輯部
• 本文轉載自 Care Online 照護線上《肺炎鏈球菌感染數創三年新高，疫苗接種增加保護力！疫苗接種該注意什麼，感染科醫師告訴你》，歡迎喜歡這篇文章的朋友訂閱支持 Care Online 喔
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「千萬不可小看肺炎鏈球菌！歷史及醫學文獻上告訴我們，即使青壯年感染流行性感冒，合併肺炎鏈球菌感染，可能病程進展快速，短短 48 小時就過世，相當可怕！」台大醫院內科部感染科教授兼科主任陳宜君醫師指出，「如果肺炎鏈球菌由上呼吸道黏膜進入血液，可能侵襲各個器官，演變為侵襲性肺炎鏈球菌感染症。患者的狀況可能兵敗如山倒，而住進加護病房；可能因而器官衰竭，如肝腎功能受損，嚴重甚至導致洗腎。這些情況都讓家屬很難過、無法接受。」

侵襲性肺炎鏈球菌感染症確診數，在 2023 年底有明顯上升的趨勢，且感染案例數創三年新高¹，民眾務必提高警覺。根據疾病管制署的統計，侵襲性肺炎鏈球菌感染症患者中，65 歲以上民眾佔了 44.5 %²。陳宜君醫師提醒，換言之有 55.5 % 是 65 歲以下民眾，比例超過一半。肺炎鏈球菌對各個年齡層都有影響，所以不是只有老年人，各年齡層都要注意。

不可輕忽！肺炎鏈球菌潛伏體內，流感合併肺鏈重症高四倍！

除了 5 歲以下嬰幼兒、65 歲以上老年人之外，還有許多族群屬於侵襲性肺炎鏈球菌感染症的高危險族群，包括慢性病患（如慢性腎病變、慢性心臟疾病、慢性肺臟病、糖尿病、慢性肝病、肝硬化患者）、酒癮者、菸癮者、脾臟功能缺損或脾臟切除、先天或後天免疫功能不全、人工耳植入者、腦脊髓液滲漏者、接受免疫抑制劑或放射治療的惡性腫瘤者或器官移植者³。

此外，原本健康民眾在感染流行性感冒、新冠肺炎等病毒後，呼吸道黏膜免疫會受到影響，續發性細菌感染的機會上升。陳宜君醫師說，台大醫院兒科團隊發表過一個很重要的研究，發現單純得到流感的患童約有 5 % 會住加護病房，而流感合併肺鏈的患童約有 20 % 會住加護病房⁴，顯示流感合併肺鏈比一般流感的重症風險高出四倍之多。

肺炎鏈球菌主要存在鼻腔黏膜，當免疫力正常時不會產生問題，但當黏膜免疫力下降時，便可能侵入組織，造成中耳炎、鼻竇炎、肺炎等感染；而免疫力低下患者，便可能發展成重症。陳宜君醫師說，患者會出現發燒、咳嗽、氣喘、噁心、胸痛、頭痛、呼吸急促等症狀，可能進展為肺炎、腦膜炎、關節炎、骨髓炎、心包膜炎、溶血性尿毒症、腹膜炎、敗血症等，危及性命⁵。

接種肺炎鏈球菌疫苗，預防勝於治療

面對肺炎鏈球菌感染，預防永遠勝於治療！陳宜君醫師說，肺炎鏈球菌經由飛沫散播，所以可以透過戴口罩、勤洗手、避開擁擠密閉的空間，更積極的做法就是接種肺炎鏈球菌疫苗。

肺炎鏈球菌可分為 92 種以上血清型，其中約有 30 種血清型會造成人類的感染，所以會針對較常見的血清型製作肺炎鏈球菌疫苗⁶。目前台灣有結合型疫苗（PCV）與多醣體疫苗（PPV）。

多醣體疫苗（PPV），通常不具備長期免疫記憶。陳宜君醫師解釋，結合型疫苗（PCV）可以誘發 T 細胞免疫，有助產生免疫記憶，提供較長時間的保護力⁷。

研究顯示，接種一劑結合型疫苗（PCV）後，再接種一劑多醣體疫苗（PPV），有助提升免疫記憶，提供較長時間的保護力，並使保護範圍更廣，能有效降低感染肺炎鏈球菌導致嚴重併發症或死亡的風險⁸。因此，疾病管制署針對 65 歲以上民眾提供公費疫苗政策：接種 1 劑 13 價結合型肺炎鏈球菌疫苗（PCV13）及 1 劑 23 價肺炎鏈球菌多醣體疫苗（PPV23），以保護年長者免於重症威脅⁹。

不過，一般年輕族群亦不可輕忽。陳宜君醫師提到，因為肺炎鏈球菌疫苗是準備讓健康民眾施打，所以在研發疫苗時，對安全的要求非常高。結合型疫苗（PCV）與多醣體疫苗（PPV）皆為不活化疫苗，免疫不全者皆可接種，且能夠與流感疫苗同時接種。國際建議在左手臂接種流感疫苗，在右手臂接種肺炎鏈球菌疫苗。

關於肺炎鏈球菌疫苗的接種方式，疾病管制署建議：

• 從未接種肺炎鏈球菌疫苗的民眾，可先接種 1 劑結合型疫苗（PCV），間隔至少 1 年後再接種 1 劑多醣體疫苗（PPV）。若是高風險對象，可先接種 1 劑結合型疫苗（PCV）後，間隔至少 8 週後再接種多醣體疫苗（PPV）。

• 曾接種過 1 劑結合型疫苗（PCV）的民眾，可於間隔至少 1 年後再接種 1 劑多醣體疫苗（PPV）。若是高風險對象，可於接種結合型疫苗（PCV）後，間隔至少 8 週後再接種多醣體疫苗（PPV）。

• 曾接種過多醣體疫苗（PPV）的民眾，可於間隔至少 1 年後再接種 1 劑結合型疫苗（PCV）¹⁰。

「肺炎鏈球菌感染不只造成肺炎！」陳宜君醫師叮嚀，「狀況許可時，建議及早接種疫苗，做好預防措施，才能保護自己、保護身邊的人。」

註解

1. 衛生福利部疾病管制署 65 歲以上公費肺炎鏈球菌疫苗三階段開打，呼籲長者接種(access date 2024/3/8)
   https://www.cdc.gov.tw/Bulletin/Detail/hr4M-Qmi3Fu2KPC3En2a6Q?typeid=9 ↩︎
2. 衛生福利部疾病管制署 肺炎鏈球菌疫苗 (Pneumococcal Vaccine)(accessed date 2023/12/15)
   https://www.cdc.gov.tw/Category/Page/ORBnRmMgImeUqPApKawmwA ↩︎
3. Hsing, T. Y., Lu, C. Y., Chang, L. Y., Liu, Y. C., Lin, H. C., Chen, L. L., Liu, Y. C., Yen, T. Y., Chen, J. M., Lee, P. I., Huang, L. M., & Lai, F. P. (2022). Clinical characteristics of influenza with or without Streptococcus pneumoniae co-infection in children. Journal of the Formosan Medical Association = Taiwan yi zhi, 121(5), 950–957. https://doi.org/10.1016/j.jfma.2021.07.012 ↩︎
4. 衛生福利部疾病管制署 侵襲性肺炎鏈球菌感染症(accessed date 2024/03/08)
   https://www.cdc.gov.tw/Disease/SubIndex/oAznsrFTsYK-p12_juf0kw
   ↩︎
5. 衛生福利部疾病管制署  侵襲性肺炎鏈球菌感染症 疾病介紹(accessed date 2024/03/08)
   https://www.cdc.gov.tw/Category/Page/MEYvHLbHiWOcLfQKKF6dpw
   ↩︎
6. Pollard, A. J., Perrett, K. P., & Beverley, P. C. (2009). Maintaining protection against invasive bacteria with protein-polysaccharide conjugate vaccines. Nature reviews. Immunology, 9(3), 213–220. https://doi.org/10.1038/nri2494 ↩︎
7. Intervals Between PCV13 and PPSV23 Vaccines: Recommendations of the Advisory Committee on Immunization Practices (ACIP) (cdc.gov) (accessed date 2023/12/15) https://www.cdc.gov/mmwr/preview/mmwrhtml/mm6434a4.htm ↩︎
8. 衛生福利部疾病管制署 為提升民眾免疫保護力，10月2日起分三階段擴大65歲以上民眾公費接種肺炎鏈球菌疫苗(accessed date 2024/03/08) https://www.cdc.gov.tw/Bulletin/Detail/q9_r5mAOvcpIPSUvrjGFpw?typeid=9 ↩︎
9. 衛生福利部疾病管制署 肺炎鏈球菌疫苗 (Pneumococcal Vaccine) (accessed date 2023/12/15)
   https://www.cdc.gov.tw/Category/Page/ORBnRmMgImeUqPApKawmwA ↩︎
10. 衛生福利部疾病管制署 肺炎鏈球菌疫苗 (Pneumococcal Vaccine) (accessed date 2023/12/15)https://www.cdc.gov.tw/Category/Page/ORBnRmMgImeUqPApKawmwA ↩︎

本衛教文章由台灣輝瑞協助刊登（PP-PRV-TWN-0166-202404）

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2023 年 3 月 intel 跟微軟共同發布了 AI PC 定義。

定義需要用 intel 的 Core Ultra 處理器，要有微軟系統內建 的Copilot AI，鍵盤上還需要有一個實體 copilot 按鍵，才算是一台 AI PC。

這個 AJ 看到後，發現案情並不單純，定義 AI PC 這件事情，遠比你想得還要重要！

所以今天呢，我們就來回答三個問題：

1. AI PC 是什麼？
2. AI PC 強在哪？
3. 有哪些公司跟 AI PC 有關？

最後再跟大家分享是否要買 AI PC 的建議。

好啦，本集我們整理了整個 AI PC 的脈絡，我把懶人包放在這裡，有需要的可以暫停看一下。

最後來給買 AI PC 的建議吧，如果你主要用桌上型電腦，4090 獨立顯卡直接給他買下去，因為桌上型的處理器至少到目前為止，都還沒看到內建 NPU 的規劃，所以所有的平行運算都還是靠顯示卡 GPU 來處理。

筆記型電腦方面，各家網購平台都已經推出 AI 筆電專區，最低三萬元左右就可以買到最新的 AI PC。

或許你還沒體驗到 AI 工具帶來的工作流程改變，不過潮流已經出現，據說到 2025 年，將出貨超過一億台AI PC，各家軟硬體廠商在這個全新的賽道上，只會不斷推出各種基於 AI PC 架構的應用與服務，畢竟，你如果不做，你的競爭對手可是不會等你。

有點離題了，在可遇見的未來，我們勢必會發現自己的電腦擁有更多基於 AI 技術的功能，

也許，你可以再等一會，等桌上型電腦也內建 NPU 之後，再來買真正的 AI 「PC」，不過要問我的話，如果是購買筆電的需求，選擇適合 Intel Evo 認證的筆電是值得推薦的選擇。

如果有其他想看的 AI 工具測試或相關問題，也可以留言發問，如果喜歡這支影片的話，也別忘了按讚、訂閱，加入會員，我們下集再見～掰！

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