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能夠登上終極菜單的大便:麝香貓──《便便不思議》

貓頭鷹出版社_96
・2016/06/08 ・3597字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 513 ・六年級

「咖哩味道的大便和大便味道的咖哩,你要吃哪一種?」

這是小屁孩問的問題。真的很無聊。不過即使覺得無聊,還是會讓人忍不住認真思考:咖哩味道的大便即使好吃,但終究還是大便,而大便味道的咖哩卻是貨真價實的咖哩。到底哪一個才是正確的選擇?

這是讓人思考本質何在的哲學問題。即使現在成為大人還是無法回答。

那麼大便咖啡又如何?大便中未消化的東西比大便本身更噁心,然而卻有一種咖啡是從大便中取出來、烘焙過後給人喝的。

那就是印尼的「麝香貓咖啡」。

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麝香貓咖啡是許多咖啡愛好者夢寐以求的珍品。圖/Journeys and Travels

大便咖啡從字面上來看,應該會給人不潔又臭氣沖天的印象,但這種咖啡竟然是一般庶民不太買得下手的高級品。為什麼高級?當然是因為好喝。只要啜飲一口,香醇的風味就會由鼻腔直衝腦部,宛若鐘聲迴盪般留下久久不散的餘韻。圓潤但濃郁的風味、芬芳的香氣與清爽的喉韻,簡直就像是瓊漿玉液。製作這種高級咖啡的不是熟練的咖啡師,而是動物。生存於亞洲幾乎所有森林的馬來麝香貓正是製作出這種夢幻咖啡「Kopi Luwak(麝香貓咖啡)」的咖啡專家。

麝香貓屬於雜食性動物。牠們雖然也會吃昆蟲、蜥蜴、蝸牛等小動物,但主要食物是芒果、香蕉、無花果等水果。麝香貓也會吃咖啡果實。咖啡果雖然也會和其他水果一樣被消化,但種子部分(也就是咖啡豆)卻會保持原狀排出來。出未消化的咖啡豆,經過乾燥與烘焙,就是麝香貓咖啡。這是貨真價實的大便咖啡。

麝香貓擁有優異的嗅覺,可以專挑全熟的咖啡豆來吃,把外皮咬掉。這就是重點所在。咖啡豆和果實的風味在麝香貓體內混和,在一定的體溫之下,由腸內細菌以理想狀態進行自然發酵。咖啡豆的苦味來源的蛋白質成分會經過消化酵素分解,並與種種酵素混合。

這種複雜奇妙的化學反應使咖啡豆產生無法以言語形容的風味。原本只是單純的大便,結果卻出現奇蹟大逆轉,成為最高級的有機咖啡。聽到這裡或許會有些人動起歪念頭,想說:乾脆我自己吞下咖啡豆、從大便取出豆子來賣,就可以大賺一筆,這才是真正的歐雷(譯注:日文音同「俺」) 咖啡⋯⋯ 之類的。

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然而能夠給予咖啡豆特殊作用的只有麝香貓的腸子。人類如果做這種事,大概就會被送到很大間的醫院了。只有這種既像貓、又像狸貓的動物大出來的大便,才能登上最高級的菜單,成為最高貴的咖啡品牌。

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咖啡剛被麝香貓「排」出來的樣子。圖/wikipedia

不過說到這裡不禁令人納悶:印尼人怎麼會想到從動物的糞便挖出咖啡豆來烘焙呢?要說明這一點,本書必須突然轉變為歷史教科書,開始熱烈講解印尼的歷史。

時間背景是十六世紀英國、法國、葡萄牙等歐洲列強昂首闊步的時代。原本只有小漁村、在整頓港灣後總算有了國家格局的荷蘭也效法列強大哥的先例,決定要進軍世界。它的目的地是東南亞。荷蘭抵達今日稱做印尼的亞洲群島,設置「荷屬東印度公司」。雖然說是公司,但實際上卻掌握締約權、開戰權等,等同於政府的駐外機關。

荷屬東印度公司是全世界第一家股份公司,同時也是黑心企業。他們巧妙地欺騙印尼「比羊群還要溫馴」的農民,甚至用武力逼迫就範,以超低工資榨取他們的勞力。東印度公司奪走印尼人的田地,要求他們栽種高經濟價值的作物,亦即香料。香料是保存食物重要的材料,可以去除肉類腥味,也能隱瞞體臭,在當時的歐洲是不可或缺的物品,也是保證暢銷的商品。

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荷蘭東印度公司(VOC)是荷蘭為了向亞洲發展而成立的特許公司,200 年間共向海外派出 1772 艘船,約有 100 萬人次前往印尼、台灣……等地。圖/wikipedia

荷蘭人把只有在印尼才能採收的丁香、肉豆蔻等獨家香料拿到歐洲去賣。荷蘭藉由香料植物賺得的黃金累積財富,而太平洋上的印尼群島則被稱為「荷蘭女王的項鍊」。

有句話說,「上帝創造世界,荷蘭人創造荷蘭」。荷蘭國土有四分之一在海拔零公尺以下,必須開拓濕地及淤泥灘,以過人的努力增加國土。這種開拓精神令人欽佩。然而具有偉大開拓精神的他們進入亞洲之後,不知為何就成了不把人當人看的冷血漢。荷蘭單方面指定農民栽種經濟作物,然後全面以低廉價格收購。即使是農民手頭剩下的少許收益也被課以種種稅金。這種壓榨方式簡直就像是要硬從乾抹布擠出水滴。

其中最惡名昭彰的就是推動大規模栽植農業的「強制栽培法」。相較之下,就連德川幕府「對待百姓不使其生、也不使其死」的手段都像是優渥的社會福利政策了。日本甚至也曾記載:進出長崎的荷蘭人因為奴役奴隸、態度桀驁不馴,特別嚴格檢查其持有物。

喂,荷蘭人!你們在日本一副高尚的樣子傳授所謂的蘭學,為什麼在印尼卻做出這麼過分的事情?還好意思若無其事地轉風車!我要把鬱金香都拔光光!

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tulip heaven
鬱金香是低地國的代表花卉。圖/Elvin@flickr

因為激憤過度,害我寫了些不知所云的話。不過當時歐洲各國幾乎都在做這種勾當。這樣想想,今日所謂先進國家感覺都像是用詐騙方式賺到資金之後才從良改做正當行業的犯罪集團。

當香料貿易景氣變差之後,荷蘭人就叫農民種植更賺錢的樹:咖啡。咖啡從十七世紀開始在歐洲廣為流傳。這種珍貴的飲料透過地中海貿易進入歐洲,立刻風行全歐洲,轉眼間就成為常見飲料。咖啡貿易原本是由伊斯蘭商人壟斷。這是因為咖啡豆從阿拉伯半島進入歐洲時一定會經過伊斯蘭國度。荷蘭人決定插手伊斯蘭的這項獨占事業。他們在印尼種植咖啡,自己來賣。他們的計畫獲得預期的成功。

不過荷蘭人並沒有因此而龍心大悅、大方請農民喝咖啡。相反地,他們甚至連一粒豆子都不分給農民。然而,農民也想喝喝看咖啡是什麼味道。他們想知道讓白人老闆如此狂熱的豆子究竟有多麼美味。但是他們被嚴禁偷嚐農作物,如果違規就會受到嚴罰。農民只能躲在荷蘭人看不到的地方,從麝香貓的糞便撿拾咖啡豆。辛辛苦苦流汗耕作卻無法入手收穫,只能去翻攪動物的糞便——他們一定覺得很悽慘吧?

然而奇蹟發生了。從這種野生動物糞便取出的咖啡豆具有遠高於一般咖啡的美味與香氣。而最初品嚐到這種美味的不是荷蘭人,而是沒有身分地位的農民。不過後來消息傳到荷蘭人耳中,於是連動物糞中取出的咖啡也成了榨取目標。改種經濟作物的一片片田地無法收成糧食,不久之後饑荒來臨,導致眾多農民餓死⋯⋯這樣的故事彷彿可以聽到黑人靈歌的樂聲。了解這段歷史之後,麝香貓咖啡感覺也帶有淚水的味道。

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然而人類是無法戰勝美味誘惑的。即使知道這段痛苦悲哀的歷史,仍舊有人願意為了美味咖啡而花大筆錢。

人類的欲望是沒有限度的。假設確立了一種美容法:「只要跳入大便桶裡,絕對能夠年輕十歲。」一定會有女人願意付一百萬跳進去。有需求就會有人想賣、想賺錢。這就是資本主義的法則。

為了滿足人們對於麝香貓咖啡的需求,甚至有人特別飼養麝香貓。圖/中央社

話說回來,麝香貓咖啡是稀有品,也因此更具有價值。原本數量就稀少的野生麝香貓自己選擇成熟咖啡果來吃,然後在沒有壓力的健康狀態讓咖啡豆在體內發酵到理想狀態。滿足這些條件之後,才能得到夢幻的麝香貓咖啡。

不過目前在印尼據說是以大量生產方式來生產麝香貓咖啡。麝香貓就像養雞場的雞一般被圈養,強制餵食咖啡豆並採取糞便。

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麝香貓被關在狹窄的籠子裡,即使因為壓力而發狂生病也無法逃脫,只能一直吃咖啡果實直到死亡。

像這樣生產的麝香貓咖啡雖然沒有受到正式認定,實際上卻有許多在市面上流通。

這樣的架構彷彿和昔日荷蘭人與印尼農民間的關係有某種相似性。

歷史會重複。邊咀嚼這句話,邊啜飲麝香貓咖啡。

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這時照理說咖啡豆的苦味成分已經被酵素分解,仍然會感受到特殊的微苦滋味。


 

大便、糞便、便便……不管是多優雅的稱呼,我們腦中想到的就只是從洞口「噗通」一聲掉下去,而且很臭的那一坨東西。生物的神經系統和免疫功能如此精密,為什麼只有排泄過程卻這麼草率?大便啊,你到底是何方神聖?

動物的大便可是超有用的呢!

本書作者早川為日本知名的「奇怪生物」研究大師,他將帶你認識各種不同動物的大便,以及這些動物如何藉由大便產生了令人嘖嘖稱奇的動物行為!《便便不思議》,貓頭鷹出版

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貓頭鷹出版社_96
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貓頭鷹自 1992 年創立,初期以單卷式主題工具書為出版重心,逐步成為各類知識的展演舞台,尤其著力於科學科技、歷史人文與整理台灣物種等非虛構主題。以下分四項簡介:一、引介國際知名經典作品如西蒙.德.波娃《第二性》(法文譯家邱瑞鑾全文翻譯)、達爾文傳世經典《物種源始》、國際科技趨勢大師KK凱文.凱利《科技想要什麼》《必然》與《釋控》、法國史學大師巴森《從黎明到衰頹》、瑞典漢學家林西莉《漢字的故事》等。二、開發優秀中文創作品如腦科學家謝伯讓《大腦簡史》、羅一鈞《心之谷》、張隆志組織新生代未來史家撰寫《跨越世紀的信號》大系、婦運先驅顧燕翎《女性主義經典選讀》、翁佳音暨曹銘宗合著《吃的台灣史》等。三、也售出版權及翻譯稿至全世界。四、同時長期投入資源整理台灣物種,並以圖鑑形式陸續出版,如《台灣原生植物全圖鑑》計八卷九巨冊、《台灣蛇類圖鑑》、《台灣行道樹圖鑑》等,叫好又叫座。冀望讀者在愉悅中閱讀並感受知識的美好是貓頭鷹永續經營的宗旨。

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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

  • 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。
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賴昭正_96
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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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睡眠不足來杯咖啡?小心!這可能是個惡性循環——《人類文明》
天下文化_96
・2024/06/19 ・2251字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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咖啡因對大腦的影響

咖啡因是一種分子上的模仿大師。人類醒著的每一分鐘,腦中都會不斷增加腺苷(adenosine)這種化學物質,像是沙漏的沙子不斷累積,能夠告訴我們已經醒著多久,且會讓大腦運作逐漸放緩,創造出一種睡眠壓力,讓人體做好入眠的準備。所以醒著 12 個小時到 16 個小時,人就會感受到一種難以抗拒的誘惑,想回臥室躺著進入夢鄉。

然而,咖啡因的分子結構十分類似腺苷,能夠搶先一步與腺苷的受體結合,卻不會活化受體;這樣一來,反而是對這些腺苷受體形成一種化學封鎖。所以,只要你的腦中有大量咖啡因,腺苷就無法與受體結合,難以傳遞正常的訊號咖啡因就是靠著這種藥理作用來抑制睡意,使大腦保持警覺與專注。雖然腺苷依然不斷在大腦中堆積,只不過所發出的訊號就這樣被咖啡因給堵住了。但是,等到身體分解了咖啡因,腺苷就會宛如大壩潰堤,讓人感受到沛不可擋的睏意——這就是可怕的咖啡因崩潰(caffeine crash)。

植物合成咖啡因,原本是做為一種天然的殺蟲劑,避免葉子或種子遭到啃食,甚至還能殺死昆蟲。但奇怪的是,像是包括幾種咖啡類與柑橘類植物在內,有些植物的花蜜也含有咖啡因,花蜜原本該是用來吸引昆蟲授粉的。實驗結果顯示,咖啡因能夠增強蜜蜂的嗅覺學習能力,讓蜜蜂更能記得這些花的氣味,於是不斷回訪這些有著咖啡香氣的花朵。也就是說,這些植物等於是讓蜜蜂吸了興奮劑,引誘它們成為自己忠實的授粉者;可以說,正是咖啡因讓蜜蜂願意不斷嗡嗡嗡上工。

研究顯示,咖啡因是蜜蜂的興奮劑,可以讓他們願意不斷嗡嗡嗡上工。圖/envato

咖啡因的另一個作用是增加依核裡的多巴胺濃度,同時也會提高多巴胺受體的敏感性。這會刺激我們前面提過的中腦邊緣報償路徑,讓人在喝到一杯好茶或咖啡的時候,感受到愉悅的好心情;但也會讓人上癮。人類之所以愛喝咖啡或茶之類的飲料,是因為這能夠刺激大腦、抑制睡意;而且只要一開始喝了,就會因為咖啡因成癮而讓人維持這樣的習慣。於是回過頭來,我們就看到咖啡因對歷史產生了長久的影響。

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在啟蒙時代,咖啡在歐洲咖啡館裡刺激了知識份子的思想與話語;到了不斷變化的工業時代,則是茶讓英國工人階級的身心得以調適。工業革命淘汰了像是編織、打鐵這些傳統工藝,以龐大的機器加以取代。從煤氣燈到電燈泡,各種人造光源讓工廠開始能夠一路運作到深夜。而咖啡因不但能讓工人在單調無趣的工廠環境裡,維持清醒專注,連那些營養不良造成的飢餓感也能一併排除。茶裡面加的糖也能提供熱量,讓人在長時間的輪班期間維持體力。咖啡因就這樣將工人變成了更好的零件,更能配合那些永遠不知疲倦為何物的鋼鐵機器。

〔附注:出於類似的原因,戰爭時期的軍隊也會運用各種精神藥物。像是希特勒速度驚人的閃電戰,先是在 1939 年 9 月橫掃波蘭,接著在 1940 年初攻下法國與比利時。這一方面靠的當然是德意志國防軍裝甲師的機動性,坦克既配備了無線電裝置用於協調,還能得到德意志空軍轟炸機的空中支援。但另一方面,這項成功的背後還有另一項技術的支援:靠著合成興奮劑「甲基安非他命」(methamphetamine,分子結構類似腎上腺素),德軍能夠戰得更猛更久,而不會感覺精神倦怠或身體疲勞。安非他命的化學作用讓人進入高度警覺狀態,也大大提升了自信與攻擊性。閃電戰的成功,靠的其實也是部隊嗑了藥。就連希特勒本人也同時混打多種藥物(古柯鹼、甲基安非他命、睪固酮),提供作戰指揮時的體力。〕

咖啡因不但能讓工人在單調無趣的工廠環境裡,維持清醒專注,連那些營養不良造成的飢餓感也能一併排除。圖/envato

所以講到工業革命,工廠與磨坊的動力靠的是蒸汽機,但如果是操作機器的工人,靠的燃料就是東印度公司帶來的茶葉、加上來自西印度群島的糖。於是,茶的歷史深深植根於對勞工的剝削——從印度的茶園、加勒比海的甘蔗栽培園、再到英國的工廠,都壓榨著這些工人所有清醒的時分。

如今,若想要控制我們的睡眠清醒週期(sleep-wake cycle),咖啡因仍然是一項重要工具。這個科技社會的步調太過急促,不允許我們被動順應自己的生物時鐘,得主動加以調整,適應數位時鐘的要求。而很多人靠的就是自行攝取咖啡因,在每天上班途中把自己叫醒、讓自己能在辦公桌前熬夜趕工,或是在長途飛行後,把生理時鐘同步到新的時區。很多咖啡因成癮者都能自己調整這種藥物的劑量,一方面巧妙發揮咖啡因的正面作用,讓自己更能面對現代世界對專注力的需求,另一方面也能避免過度攝入造成的負面作用,像是焦躁不安、心跳加速、胃部不適。

然而,咖啡因雖然讓我們得以抑制大腦發出的睡意訊號,卻也成了現代人常常睡眠不足的一大主因。咖啡和茶就這樣和人類玩著兩面手法:我們喝咖啡和茶,是為了緩解長期的嗜睡;但造成這種情形的元凶也正是咖啡因。事實上,我們早上會想趕快來杯咖啡,讓腦子清醒一點、或是提振精神,很多時候其實是在緩解一夜難眠的戒斷症狀。

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——本文摘自《人類文明:生物機制如何塑造世界史》,2024 年 05 月,天下文化出版,未經同意請勿轉載。

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天下文化_96
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為什麼海盜願意乖乖接受招撫?「海上傭兵」頭子:鄭芝龍——《島嶼歷史超展開》
春山出版
・2023/10/01 ・2443字 ・閱讀時間約 5 分鐘

一六二七年七月,鄭芝龍率領其傭兵隊與麾下饑民,於銅山附近大敗水師船隊,乘勝追擊至廈門港。

廈門副總兵俞咨皋於十一月向荷蘭的臺灣商館長德.韋特(Gerrit Fredericxzoon de Witt,當時代理長官之位)討救兵,暗示若荷蘭人與他合剿鄭芝龍一黨成功,合法的貿易地位將唾手可得。一六二七年荷蘭當局確實派出艦隊於廣東大星攻打鄭芝龍,但因顧及過往合作關係,未有激烈衝突。

一六二八年初,鄭芝龍率領饑民圍攻廈門,俞咨皋改裝潛逃,此時已改投明軍擔任下級軍官的許心素則遭到殺害。泉州府的仕紳們「遣人往諭退舟海外,仍許立功贖罪。有功之日題予職銜」(派人勸鄭芝龍把船隻開到邊境以外,答應他日後可以將功折罪,等到真的立功那一天就轉正職),福建巡撫朱一馮(1572-1646)同意仕紳們的建議,最後「給一剳而受其降」(寫個公文承諾接受鄭芝龍投降)。

日本畫家葛飾北齋創作的《鄭芝龍ガ砲術海魔ヲ劫カス》。圖/Wikimedia

此後,鄭芝龍就在巡撫「給予冠帶」(發放制服)授予虛銜的情況下,先提供明帝國軍事服務,藉此換取監護海上貿易管道的職位,介入貿易活動以取得經濟利益。他並進而利用「名色把總」的制度管道,憑藉戰功獲得軍職「實授」,逐步成為明帝國正式的高階軍職人員。此外,許心素死後,鄭芝龍自然而然取代了其地位,成為廈門、臺灣之間貿易管道的中心人物。

一六二九至一六三三年間,鄭芝龍掃除了廈門區域的海盜,荷蘭大員當局則挺過了朱印船的強勢競爭(所謂「濱田彌兵衛事件」),廈門(鄭芝龍)與臺灣(荷蘭人)之間的合作貿易管道至此穩固下來。與此同時,由於德川幕府顧忌九州天主教徒,而決定採取鎖國政策(一六三三年開始逐步進行,一六三九年徹底完成),這使得荷蘭人在商業上最大的競爭對手——澳門的葡萄牙人(天主教徒)——此後逐漸淡出中日貿易。

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鎖國政策一出,幕府也不再發放朱印狀,並將海外日人召回。於是,鄭芝龍與荷蘭大員當局乃於一六三四年後,成為經營中日貿易的唯二兩大勢力,雙雙邁向事業頂峰。直到一六四四年清兵入關前後,中國內部戰亂,雙方合作基礎才出現動搖。

日本鎖國初期於日本的中國帆船。圖/Wikimedia

一六三三年後,為了確實經營中日轉口貿易,荷蘭大員當局投入巨大成本加固、擴建熱蘭遮城。一六三四年熱蘭遮城主堡竣工,十九世紀時仍可見殘存北邊門額上刻有「熱蘭遮城堡一六三四年落成(T’ CASTEEL ZEELANDIA GEBOUWED ANNO 1634)」字樣,遙想當年荷蘭人應是雄心萬丈、意氣風發。臺灣本島殖民事業多奠基於此時。

一六三五年臺灣產出了第一批蔗糖樣品,並且首次被寄送到世界上其他地方。一六三六年荷蘭臺灣長官普特曼斯(Hans Putmans)召開首次將本島各地原住民村落連結起來的「地方會議」。一六四四年熱蘭遮城主要結構大致完工,在城堡對面設立的唐人市鎮已登錄產權,一六四六年則開始登錄臺灣本島其他地方的新墾土地來徵稅。這是臺灣真正開始發生巨大變化的時期,島嶼歷史從此捲入任誰也難以預期的超展開劇情之中。

前文說到,想要在臺灣建設中日轉口貿易港,必須:(一)中國認為來自日本的威脅已解除,容許臺灣被占領;(二)占領者具備優越技術條件有能力使用臺灣港灣。這兩個條件都在一六三○年代因為歷史的偶然與巧合,得到滿足。

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鄭芝龍也因此一歷史機遇,成為與荷蘭人一起瓜分中日貿易利潤、舉足輕重的「海上傭兵」領袖。

荷蘭人彼得.凡.德爾畫中的鄭芝龍(綠衣)。圖/Wikimedia

小結

林鳳一黨可說是十六世紀曾經侵入臺灣最大的一股勢力,然而他藉著避難試探臺灣的行動,是潮漳走私商人不得不尋求新出路的結果。林鳳的嘗試最終失敗,這也反映了臺灣因地緣政治、貿易結構與自然環境的阻礙,當時尚不適於發展會合貿易。

相對的,鄭芝龍則是身處於十七世紀以日本為基地的唐人貿易網。當唐人的貿易網絡遭受英荷/西葡衝突干擾後,他這位在日唐人藉由臺澎海防制度上的變化(開始破格任用民間人士擔任海防軍職),取得突破口,而最終占據了關鍵性的地位。

廣東福建與台灣海圖。圖/Wikimedia

甚至,在日本採取鎖國政策之後,鄭芝龍與荷蘭東印度公司更順勢獲得空前未有的高額貿易利益。地緣政治、貿易結構突然間都成為其助力,而荷蘭人拿手的西歐航海和城堡建築技術,則突破了臺灣自然環境的限制,使不可能成為可能。在鄭荷兩大勢力的影響下,臺灣成為十七世紀全球貿易網絡中的熱點,熱錢滾入,造就了唐人農業殖民的基礎。

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林鳳與鄭芝龍都曾落腳臺灣,他們本身對於臺灣居民的直接影響甚為微小,但他們的行動卻反映了地緣政治、貿易結構與自然限制,是以何種方式作用於臺灣歷史發展的航程之上。六十年前後的世界變化,使遊走於國境邊緣、穿梭於東亞海域,且都身懷武藝、糾集眾人營生的兩人,有了完全不同的際遇。

他們是「海盜」還是「傭兵」,其實端視他們與對手國家的互動而定。從這個角度來說,由於林鳳與鄭芝龍一開始便未決定永遠歸屬於哪一個國家,本來注定是「沒有歷史的人」。但這兩人的命運卻無獨有偶都與臺灣歷史發生了關連,足見這座島嶼在各種層面上逐漸成為時代焦點,正在悄悄發生一種世界史層級的複雜變化。

——本文摘自《島嶼歷史超展開》,2023 年 8 月,春山出版,未經同意請勿轉載。