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第 56 屆科展在桃園 科普推廣活動 TED短講培訓營

PanSci_96
・2016/05/01 ・7254字 ・閱讀時間約 15 分鐘 ・SR值 494 ・六年級
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6月19日,第56屆全國科展的科普推廣系列活動「TED短講培訓營」在南崁高中舉辦短講決賽,19組參賽團隊上台展示自4月26日來的訓練成果,於10分鐘內講解生硬的科學內容主題,實際體現科展強調的「科普精神」。

為培養學子們清晰科學邏輯及資訊篩選傳播能力,以提升科普文化,桃園市政府教育局委由桃園市立南崁高中與全臺最大科普社群網站泛科學合作,規劃一系列「TED短講培訓營」課程,致力於培養同學們「一氣呵成」的規劃架構能力以及適合自己的短講風格,並在短短10分鐘內引起聽眾共鳴、傳達解釋科學內容。

「TED短講培訓營」系列課程,邀請科學節目主持人、以及物理、心理、生物等各領域科普專家,分享短講經驗、簡報結構安排與設計等技巧,並由助教群帶領團隊實際練習短講、檢討,並在最後以短講競賽作結,每隊各派出一名同學上台進行科學分享科學知識,並接受評審的提問及挑戰,各團隊都使出渾身解數,甚至帶著蓮花葉、馬鈴薯等輔助道具上台,短講內容多元精采。比賽最後由南崁高中主講「火星/絕地救援」的黃胤中、薛陸清、薛峰旭同學奪得冠軍,獲得4000元禮券,兩位第二名分別為以「睡眠」、「蓮花效應」的團隊,「最佳潛力獎」則由新興國中主講「植物工廠」的組別抱走,三隊各獲3000元禮券作為獎勵。

桃園市政府教育局代表黃寒楨校長蒞臨現場參與,表示同學們經過了重重難關,除了跟著老師、助教們一次次學習、練習短講外,私下也付出許多心力,積極追求知識的態度十分值得鼓勵。黃寒楨校長並勉勵同學在經過本次「TED短講培訓營」,真正成為「能講、敢講、精彩講」的科普家!

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課程影片:

TED短講培訓 0426

TED短講培訓 0503

TED短講培訓 0510

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TED短講培訓 0517

TED短講培訓 教師研習

決賽影片:

第 1 組「VR 虛擬實境」南崁高中 黃子豪(一年級)

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在學校老師的鼓勵下來參加,覺得《TED 短講培訓營》是一次難得在桃園舉辦的短講培訓活動。幾堂課下來,學到各種短講應注意的細節和執行技巧,其中對海苔熊(程威銓)老師帶領的課程印象深刻,認為這樣幽默、互動性的講演方式很值得學習。而這次選擇以「VR虛擬實境」為參賽主題,原本只計畫介紹這款眼鏡,但在助教的提示、調整方向後,融入更多資訊與探討層面,黃子豪說:「身為第一個上台、又是一人單獨參賽有些緊張,不過仍然很高興擁有這個經驗。」

2 組「睡眠」南崁高中 邱韋傑、梁佑達、周哲均(二年級)

由三個二類男生組成的團隊,邱韋傑表示想藉由本次培訓營鍛練自己的口才跟台風,同時也增加科學方面的知識。從培訓營中,三人了解每個人短講該有自己的風格,而他們選擇大家都十分熟悉的「睡眠」為短講主題,介紹包含睡眠的週期、夢,還有紀錄睡眠品質的小米手環及背後的使用方式與研究原理。準備過程中碰上最大的困難是整理資料時,必須花心思確認、分辨正確的來源與內容。「這次短講我們採用心理學家聊天的感覺,盡量不要太嚴肅,希望能引起觀眾的興趣。」三位同學並認為最大的收穫是口才訓練、以及資料處理和製作簡報的實際技巧。

第 3 組「外骨骼/鋼鐵人」南崁高中 李嘉軒、周岷璁、陳宇慶(二年級)

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曾參與過科展的三人對科學、科普知識原本就很有興趣,這次在短講營中看見更多不同領域的專家老師,也學習到準備科學短講時,資料正確性和完整性的重要性。他們認為每位講者都有自己的風格、帶來各種有趣的課程,其中印象最深刻的是把光劍帶來現場的許經夌老師。「學到最重要的事情,是如何透過圖片、摘要或舉例的方式精簡將自己想講的內容;另外助教也給了很多幫助,例如協助我們確定短講的方向,條列出大綱並做修改。」

第 4 組「巴納姆效應」光明國中 邵暐潔、段生洲、王述槐(二年級

三人的緣分從國小科展就開始,七年級時第二次「合體」做科展,現在更一起來參加短講培訓營。選擇心理學領域中常見的「巴納姆效應」為主題,邵暐潔說,自己本來就對心理學特別好奇,相當喜歡海苔熊(程威銓)老師準備的心理學相關課程,準備過程中遇到困難也會另外詢問學校老師。段生洲與王述槐則說,開始準備發現,要看懂網路上深奧的資訊十分困難,另外必須在時間內完成簡報、講稿也是一項挑戰。「參加這次的培訓營讓我們了解,科學資料的準確度非常重要,另外在引用文獻或圖片時也要以正確標註來源,才是適當的科普傳播方式。」

第 5 組「植物工廠」新興國中 王薇妮(二年級) 王子恆(一年級)

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兩人曾一起參與科展,並認為兩人的組別能夠互相給意見、討論速度也比較快。過去在科展曾選擇與「光」有關的題目,探討植物的種子與光的關聯;這次他們也延伸這樣的脈絡,介紹植物工廠的原理、特別之處以及現在的應用。王子恆說對在課堂中老師提到的「圓周運動」印象深刻,王薇妮則認為老師協助歸納了 TED 短講的特色之處,令她收穫豐富。「有了這樣的訓練,以後不管是在學校做報告或其他地方跟別人溝通時,都更知道該怎麼做,科學知識也更加豐富了!」

第 6 組「基因工程」南崁高中 鄒硯謙、江玲、徐至芃(三年級)

已經考完學測、也都有學校念的三人帶著「多學一項技能」的心情相約參加本次培訓營,並一口同聲認為活動與課程安排十分有趣。「每個講師都有自己特別,我們也各自找到適合自己在台上講的方式。另外,除了講話與台風表現,這次培訓營也學到沒接觸過的知識,例如以前看到一篇報導不會想太多,現在會延伸思考這樣的資料來源可不可信,透過自己實際研究才會知道資料有什麼問題,開始注重正確性。」江玲並提到,要如何把想法描述出來是準備過程中最困難的事,一開始很難下手,不過在助教協助提出問題點、修改細項之後,便逐漸完成屬於自己的短講。

第 7 組 「火星 絕地救援(馬鈴薯)」南崁高中 黃胤中、薛陸清、薛峰旭(三年級)

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三人對科學都很有興趣,高中的最後一個學期看到在自己學校舉辦的科普短講訓練,便相約來參加。「每位老師都有自己的短講風格,也都帶來很多有趣的科學知識。我們最喜歡英凱老師的課程,他的分享不太像一般的演講,例如會放很多圖片在簡報中,並且挑選適合那場觀眾的範例說明。從這次的培訓營,我們學到怎麼吸引觀眾目光,還有站上舞台討論自己的研究需要勇氣,另外像是時間控制、和台下產生共鳴等,都是很實用的技巧。」

第 8 組「飢餓行銷」南崁高中 涂華倩(一年級)

問到一個人參加比賽辛不辛苦,涂華倩說因為整個報告都自己來,反而會學習很多,而本來甚至不敢拿麥克風講話的他,現在也上台了。「當初是想鍛鍊自己的表達能力來報名培訓營,老師們在課程中和大家分享很多做簡報、短講的技巧,例如怎麼排版、挑選圖片,統整資料與重點等。另外,把這些實際運用在短講中,在十分鐘之內安排架構自己的想法也很有趣,是一次很棒的經驗。」

第 9 組「時間」南崁高中 鄭友齊(二年級)

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對 TED 很有興趣的鄭友齊,想在本次培訓營中鍛鍊自己走到台上,和大家分享自己的研究內容。他表示,邀請來的講師都各有風格,尤其對第一次上課的何佩玲老師印象深刻,當天下課後也上前去跟老師聊天。「這次挑選『時間』作為短講主題,因為我本身對沒辦法被限制的東西很有興趣。討論時,廖英凱老師有說這個題目很困難,要充分思考如何去理解和表達,而且因為無法分工合作,準備時間的掌控也很重要。當然,助教也在簡報部分給了很多協助。」鄭友齊說,這次的培訓營不僅接觸許多科學、科普知識,並且學到如何真正準備一場比賽,甚至還有「見到高僧(許多厲害的老師)」的感覺。

第 10 組「」南崁高中 曾愷翊、鍾智宇、黎易宣(二年級)

因為對科學有興趣而由老師推薦來參加的三人說,在培訓營的課程中學到很多,包含考量聽者的偏好、共鳴與反應,以及各種製作簡報、編排短講的技巧,並從定義開始認識「短講」,也對把光劍帶來現場的老師印象深刻。「因為資料真的很多、很複雜,在決定主題、收集完資料之後大概就只剩一個禮拜可以練習了。開始練習我們也發現,可能是因為上台會緊張,講出來的往往跟準備好的不一樣。雖然真正上台的時候還是有一點『脫稿演出』的部分,但真的是一次鍛鍊自己的經驗!」

第 11 組「複製人」新興高中 涂瑞麒、劉政漢、呂日新(二年級)

之後在面試、求學路上都有幫助。印象深刻與收穫>排版、簡報呈現的方式,資料的收集、分辨來源以及圖片的使用,把大量的資料做分類、取出自己需要使用的部分。喜歡英凱「選擇做複製人、基因的主題的過程中,查到大部分的資料幾乎都在討論道德層面的問題,技術方面的資料比較少也更深奧,在收集和分析時比較困難,最後我們決定在兩種領域間取一個平衡點,盡量都進行討論。」

第 12 組 「白努力」南崁高中 張曉亮、洪嘉志、許耀中(二年級)

以「白努力定律」為主題的三人說,在準備過程中,要收集資料推出結論是最困難的部分,加上一開始沒有詢問老師,因此格外辛苦。他們也表示,這次TED短講培訓營邀請的的講者老師們都有各自的特色,其中對第一堂課來分享的何佩玲老師印象特別深刻。「何佩玲老師分享了如何做一個好的短講,包含文字的選擇、圖片的調配等技巧,還有怎麼吸引觀眾目光,例如不能一直看著投影片、要和台下的人有互動等,都是能應用在未來的知識!」

第 13 組 「蓮花效應」南崁高中 范莛威、林以珊(三年級)

因在教務處打工的范莛威看到培訓營資訊而來參加的兩人,以「蓮花效應」為主題,當場帶著一大片蓮花葉上台示範,令評審與觀眾們相當驚豔。林以珊說,當初會做這個主題是因為自己想買防水噴霧劑,思考背後的原理後決定來研究有相似效果的蓮花。「實際準備時,覺得要在短時間內把想介紹的原理講清楚、並讓大家產生興趣其實蠻困難的。」經由英凱老師建議可以把實驗帶上舞台,而范莛威家中剛好有種花,便在當天早上採了大片的蓮花葉來,效果也相當不錯。

第 15 組「腦的奧秘」南崁高中 莊子葳、林瑜婷、張子容(二年級)

問到覺得準備過程中什麼最困難,三個女生調皮地搶著回答:「溝通很難!」負責短講的莊子葳笑到:「她做的都不是我想講的!」「我做的都被刪掉了啦。」另外兩位組員也開玩笑反擊。她們表示,因為希望能累積一個好的經驗、並認為這樣的培訓在未來求學中也有幫助,因此相約來參加。在課程中也學會了簡報呈現、短講等技巧,其中尤其喜歡許經夌老師的活潑短講風格。在設計短講方面,一開始想講「記憶」的三人還特別去買雜誌查資料,後來發現主題太大,才精煉為「腦的奧秘」,而除了自己找影片觀摩科普講演、也跟有相關經驗的爸媽學習,收穫良多。

第 16 組「記憶」南崁高中 朱英綺、翁子婷、劉語婕 

以「記憶」為短講主題的三人說,一開始想研究「阿茲海默症」,後來希望能讓短講內容更加生活化,因此融入許多高中生讀書、背書的範例來討論記憶,內容中也包含自己的親身經驗。「查血清素的時候有遇到瓶頸,尤其是一直找不到運動可以幫助記憶提升多少作用的正確數據,另外,很多英文文獻也很難閱讀,放入專有名詞會不會為短講加分等,我們都考慮、討論很久。」她們也表示對課程邀請到的講師印象都十分深刻,如海苔熊(程威銓)老師以大家會感興趣的「戀愛」來討論艱澀的心理學、何佩玲老師則教大家怎麼用簡單的方式表達困難的內容等。

第 17 組「多巴胺」南崁高中 黃胤心、向宇晴、陳玥琪(一年級)

「我們一開始想討論『壓力』這件事,後來發現主題太大,經過助教幫忙調整,決定做『多巴胺』。在整理資料的時候也很猶豫,不曉得該放入多少大家能夠吸收、並且產生共鳴,要把內容濃縮在十分鐘之內,如何取捨素材還蠻困難的。」對於TED短講培訓營的課程內容,三人表示很喜歡許經夌老師的幽默與活力,另外也對海苔熊(程威銓)老師印象深刻,以獨特的風格、輕鬆的題材帶大家進入心理學的世界。

第 18 組「蜜蜂」南崁高中 洪于雰、戴渝璇 (三年級)

兩位三年級的同學笑說,繁星放榜確定自己有學校之後,就來參加培訓營充實自己了。她們取自宮崎駿電影諧音,以「蜂起」為主題研究蜜蜂,並表示做完這次的短講,本身也對這個主題更加理解了。「真正開始準備之後,我們發現查資料很困難,擬稿時又發現內容太長、需要刪減,可是想介紹的事情有好多又不太想刪。怎麼把一個主題濃縮在十分鐘之內,真的是一門學問。」兩人並說課程中的每位老師都有自己的短講風格,這是很值得學習的事情,而除了老師們的精采分享,製作簡報、篩選資料來源的方式也都是相當重要的收穫。

第 19 組「單擺」山腳國中 鄭家宏、劉虹汝、林楷城

第 20 組 「綠建築」南崁高中 許洺瑜、白謦瑀、何沛縈(一年級)

對科學、科普有興趣,三位要升二年級的同學相約來參加這次的短講培訓營,她們表示十分喜歡英凱老師和大家的互動方式,以及他帶來的有趣分享。另外,三人更換了三次之後,終於選定「綠建築」這個時常看見外界推崇、宣導的主題。在準備短講內容時助教也給了很多幫忙,不論簡報或短講在與助教討論之後都獲得了許多意見。「過程中我們覺得查資料很難,要怎麼分析、擷取需要的資訊並且編排進短講當中,是一個浩大的工程。另外上台也很可怕,再一次次練習之後才比較不怯場,不過的確從這次經驗學到了很多。」

活動宗旨:

科技、科學人才一直以來都是台灣的重要資產以及競爭力來源。從50年代開始的經濟奇蹟、加工出口區、全球代工製造到現在的半導體產業的發展,建立了很強大的科技體系。但是面對全球產業轉型以及瞬息萬變的資訊流通時代—科學教育需要提供更多元的思考以及獨立自主的科學素養,才能幫助新一代提昇台灣環境的電腦化、數位化、與智慧化及競爭力。

因應今年第56屆全國科展在桃園市中央大學舉辦,台灣以科技立國,科學教育為重要國本,全國科展向來是融合課程內容及實作精神的重要展現。為培養科學傳播人才、提升科普文化,舉辦本次《TED短講培訓營》,以10分鐘內的精華短講為培訓目標,以期學生擁有清晰科學邏輯及資訊篩選傳播能力。

為什麼選擇短講:

短講不同於一般演講,10分鐘的短講需要用更精確的方式引起共鳴,並且傳達解釋科學內容。除了內容精簡外,在情境鋪陳則需要輕易令人「頓悟」的境界。大部分在準備這類「超短講」的講者,都是透過大量搜索資料的同時,找尋靈感及敘事風格,一氣呵成短講的規劃,而非一般演講訓練拆解成「制定主題」「規劃大綱」「製作簡報」等等單一能力課程。遂安排6名講者各自提供各自的短講準備心得、多元科學領域,以及短講風格參考,其能培育參加者成為年輕的《精彩講》科普傳播者。

活動日期及地點:

4月26日、5月3日、5月10日、5月17日、5月24日、5月31日、6月14日,共6次,每次17:00至19:00於桃園市立南崁高中博學講堂。
4月26日、5月3日、5月10日、5月17日、5月24日、5月31日、6月14日,共6次,每次17:00至19:00於桃園市立南崁高中博學講堂。
6月18日13:00-16:30彩排,於桃園市立南崁高中演藝廳。
6月18日13:00-16:30彩排,於桃園市立南崁高中演藝廳。
螢幕快照 2016-04-20 下午3.10.39
6月19日09:30-16:30正式短講錄影,於桃園市立南崁高中演藝廳。(備午餐)

我該如何報名?

參加資格:桃園市高中職、國中在學學生,邏輯清晰,以參加過全國科展為優先。

報名人數:每隊1~3人(其中一人擔任主講,成員需就讀同一所學校),錄取20隊參加培訓。

報名時間及方式:4/20前請完成紙本及Email報名流程:

  1. 下載並填寫報名表單(本頁最底),並完成校內核可流程,以郵戳為憑,掛號寄至南崁高中教務處(註明「參加科普推廣活動—TED短講培訓營報名表」),地址:桃園市蘆竹區仁愛路二段1號。
  2. 寄送報名表原始word檔至收件信箱,(yingtso@panmedia.asia),主旨:【報名TED短講培訓營】學校姓名(如:【報名TED短講培訓營】南崁高中王小明);待收到收件回覆後完成。

錄取篩選:若報名超過20隊,按報名時繳交之短講企畫書內容擇優錄取。

錄取公告:4/22錄取公告於網站(http://pansci.asia/tedcampintaoyuan),並以電子郵件寄發通知錄取。

錄取名單:螢幕快照 2016-04-22 下午2.59.43


其他注意事項:

  • 報名表上須載明主講者,培訓過程中不得更換。
  • 為求培訓之完整性與成果之完美性,參加者須全程配合上課時間,缺席不予補課。
  • 參加者往來交通自負,並請注意自身安全。
  • 活動聯絡人:桃園市立南崁高中許瑞卿老師,聯絡電話03-3525580分機215 。
  • 泛科知識股份有限公司林英佐先生,聯絡電話02-23620699分機616。
  • 活動內容、詳細辦法與報名表如附件一。

獎勵:

  • 冠軍:1名(隊),4000元禮卷。
  • 亞軍:2名(隊),3000元禮卷。
  • 活動全程進行時,執行單位將以攝錄影紀錄活動,並剪輯後上傳至相關網站。

評比辦法:

  • 正式講演:6月19日09:30-16:30,南崁高中演藝廳。
  • 活動流程:上下午各10名參加者依序上台(上台序號於6月14日抽籤),各完成10分鐘短講,當天結算並公布成績。
  • 時間控制:每位參加者須於10分鐘內完成短講,現場將會提供倒數計時引導,參加者需要自行控制短講時間,超過10分將予以扣分,超過10分30秒將強制停止
  • 短講形式:會場僅備有耳麥收(擴)音設備、投影機、電腦。短講過程中所需道具或其他輔助工具由參加者自行準備。
  • 評比依據:知識內涵35%,規劃技巧35%,肢體表現10%,口語表達10%,台風10%。

報名表下載點我!

主辦單位:桃園市政府教育局 承辦單位:桃園市立南崁高中 指導單位:教

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圖形處理單元與人工智慧
賴昭正_96
・2024/06/24 ・6944字 ・閱讀時間約 14 分鐘

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  • 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?

黃仁勳出席2016年台北國際電腦展
Nvidia 的崛起究竟是時勢造英雄,還是英雄造時勢?圖/wikimedia

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。

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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:

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  • 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

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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?

圖形處理的例子

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。

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典型的CPU與GPU架構

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?

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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?

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(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)

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。
文章難易度

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賴昭正_96
43 篇文章 ・ 56 位粉絲
成功大學化學工程系學士,芝加哥大學化學物理博士。在芝大時與一群留學生合創「科學月刊」。一直想回國貢獻所學,因此畢業後不久即回清大化學系任教。自認平易近人,但教學嚴謹,因此穫有「賴大刀」之惡名!於1982年時當選爲 清大化學系新一代的年青首任系主任兼所長;但壯志難酬,兩年後即辭職到美留浪。晚期曾回台蓋工廠及創業,均應「水土不服」而鎩羽而歸。正式退休後,除了開始又爲科學月刊寫文章外,全職帶小孫女(半歲起);現已成七歲之小孫女的BFF(2015)。首先接觸到泛科學是因爲科學月刊將我的一篇文章「愛因斯坦的最大的錯誤一宇宙論常數」推薦到泛科學重登。

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老人行動安全注意重點!避免家中長輩跌倒受傷
careonline_96
・2024/07/26 ・1639字 ・閱讀時間約 3 分鐘

年紀大了,最怕什麼呢?相信許多人的答案是「怕跌倒」。跌倒之後,可能骨折,可能十天半個月下不了床,甚至還需要動手術,對日常生活影響極大。

老人容易跌倒的原因很多,有些跟環境有關,有些則與個人健康狀況,像是視力、血壓、藥物使用、與平衡步態有關。今天我們就從各方面來看看,究竟要怎麼做才能減少跌倒的機會!

家裡環境調整重點!

首先,採光要充足,不要太昏暗。在樓梯間或往浴室的路上,可以加裝感應燈,可以看清楚通道。

在樓梯或浴室要加裝扶手,可以的話兩側都要裝。而且要養成「扶著扶手」的習慣,無論是上樓、下樓、或在浴室內移動的過程,都盡量扶著扶手。

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維持家裡的整齊清潔,順手就要把衣服、鞋子、書籍等收好,盡量不要在走動路線放置物品,堆滿雜物。

如果有鋪地毯的話,要確認地毯有固定好。在裝潢的時候,盡量不要做鋪一小塊的地墊、地毯的設計,否則容易滑倒。

面對視力問題!

年紀變大後,視力、聽力、和反射速度沒那麼好,都會讓人更容易跌倒。如果發現視力變差,最好上眼科確認問題,如果有老花眼,可以戴眼鏡矯正視力,並要花點時間習慣自己的新眼鏡。若是白內障影響了視力,需要開刀移除白內障。

注意姿態性血壓變化!

血壓變化是常見的跌倒原因,患者會說:「我就早上起來,下床走個兩步就跌跤了。」這是因為變換姿勢的時候,像是突然起身會讓血壓下降,因此最好要放慢速度,早上起身要下床前,可以坐在床邊,確認不會感到頭暈或其他不適之後再站起來,千萬不要急躁。另外,可以與醫師討論是否要穿彈性襪,減少血液滯留於腿部。

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注意使用的藥物種類!

本身的疾病和使用的藥物也會增加跌倒的機會。如果因為尿失禁而常常需要趕到廁所的話,跌倒的機會就上升了。而平時最常見會造成跌倒的藥物是鎮定劑及安眠藥,吃了會比較頭暈並影響意識狀況,可以的話要盡量避免。另外記得少喝酒,免得影響平衡。

平常若在不同的門診科別各自拿了藥,並服用多種藥物的話,藥物之間的交互作用也可能會影響患者的安全,建議可以找一般內科醫師或家庭醫學科醫師確認過自己服用的多種藥物,並盡量簡化藥物,才能減少身體的負擔。尤其當吃了藥物後會感到很想睡或頭暈暈的話,務必向醫師反應。

平衡與步態也是重點!

我們的肌肉質量常常會因為年紀增長而流失,進而影響到走路的平衡和步態。本身如果有糖尿病的人,更要特別小心。血糖高容易導致腿部神經病變,對步態與平衡很有影響。所以,平常要制定運動計畫訓練平衡與步態,規律運動對保持肌肉質量與活動度很有幫助,身手會比較協調,也能保住骨質;若自己對這方面比較沒有概念,可以尋求物理治療師的專業意見,並要評估是否需要使用拐杖、四腳拐杖等輔助,減少跌倒的機會。

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惡性腦瘤知多少?症狀、治療全解析
careonline_96
・2024/07/25 ・2198字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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劉育志醫師:大家好,我是劉育志醫師,歡迎陳科廷醫師來到照護線上。

陳科廷醫師:大家好,我是陳科廷。

劉育志醫師:請問常見的惡性腦瘤有哪些?

陳科廷醫師:原則上就分兩大類,一個叫做原發性的惡性腦瘤,一個叫做續發性的惡性腦瘤,原發性的惡性腦瘤,最常見的就是膠質瘤,就是神經膠細胞長出來的,續發性的惡性腦瘤,就是俗稱的轉移性腦瘤,最常見的是肺癌跟乳癌的腦轉移。

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劉育志醫師:請問什麼是膠質瘤?

陳科廷醫師:顧名思義就是神經膠細胞長出來的腫瘤,所以它有三個特徵,第一個,它跟正常的神經系統沒有邊界,第二個,它是沿著神經系統的神經路徑生長,第三個,它的生長位置,會跟它的功能有關係,因此在治療這些膠質瘤之中,我們最在意的,也就是它的位置、它的大小,以及造成患者功能的影響。

劉育志醫師:請問膠質瘤會影響哪些腦部的功能?

陳科廷醫師:最常見膠質瘤生長的位置,就是額葉、顳葉、島葉跟頂葉,其實大家可以想像,就是在腦的側方,我們腦其實有很多複雜功能的分佈,如果是額葉的膠質瘤,患者很有可能是以語言功能下降,記憶力變差,神經退化的一些症狀來表現,如果是頂葉的腫瘤,患者很有可能是以運動、感覺缺損,或下降的症狀來表現,如果是顳葉或島葉的腫瘤,患者很有可能是以癲癇來表現。

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劉育志醫師:針對膠質瘤,何時會考慮手術治療?

陳科廷醫師:手術通常是第一步,我們常常也說它是最重要的一步,為什麼呢?有兩個面向,第一個,唯有手術可以取得腫瘤的檢體,因此我們才可以得到確定的病理診斷,這個確定的病理診斷,跟後面的輔助治療,是非常有相關,因此手術的第一個目標,是取得正確的病理診斷,第二個目標,則是最大化安全的切除,這個是全世界的趨勢。

陳科廷醫師:其中有兩個趨勢,第一個就是,我們會利用患者清醒的狀態,來監測他的腦功能,這也是俗稱的清醒開顱手術,在做清醒開顱手術的時候,病人會在術中被我們喚醒,病人可以自然的對答,所有題目、圖片,甚至是手腳的運動協調能力,我們都可以在手術中即時監測,手術醫師一邊移除腫瘤,一邊會聽、感覺,瞭解患者的狀態,這樣以達到我們可以確保,患者功能最大化的保存,並且把腫瘤最大化的移除。

陳科廷醫師:有些區域的腫瘤並不適合清醒手術,這個時候,另外一個輔助的方案,就是手術顯微的螢光輔助系統,有一個藥物可以讓腫瘤細胞發出螢光,手術中在顯微鏡下,我們就可以確保,這個腫瘤細胞被我們看見,這時候這樣的螢光,就可以告訴我們可以切除的區域。

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劉育志醫師:請問膠質瘤術後還需要做哪些治療?

陳科廷醫師:這些膠質瘤術後,常常需要的治療,第一個是放射線治療,第二個是化學藥物治療,還有標靶藥物治療,甚至還有其他的臨床試驗,都是很重要的輔助治療,尤其是臨床試驗,臨床試驗已經在膠質瘤,或是許多惡性腦瘤的治療,全世界的準則裡面,被寫入準則,所以如果有適合的臨床試驗,全世界的趨勢都是鼓勵患者去參加,因為這樣可以爭取最大的機率,患者加入臨床試驗,其實是接受最完整的評估跟保障。

劉育志醫師:針對轉移性腦瘤,會採取何種治療策略?

陳科廷醫師:轉移性腫瘤的治療,手術常常只是一個角色,對神經外科醫師來講,就需要把手術做得越微創越好,對患者傷害越小越好,恢復越快越好,越沒有併發症越好,讓他們可以順利地接受,原發的惡性腫瘤所該接受的治療,包含標靶治療,放射線治療、免疫治療,甚至原本的臨床試驗等。

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陳科廷醫師:她是一位 35 歲的女性,她的腫瘤就長在感覺區跟語言區交界的地方,她發病的時候是以癲癇表現,在急診室的時候,被診斷出有一個腦瘤,我們跟她詳細的說明之後,進行了清醒的開顱手術,她在術中非常配合我們做這些監測,包含語言的監測、理解的監測,手腳運動的監測、算數的監測等,我們希望達到她最好的功能,以讓她可以回到職場上,這位患者目前已經追蹤三年半,她也僅僅只有在最近半年,有一次疾病的復發,接受了再一次的清醒開顱手術,從疾病開始診斷,跟後面所有追蹤的門診討論,她都非常的投入,我覺得非常的開心,就是表示我對她的照顧,讓她可以去察覺到,在腫瘤治療的同時,保留功能是多麼重要的一件事。

劉育志醫師:感謝陳醫師來到照顧線上,我們下次再見,掰掰。

陳科廷醫師:掰掰。

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