智能应用 影音
产品标准规格对现代半导体产业景观的形塑 (三):车用半导体零件的统一标准建立
电动车及自驾车是未来最大的半导体应用领域。汽车产业每年市场超过2万亿美元,超过手机、PC、服务器等市场的总和。2022年电动车的销量已经超过1,000万辆,占整体汽车市场的比例高达13%。电动车/自驾车预计在2030年的制造成本中,有50%会来自于半导体;2040年后由于自驾车趋于成熟,可能更会高达70%。电动车/自驾车与半导体的相互依存程度不言而喻。电动车/自驾车用半导体零件目前并没有齐一的规格。以半导体其他应用—如前述的DRAM经验来看,半导体零件的规格制定会大幅降低半导体零件成本,进而降低电动车/自驾车售价、扩大市场,对汽车和半导体产业是个双赢的策略。但是有部分汽车业者似乎又想走回过去电子系统业者的老路:垂直整合、深入半导体制造环节。具体的例子有比亚迪、博世(Bosch)等。特别是在COVID-19(新冠肺炎)期间,汽车厂商经历零组件断供困境,对于整个汽车产业的供应链有直接掌握的强烈渴望。汽车厂垂直整合进半导体的考量可能来自于强化核心竞争力。如果一部车子的制作成本有50%,甚至70%来自于半导体,则可能汽车价值的创造也大部分来自于半导体。核心价值相关的硬件全部外购,无疑是把自己降格成组装厂,无法在激烈的竞争中立足。汽车产业与半导体产业的垂直整合,表面上还有其他的好处。车用半导体零件由于没有统一标准,很多是定制化的,汽车业者与IC设计公司的沟通是另一种成本,垂直整合可以大幅削减定制化的交易成本。另外,车用半导体零件的验证期通常很长。半导体设计、制造内化在汽车公司内后,验证的周期可望大幅缩短。但是订定车用半导体统一标准、促使垂直分工成为可能进而获得好处,我认为会比垂直整合的好处还是要大。除了前述的扩大规模经济、降低成本、加速研发进展等好处外,还有对汽车产业特有的好处。譬如统一的规格可以加速立法推动,也可以建立世界公认的验证平台,加速零件上市的速度等好处。国际半导体产业协会(SEMI)已开始推动车用半导体的统一标准。 
产品标准规格对现代半导体产业景观的形塑 (二):DRAM标准规格改变的产业型态
当DRAM标准规格问世后,马上改变产品的市场竞合规则。DRAM有JEDEC(Joint Electron Device Engineering Council)制定的规格,各公司的产品在电压、频率、信号序列、I/O管脚等定义是完全相同的;也就是说,把模块条上的一颗DRAM置换成另外一家公司相同规格的DRAM,理论上是可行的。所以产品的竞争领域就只局限在产品推出的时间、成本(制程和良率)和可靠性上。先推出的新标准规格产品虽然市场较小,但享有较高的溢价;用较先进的制程来生产相同规格产品的成本显然较低。这两个因素是产品规格标准化后产生的内建机制,迫使各厂商奋力研发新制程。市场面上产品规格的统一标准化,意味着产品的大宗商品化(commoditization)。大宗商品市场的特性是供应商与顾客的交易程序简单、但是黏着度不高。由于同质商品流动性高,而且与计算相关的系统应用对DRAM的使用量很有弹性—当DRAM占成本比例时就少买些,所以市场对供需平衡的敏感度极高。大宗商品的价格起伏幅度极大,这也解释为何存储器市场经常性的面临一岁一枯荣的景况。由于大宗商品的产品价格是主要的竞争因素之一,较低的价格让应用方的系统成本也随之降低,销售量变大,反过来回馈到DRAM市场变大。此乃大宗商品特性所带来的良性循环。在产业的价值链中尽可能的增加企业加值节点,以增加企业的竞争优势的策略,称为垂直整合。过去很多电子、通讯厂商采用这个策略因而进军半导体产业,早期的有如AT&T、IBM等,授权技转给台湾的RCA也是一家系统公司。包括日本全盛时期的NEC、东芝(Toshiba)、日立(Hitachi)、富士通(Fujitsu)等,以及韩国三星电子(Samsung Electronics)、乐金(LG)、现代(Hyundai)原先都是系统公司,也都是依这思路进入半导体领域。DRAM有规格标准之后,相关的上下游零件—譬如CPU与DRAM,乃至于与系统之间就不需要有密切的合作,双方一切照标准规格操课就行了。此导致一个重要的产业结构的变化:上下游垂直整合失去策略优势。所以在DRAM环节的厂商可以专心致力于单一产品的量产,追求规模经济。由较大营业额产生的较大利润可以支持独立的制程研发,进一步拉开与竞争对手的技术差距,整个产业慢慢往寡占的方向演变。甚至只是「类标准」都有可能启动相近的产业正向循环。记得PC是如何快速崛起的吗?IBM首代PC问世后,第二代、第三代的PC XT、AT业界就有IBM compatible的类标准产生。这一方面是由于IBM在产业前期的主导地位,也因为在硬件方面英特尔(Intel)近乎垄断的供应与微软(Microsoft )Windows OS在软件方面的强势崛起。框架边界的明确定义,促使与之协作各式零组件规格的迅速明确化,协力厂商可以立即专于注于单一产品的优化而建立规模经济,整机的价格可以持续降低,再次扩大系统以及零组件的市场规模,这也是台湾半导体及电子与通讯系统制造业早期发展的契机。抽象地来说,规格化提供产业链各价值环节的连接标准规格,弱化垂直整合优势,这使得单独的产业链价值环节有生存的可能。当个别产业链价值环节专精于单一产品的生产,规模经济得以建立。对于半导体产业而言,与系统制造业可以垂直分工是重要的一步。可以垂直分工意味着可以分取较多的利润,进而投入尖端制程的研发,这对于半导体产业的发展、茁壮至关重要。由产业的发展历史中也可以看到,原先由系统业者藉垂直整合伸向半导体业者几乎全多褪去,仅存的也在努力剥离系统业务与半导体业务之间的关系。这是已发生过的产业历史。
产品标准规格对现代半导体产业景观的形塑 (一):DRAM标准规格的形成
在今年(2023年)存储器价格大幅跌落之前,半导体产业中的产品个别市场排名分别是DRAM(13%)、NAND Flash(11%)以及CPU(9%)。如果将存储器归成一大类的话,其总销售额还是遥遥领先其他类别,无与伦比。之所以会有这样的排序,主要是因为计算机理论的von Neumann架构中,存储器与处理器是唯二被提及的硬件,所以处理器与存储器在各类计算相关的系统产品中—包括手机,都是用策略采购管理的最重要零件。存储器中的DRAM有由JEDEC(Joint Electron Device Engineering Council)机构所制定的全球标准规格,譬如现在常见的DDR4、LP DDR4、DDR5等。JEDEC也制定NAND标准规格如ONFI(Open NAND Flash Interface)4.0、5.0等,虽然这个标准没有如DRAM规格般的有较强的拘束性,但是各厂家的NAND产品在加上微处理器后形成的永久记忆模块也大致通用。存储器有全球统一规格标准,此对现代半导体产业景观的塑造有决定性的影响。最早的DRAM规格标准是JEDEC于1987年订定的FPM(Fast Page Mode),这个年份距离晶体管的发明已经历过40年,摩尔定律的恒常推进已经有些吃力。但是DRAM那时最大的应用市场是PC,新兴大市场才出现不久,有蓬勃发展的生机。此时的主要半导体公司除了老牌的美国半导体公司如英特尔(Intel)、德仪(TI)、超微(AMD)、摩托罗拉(Motorola)、National之外,另外日、韩系统厂商如富士通(Fujitsu)、日立(Hitachi)、NEC、东芝(Toshiba)、三星电子(Samsung Electronics)等也纷纷成立半导体公司,这些就是后来在90年代DRAM市场竞争大放异彩的公司。DRAM有一段时间是整个半体导产业的技术驱动者(technology driver),主要的原因有二:一个是产品特性的因素,另一个是市场因素。DRAM中有超过一半的面积是存储器阵列,其单元形状相同,结构呈高度重复性。制程微缩对于芯片面积的减少、乃至于成本的降低效果是直接而且显而易见的。因此,制程微缩成为此产品领域的主要竞争因素。市场因素方面,DRAM在80年代末期约略占整体半导体市场30~40%的比例。也就是说,半导体市场盈余主要落在DRAM领域,因此制程研发所需要的经费由DRAM来领军是理所当然。台湾经历过的产业发展,也见证此一过程。现在成为晶圆制造的常见设施与设备,如12寸晶圆厂、DUV、CMP等,在台湾都是先由DRAM厂商领先使用的,这种趋势一直至2000年初后才开始反转。 
智能农业的成功因素
在台湾,农业物联网传感设备供应商众多,然而通讯技术和数据传输格式却千差万别,导致数据在不同系统间的流通和加值应用面临着困难。为了解决这一重要问题,农业部于2023年4月27日推出「智能农业传感数据格式标准与测试规范」。透过推动数据格式的标准化,提高农业物联网应用领域中数据串接的效率,同时也降低开发成本,推动农业物联网的深入应用。由中华电信负责「智能农业传感数据格式标准与测试规范」的制定,遵循台湾资通产业标准协会(TAICS)所规范的制定流程。该标准参考国际标准组织(OGC)提出的物联网标准框架,并收集来自产业、政府、学术界和企业等领域的专家意见。经过近一年的密集开会、讨论和评审,最终完成标准的制定工作。「智能农业传感数据格式标准与测试规范」确定59种不同的装置类别代码,同时提供农业系统平台层的应用程序界面(API)和数据传输格式,例如传感装置的量测单位等。如果智能农业系统能够遵循这一标准交换数据,将能够降低开发成本,实现数据的流通和数据的有效应用。此外,这一措施还将有助于推动多元化的智能农业整合应用服务的发展,为农业领域带来更大的创新和进步。为了推广本标准规范的应用,农业部举办2场公开说明会。说明会中,我被邀请担任讲师,分享「智能农业数据标准化与互通化之效益」,希望借此激发更多智能农业的创新应用和跨界合作机会。我的主题演讲提到台湾数码转型所面临的主要困境,是大数据运用能力不足,特别是在数据格式定义上的不严谨以及不同格式之间的互通困难。尽管农业和环境信息的量很大,但缺乏系统性的整理,导致这些信息未能得到广泛运用。大多数信息都是个别使用,无法串联和扩大规模。农业部的主导至关重要,尤其是在提供有效的机制方面,将小数据(规模在几十万以下)集结起来,扩大为大数据(规模在几千万以上),将有助于促进数据的更好利用和整合,推动智能农业的发展。我同时提供一个巧妙的数据应用案例,透过数据生成技术,将白草莓病变检测的准确率从87.50%提升至96.88%。这成果已在国际一流期刊上发表,并被日本杂志《Pen》专题报导,主题为「2033年,科技的未来会是怎麽样的?」其中,农译(AgriTalk)使用5G技术的有机无毒白草莓成为台湾受到报导的智能农业技术。透过分享这一主题,我与现场的农业信息服务提供者深入交流,激发更多跨领域农业数据应用的想法,加速数据格式标准化的推动。台湾智能农业已经迈入另一个发展阶段,特别是在农业物联网应用中的数据格式标准建立方面,其重要性日益凸显,加速智能农业创新发展更为必要。同时,农业部也鼓励农业相关部门、企业以及学研单位共同合作采用这一标准,共同致力于打造智能农业的美好未来。
细究台积电在车用芯片市场影响力 关键力量已不容忽视
车用芯片是2022~2027年营收年复合成长率最高的半导体应用类别,台积电在车用芯片市场的影响力究竟有多大?为何台积电在欧洲投资设立晶圆厂获得相当大的关注?2023年8月8日台积电发布该公司董事会通过在38亿美元额度内,投资位于德国德勒斯登的合资公司ESMC,ESMC将由台积电营运,台积电股权占比将达70%,另由英飞凌(Infineon)、恩智浦(NXP)、博世(Bosch)各取得10%股权,预计ESMC的12寸晶圆厂在2027年底投产,采用12/16、22/28纳米制程,将以车用及工业用途半导体为主。以营收规模来看,汽车应用占台积电营收比重从2021年的4%、2022年的5%,提升至2023年第2季时的8%,2021及2022年台积电的车用芯片营收年成长率,分别达到51%及74%,可见其成长动能。台积电与车用客户互利共生DIGITIMES Research预估2023年台积电的美元计算营收虽将年减1成,但其车用芯片营收仍可达3成以上年成长率。台积电前十五大客户中,在车用及工业用芯片市场较知名的有恩智浦、意法半导体(STM)、英飞凌及Sony等4家,其中Sony已经与台积电在日本熊本合资设12寸晶圆厂,此次与恩智浦、英飞凌的合作,将更深化与主要客户及欧洲车厂的合作关系。台积电的前卅大客户中,以非通用会计准则(non-GAAP)计算的毛利率平均超过50%,举例来说, NVIDIA在2024会计年度第1季(至2023年4月30日,1QFY24)毛利率为70%(2QFY24尚未公布,但在AI服务器带动高端GPU需求下,预期将更高)、Marvell (至2023年4月29日)60%;第2季则包括超微(AMD) 50%、联发科 47.5%(未公布non-GAAP毛利率,推估可增加1~2个百分点)、恩智浦 58.4%、意法半导体 49%、英飞凌 46.2%、Mobileye 72%、瑞萨(Renesas)57.4%、Microchip 68.4%等等。 非通用与通用会计准则主要差距,出现在股票基础的奖酬,以及因企业购并产生之无形资产增值摊销,这些在半导体等科技业常常发生。在通用会计原则下,这些需要扣除,进而影响企业财报上毛利率。上述10家公司最近一期的non-GAAP毛利率平均值为57.9%,由于客户群还有毛利率更高的博通(Broadcom)、德仪(TI)、Analog Devices等公司,以及今年(2023年)毛利率较低的英特尔(Intel)及许多主攻消费性电子用芯片的公司,高低互抵之下,预估2023年客户委托台积电代工芯片,产品毛利率平均55%。车用芯片终端市场影响力 台积电没说出口的故事这其中,车用芯片毛利率通常比工业用、数据中心网通基础建设用芯片再低些,例如瑞萨第2季工业用(含物联网)芯片毛利率为62.6%,车用则为51.5%,可以根据恩智浦、意法、英飞凌及瑞萨4家与车用芯片较相关IDM厂商毛利率数据,得出主要车用芯片厂商平均毛利率51.3%。车用IDM/无晶圆厂(Fabless)客户委托台积电生产芯片后,平均还能取得51.3%的毛利率,假设晶圆代工占客户销售的芯片成本(Cost of Goods Sold;COGS)比重为75%(另包含封测及其他制造相关成本),表示台积电每1,000美元的代工产值,在半导体市场上的影响力,大约是2,738美元(即:1,000÷0.487÷0.75=2,738)。预估台积电2023年车用芯片营收可达54亿美元,以1比2.74的影响力换算,台积电为客户生产的车用芯片,在车用半导体终端市场的价值达到148亿美元,相当于2023年全球车用半导体市场的20.6%。此一比重相较2022年全球前两大车用半导体业者英飞凌、恩智浦市占率各自约11~12%更高。虽说台积电生产的车用芯片由客户再销售到车厂或Tier 1车用零组件业者,因此台积电在车用芯片终端市场并无占有率,但就芯片的终端市场价值或影响力而言,其实不亚于两大车用半导体业者,具备相当重要的地位。台积电最先进的车用芯片3、5纳米制程仍将以台湾为生产基地(已发布N3AE 3纳米制程蓝图),海外晶圆厂则以日本、欧洲车厂较需要的12~28纳米制程为主。毕竟许多车用芯片并不需要7纳米及以下的先进制程,尤其是功率半导体及传感器。台积电在车用芯片代工市场的竞争者?只是,为何台积电前十五大客户之一、全球第三大车用半导体业者意法半导体未参与此次合资设厂计划?主要是意法半导体已经跟格罗方德(GlobalFoundries;GF)签订投资意向书,在法国Crolles合资12寸晶圆厂,该投资案亦将取得有关当局的补助。另外,GF在德国的德勒斯登本就有1座12寸晶圆厂,累积投资额超过120亿美元,是2022年以前欧洲地区最大的半导体投资。台积电在2023年第2季车用芯片代工营收约12.5亿美元,年成长38%;GF同期车用芯片代工营收虽然仅2.45亿美元,与台积电有一大段落差,但第2季GF车用芯片代工营收是2022年同期8,200万美元的3倍,急起直追态势值得关注。
印度崛起:长期展望与当前发展
联合国于2023年4月宣布印度总人口于该月超过国内,正式成为全球第一大人口国,让世人更加重视印度的市场潜力。2023年7月28日在时代杂志网站上,有篇公认是举世顶尖印度经济专家、哥伦比亚大学印裔教授Arvind Panagariya的文章,标题是「How India's Economy Will Overtake the U.S.'s」,美国是全球第一大经济体,即便未来被国内大陆超越,仍可维持全球第二,难道现在就要把印度经济超越美国提上企业国际布局的时程了吗?Panagariya提到,在COVID-19(新冠肺炎)爆发前的15年间,印度实质GDP成长率保持在8%左右,美国不到2%。若印度能在未来20年间保持此一势头,并在其后维持5%的经济成长,而美国始终保持2%的成长率。Panagariya认为这两个假设都是有可能的。那麽,印度到2073年将超过美国的经济规模。与其看法相呼应的,高盛(Goldman Sachs)在2022年12月出具名为「The Path to 2075」的长期全球经济展望报告,预估2075年印度经济规模将超越美国。高盛指出,2024~2029年实质全球经济成长率预估为2.8%,其后每十年的CAGR会逐步往下,从2030~2039的2.5%,降至2070~2079的1.7%,主因来自于劳动力成长力道的趋缓,尤其到2075年时,全球人口已处于近乎成长停滞的情况。印度之所以在未来扮演更重要的经济火车头角色,在于其身为全球最大国的人口规模及人口红利。但高盛报告与Panagariya文章共同指出,驱动印度经济成长的关键是其劳动参与率及劳动生产力。劳动参与率需要更多的劳工,尤其是女性劳工。据统计,印度只有4分之1的15岁以上女性投入职场,而美国及国内的比例则都在5分之3以上;劳动生产力则需要更有技能的劳工。我的问题是,扩大劳工供给、提升劳工能力,都是在劳动供给端的改善,但需求端呢?谁来雇用劳工?2014年印度总理Narendra Modi于第一任总理提出的「Make In India」政策,目标是让制造业产值年增12~14%;2022年前新增1亿个工作机会;2025年制造业占GDP达到25%。Modi第二任总理时,提出印度自给自足「Self Reliant India」政策,一方面强化在地生产,巩固产业中上游,达成供应链自给自足;另一方面,增加国际竞争力、促进出口,也推动14个生产连结奖励(PLI)计划,透过高额补贴促进关键产业的在地化发展。若以2023年5月印度政府所公布的2022财年数据,印度目前制造业附加价值占GDP比重仅为14.7%(以当前价格计),离2025年占GDP 25%目标还有10个百分点差距,看来届时是不可能达标了。而印度出口在2020~2022年3个财年间占GDP比重逐年从18.7%提升至23.1%,看来是有所进展,但进口占GDP占比却也从21.0%提升至26%,以致于仍有约500亿美元的贸易逆差。但不可忽视印度政府拉抬本地供应链的决心。以最新突发的PC进口管制措施来看,若以2021年海关6码HS Code检视,印度贸易逆差前十大产品中,NB名列第八,胜于排名第九的手机零组件。印度激进做法背后有其本地化决策考量。从近日美光(Micron)宣布设立封测厂,及富士康6亿美元投资,乃至于印度制手机出口量持续提升,都可看到逐步升温的产业发展动能。Panagariya在文章开头,引用已过世的全球经济史大师Angus Maddison的研究成果,说到:「印度在长达一个半世纪的时间里一直是全球最大经济体,到1820年为国内所超越,但在西方工业革命和欧洲殖民统治的双重效应下,1870 年后英国成为世界最大经济强国,至1900 年后再为美国所超越。然而,在人们愈来愈多谈论亚洲崛起的情况下,世界经济现在是否准备好恢复到原来的常态?」印度接下来的发展进程,50年后超越美国似乎过于遥远而无需列入企业决策评估,但过往众家经济预测机构多估算印度至2030年后才将成为全球第三大经济体,国际货币基金(IMF)2023年4月最新预测却显示,印度至2027~2028年便会超越德(第四)、日(第三),提早达成,那麽印度接下来的市场与产业发展就值得企业投以更多的关注了!
EV带动功率半导体需求 2Q23车用半导体业者冲出佳绩
2023年第2季半导体厂商法说会及财务报告陆续发布,在半导体五大应用领域,包含数据处理、通讯、车用、工业用、消费性电子中,预估2023全年仅有车用半导体的销售额确定能较2022年成长,年增率预估达12%以上。其他四大应用中,仅工业用半导体销售额大致保持2022年相当水准,其他三大应用均呈衰退。因此,全球前廿大半导体业者中,车用营收比重较高的业者,其营运也相对较杰出。延续上季营运表现所做类似的预估,全球前廿大半导体业者中,2023年营收确定可较2022年成长者仅有NVIDIA、博通(Broadcom)、英飞凌(Infineon)、意法半导体(STM)、Microchip等少数几家。由于车用半导体是2023年第2季唯一表现亮丽的主要应用,因此安森美(Onsemi)及恩智浦(NXP)也由原先预估的2023年营收较2022年微幅减少,调升为2023年营收相较2022年-2~+2%,浮现正成长的机会。相较整体半导体市场较2022年预估减少12%,上述7家业者在对抗景气循环衰退周期时,展现各自竞争力所在。2022年全球前六大车用半导体业者分别是英飞凌、恩智浦、意法半导体、德仪(TI)、瑞萨(Renesas)以及安森美,2023年第2季上述业者各自车用半导体事业营收,分别较2022年成长约25%、9%、34%、20%以上(具体数字未揭露)、3.4%以及35%。德仪表示,第2及第3季仅车用需求维持高水准,其他应用多呈弱势。再观察上述6家车用半导体业者,可以发现年成长较高的3~4家都是在功率半导体市场有较高占有率的业者。随着电动车的持续成长,带动英飞凌、意法以及安森美有更为突出的表现。2022年全球车用功率半导体市占率前四大厂商分别是英飞凌、意法、德仪以及安森美,这4家业者的2023年第2季车用半导体事业营收年增率均达20%以上。综合各大厂看法,2023年第3季车用半导体销售展望大致上与第2季持平,算是五大半导体应用中,少数能见度较好者。不过,从中可看出车用半导体的成长动能,在第3季有减缓的态势。中长期而言,未来5年电动车相关的半导体需求年复合成长率上看20~25%,先进驾驶辅助系统/自动驾驶(ADAS/AD)相关半导体年复合成长率则在15~20%,两大因素有助带动车用半导体市场规模的成长。尽管每一台车所使用半导体金额愈来愈高,但随着电动车零组件数量及架构的精简,汽车平均销售单价反而可能下跌,这一点跟单价愈来愈高的服务器(尤其单价甚高的AI服务器出货量占比愈来愈高)、智能手机(因配置更先进制程的应用处理器、功能更强大的镜头及更高分辨率的CIS传感器,以及软性/折叠屏AMOLED屏幕等,使手机材料成本更高),倒是有所区别。
科学家,核子武器与政治
利用周末时间观赏刚上映的电影〈奥本海默〉。在当学生的时候,就听闻过「奥本海默事件」以及在美国的「麦卡锡主义」(McCarthyism),但这次是以奥本海默(J. Robert Oppenheimer)本人为中心,以电影手法完整地交代事件始末,包括二战期间制作原子弹的「曼哈顿计划」(Manhattan Project)。在二战前,整个学术的重心都在欧洲。Oppenheimer在完成哈佛大学学业后,就负笈欧洲,最后在量子力学大师Max Born的指导下完成博士学位。通常博士候选人,都会被口试委员严格且钜细靡遗地拷问,其目的是要让新科的博士们知道:你的学术生涯才开始,不要太得意。但据闻Oppenheimer的口试很快就结束,其中一位委员说,还好我溜得快,Oppenheimer已经开始质疑口试委员了,由此可见其桀傲不逊的个性。曼哈顿计划是由爱因斯坦(Albert Einstein)具名,写信给美国罗斯福总统(Franklin D. Roosevelt),忧心纳粹德国已经领先发展毁灭性核分裂武器所衍生而出,并由Oppenheimer担任制作原子弹的计划主持人。然而在第一颗原子弹还未试爆完成前,纳粹德国就投降了,但日本还在顽强抵抗中。当时科学界开始游说,希望停止曼哈顿计划,但接任罗斯福的杜鲁门总统(Harry Truman),为了减少美军在太平洋战争的损失,先后丢掷2颗原子弹在日本的广岛与长崎。片中有一段叙述Neil Bohr访问洛色拉莫士(Los Alamos),带来纳粹德国在发展核子武器的最新信息,而纳粹计划主持人正是另一位量子力学大师Werner Heisenberg。Heisenberg在核分裂的理论计算上犯了个错误,导致纳粹原子弹的发展受挫,而他本人在二战后表示其有意拖延纳粹在这方面的进展,但这至今仍是个科学悬案。美国最后能领先纳粹德国制作出原子弹,除了Oppenheimer主持的曼哈顿计划外,另一位关键人物是意大利裔的费米(Enrico Fermi)博士。费米博士恐怕是物理学史上,最后一位在理论与实验都有杰出表现的科学家,就如同棒球场上的二刀流。费米博士在芝加哥大学足球场看台的地下室,建立核子分裂的反应堆。在最后关键时刻,他亲自核对计算及调整实验的反应堆,完成了人类第一次能够控制且持续核子分裂的链锁反应。实验成功之后,对外所使用的暗语是意大利航海家登上新大陆。芝加哥大学在足球场原址也立了个纪念碑。Oppenheimer最终在战后因被认定为共产党的同路人,而被剥夺在原子核领域接触新知识与发展的权利。影片中的泰勒博士(Edward Teller),被誉为氢弹之父,在曼哈顿计划与Oppenheimer有不同的意见,执意要发展核融合的氢弹,导致他在战后Oppenheimer的听证会上,做出不利于Oppenheimer证词,而后不见容于学术界。泰勒博士本人在四十多年前,曾受邀访问台湾,全程由浦大邦博士陪同,访问全台多所大学。当时我才大三,但有机会与泰勒博士近距离的接触,并得到签名及合照,他非常津津乐道与杨振宁教授的师生关系。在当时战后的芝加哥大学,杨教授原本希望跟费米博士研习实验物理,因为要建设国内需要实作为基础,但无奈其动手做实验的火候不够,最后泰勒博士说服杨振宁教授跟他做理论的计算。当时,我们曾问泰勒博士在研究过程中,是否会因遭受挫折而产生低潮,他的回答居然是,我从没经历过低潮时刻。无独有偶地,旧苏联时期的物理学家Andrei Sakharov,因为从事氢弹的开发,被誉为是苏联的氢弹之父。之后他本人开始致力于限制核武器的扩散,成为人权斗士,却不见容于苏联当局,而长期被软禁在一小公寓内。他于1975年获颁诺贝尔和平奖时,苏联甚至拒绝他出境领奖。不论是Oppenheimer、Heisenberg以及Sakharov,这几位参与毁灭性核子武器的科学家,当初都基于爱国情操而参与,最终却是由政治凌驾一切。Oppenheimer在甘乃迪(John Kennedy)总统时代被平反,而Sakharov在戈巴契夫(Mikhail Gorbachev)当政时也被平反了。但是迟来的正义会是正义吗?李远哲院长有次在访问以色列,晚宴席中他请问邻座政坛人士,如何解决以色列与巴勒斯坦间的问题?对方回答,你们科学家就只想要解决问题,我们政治人物是要与问题共处的。试想如果问题都解决了,就不存在政治人物了。爱因斯坦在美国使用原子弹结束二战后接受访问说,没想到他们政治人物真的使用原子弹,我宁可去当个修表匠,内心充满着无奈。
电信流量工程之父Agner Krarup Erlang
丹麦人Agner Krarup Erlang是第一位研究电话网络流量的专家。Erlang是天才儿童,小学毕业后,以14岁之姿高分通过哥本哈根大学(University of Copenhagen)入学考试,大学当局考虑半天,还是决定不让他入学。Erlang只好摸着鼻子回家,直到18岁时,再度赢得奖学金,进入哥本哈根大学。Erlang专精数学、天文学、物理及化学,并于1901年顺利毕业。他讲话精简,不善交际,喜欢当一个旁观者,朋友昵称他为「Private Person」。Erlang于1908年加入哥本哈根电话公司(Copenhagen Telephone Company),开始研究电话交换机的效能。Erlang将机率理论应用于电话流量(Telephone Traffic)分析,在1909年发表第一篇相关论文,证明随机的电话(Telephone Calls)到达电话交换机的时间,遵循Siméon Denis Poisson的分布法则(Poisson's Law of Distribution)。为了研究一个乡村的电话交换机运作过程,Erlang亲自带着梯子在哥本哈根街头趴趴走,并经由街道的人孔,爬入地底下的机房进行量测工作。Erlang最重要的成果,发表于1917年论文《Solution of some Problems in the Theory of Probabilities of Significance in Automatic Telephone Exchanges》。他提出完整电话流量的分析论述,发明有名的Erlang公式(Erlang's formula)来计算电话交换机忙线的机率。美国贝尔实验室的研究员为了能够读懂Erlang的原始论文,还特别学习丹麦文。由于Erlang在排队理论及流量工程(Teletraffic Engineering)有极大贡献,因此在1944年,流量的量测单位以「Erlang」命名。将指数(Exponential)变量相加的新分布也以Erlang命名,称为「Erlang Distribution」。瑞典电信大学创造一种电脑语言Erlang Programming Language,此语言后来移转到瑞典电信巨擘爱立信(Ericsson)的开放电信平台实验室,之后又被释出成为开放源码的计划。爱立信采取这个名字,还有另一个原因:Erlang也是Ericsson Language的简写。这个语言精简好学,很符合开发大型工业用实时系统(large industrial real-time systems)的分散式、容错、多核心软件的需求。Erlang有一特点,可以帮助我们思考和互动,进而写成程序。它的程序码可以「热抽换」(Hard Standby;亦即可以一边执行一边升级,不用先暂停服务),如果移到多核心处理器的环境中执行,速度会自然变快(甚至有可能达到线性加速,n个核心就提升n倍)。运营商如T-Mobile,都使用Erlang开发分散式系统。除了电信系统外,Erlang也被用来开发财务系统或各种服务器系统。我的实验室发展物联网平台IoTtak,也曾考虑使用Erlang开发分散式系统,联接大量的物联网设备。
语音技术的数码转型
基于语音的多媒体物联网(IoMT)逐见普及,被大量用于语音到文本(Speech to Text)的翻译和语音控制应用。此类应用核心技术是自然语言处理。陈信宏教授和我的研究团队发展一套语音谈话的IoT应用开发平台,称为VoiceTalk,提出一种新自然语言处理机制,自动语音识别,借此发展不少有趣的互动应用。2020年台湾总统大选电视辩论直播,公视新闻网和陈信宏带领的语音识别团队合作,采用当时国立交通大学团队开发的人工智能(AI)语音识别系统,将语音实时转换成字幕。陈信宏指出,语音识别有几大挑战,包括要有足够的文字知识库、要能够处理语音杂讯,还有自发性语音的重复和修正等,比如讲者说到「...好,好像」等字词。除此之外,交大团队也在视觉上下功夫,比如字体大小、字幕行数多寡等。2020年总统大选辩论直播,语音识别AI搭配听打员微调,提高字幕准确率。公视经理苏启祯表示,这次公共服务实验难能可贵,未来技术更成熟,不排除应用于开票报导或其他大型转播专案。VoiceTalk将语音转换成繁体中文文本后,还要将之翻译成不同语言。如今我们上网读文章,遇到不同语言的文字,有软件可进行翻译,这是古代人想像不到的神奇应用。没有翻译文章的工具,人类的沟通就受到限制。方东美(1899~1977)在其巨着《国内哲学精神及其发展》写着: 「伟大翻译家实导更伟大创作之先河。」的确如此。方东美曾说:「闻所成慧(śrutamayī-prajñā)、思所成慧(cintāmayī-prajñā)、修所成慧(bhāvanāmayī-prajñā)乃哲学境界之层次,哲学功夫之阶梯,闻入于思,思修无间,哲学家兼具三慧,功德方觉圆满。」藉由翻译,广读世界各地哲人的文章,是「闻入于思」的重要步骤。现今的资通讯技术,很容易达到这个目的。于是,我们也思考如何将VoiceTalk加入ChatGPT的plugin,以达到「闻入于思」的境界。这需要我们对历史文化的认知。由翻译引导出哲学、文化蓬勃发展的例子发生在八到十世纪间的阿拉伯世界。在此时期,巴格达的学者如火如荼将希腊作品翻译为阿拉伯语。例如穆斯林史学家Ibn Ishaq(Abu Abd Allah Muhammad ibn Ishaq ibn Yasar al-Muttalibi )就以翻译亚里斯多德(Aristotle)着作闻名于世;到了十一、十二世纪时,有一群基督徒住在被伊斯兰统治的西班牙,接触这些阿拉伯思想家的着作,以及亚里斯多德等希腊哲学家的阿拉伯译作。这群基督徒将阿拉伯译/着作再翻译成拉丁文,造成十三世纪西方哲学与神学的黄金时期。古人必须千辛万苦地翻译文章,才能获得知识,如今ChatGPT的普及,我们有智能的文章翻译软件,比古人幸福多了。值得深思的是,如何在资通讯工具大量翻译的知识中,获得真正哲学与文化的精髓?