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TI首席科學家方進:以數位技術改變類比世界
 

【作者: 王岫晨】   2007年01月04日 星期四

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本社社長黃俊義(以下簡稱黃):您是TI的首席科學家,且專精於DSP設計。因此我想先請教您,你每天接收到的究竟是數位訊號還是類比訊號呢?這些訊號有何不同?


TI首席科學家Gene A. Frantz(方進,以下簡稱方):這是個很有趣也很重要的問題。我的生活和大家一樣,每天都得面對到許多數位與類比訊號。其實,每個人每天在生活中所收到的訊號中,比如光、聲音、影像、味道、壓力等等許多不同的訊號,都是屬於類比訊號。因此,毫無異議的這個世界是個類比世界。而我們會發展數位科技領域的唯一原因,正是因為數位科技可為類比世界帶來許多利益與便利性,而數位科技也不能在類比世界中單獨存在,因此目前我們常常可見到數位科技與類比科技同時運用於日常生活中。


《圖一 TI首席科學家方進》
《圖一 TI首席科學家方進》

黃:DSP所扮演的角色是否就是數位世界與類比世界之間溝通的橋樑呢?而長期接收數位訊號是否不太自然?人們在無形中接受過多的數位訊號,是不是會顯得呆板、無趣且失真?


方:這問題可以兩個面向來思考。第一個方面是長期接收數位訊號,基本上對人體是不會造成什麼傷害的,也不會令人們生活方式變得機械化。第二個方面,數位科技已經開始影響並改變人們的工作、思考、生活與休閒娛樂方式。例如許多學校的考試便不允許攜帶計算機,因為計算機會導致學生作弊等行為出現。如果有了計算機,學生便不再去記憶該背誦的數字、公式或九九乘法表等等,學習過程將變得懶散且不積極。


其實面對數位科技,大家應該思考的問題在於,數位科技究竟是會更拉近人與人之間的距離使大家關係更緊密,還是會拉大人與人之間的距離使人們更為疏離。


因為透過數位科技,可以與不同國家的人進行交流,例如利用語音、IP或E-Mail等方式,感覺上好像把全世界的距離拉近了。但同時間,卻也因為這樣,使得人與人之間不再像過去一樣有面對面的積極互動,凡事都透過數位科技來做溝通橋樑,也使得數位科技無形之間成為人與人之間的一道牆,這樣的隔閡也造成人們的疏離。


黃:TI的DSP技術非常先進,運算速度也非常快速,所能處理的類比訊號遠遠超越了人們感官所能處理的範圍,請問這樣的意義何在呢?這樣的速度已經超越人們感官的需求,能真正解決人們所面對的問題嗎?人們真的需要這樣快速的數位處理器嗎?


方:要想回答這個問題,我認為關鍵點應該在於,究竟機器有沒有辦法細膩地處理人們平常認為簡單、理所當然,且也有能力去處理的事情。我同意你所提到的,目前DSP等邏輯晶片的處理速度的確在某些用途上超過人們的需求。但從另一個角度來看,數位邏輯運算能力目前尚遠不及人類的大腦運算功能。


我舉個很簡單的例子,那就是我們的眼睛。平常我們利用眼睛去辨別人、事、物。是非常輕而易舉的事情。只要一眼看到,你就知道這個人是誰,是朋友、同學、老師、父母、同事或者陌生人。既使這個人改變外型了,例如換了髮型、上了妝、戴一副新眼鏡、穿不同的衣服等等,既使有這些細微的變化,人們還是可以透過眼睛傳遞訊息給大腦,經過大腦很快速地辨識之後,讓你知道這個人到底是誰。既使是背對著你,你也一樣可以透過背影很快地知道這個人是誰,這樣的動作在人們身上發生是一件很輕鬆平常的事情,沒有人會認為這是一件很困難的事。


然而對於機器來說,「辨識」卻是一項很大的挑戰。以目前發展中的臉部辨識技術為例,要讓機器很正確地透過臉部辨識出個人的身份,僅僅這一點就必須耗費龐大的運算資源。也許一個人在光線充足的條件下面對著鏡頭,正確辨識出該人的身份並不是什麼大問題,但並非所有的辨識條件都是這麼單純。很多時候僅僅光線角度的不同,便會出現不同的辨識誤差,例如室內或室外光、強光、弱光或不同顏色與角度的光線,都會另辨識的結果不同。而當個人換上不同的衣物、妝扮或者戴上不同款式的眼鏡時,機器也常常會出現辨識錯誤等情況。這些對於人們而言很輕而易舉,只需一瞬間就可輕易完成的事情,對機器來說卻是如此複雜困難。


黃:關於邏輯運算為人們生活所帶來的好處,您可以再多舉幾個例子嗎?


方:我再舉一個例子,駕駛汽車是人們每天都會做的事情。曾經有人做過一個自動駕駛的實驗,讓車子在道路上的白線範圍內自動駕駛,就與人們在道路上駕駛的狀況是一樣的,對於自動駕駛而言,持續行駛在車道中是很重要的。但車子在自動駕駛的時候,則會受到光線明暗的影響,且路上的白線如果不清晰,也會影響行車路線。因此,如果自動車是行駛在老舊的車道上,分隔線已經模糊不清了,路也磨損很厲害,加上如果是面向陽光行駛,就算是很多先進的鏡頭也沒辦法清楚分辨車道在哪裡。另外,機器也很難依據對方的車燈來辨別這部汽車究竟是駛近還是駛遠。但人類的眼睛卻可以簡單輕易的辨別這些不同。


因此必須瞭解的是,很多人們認為簡單的事情,卻是機器無法做到,也無法達到的境界。也因此若從這個角度來看,當問到過快的處理器速度究竟有沒有必要的時候,我認為,處理器的速度尚遠遠落後於人類的大腦,其運算效能不能與人類的思考速度相提並論。目前的邏輯晶片運算速度都還不敷人們使用,所以,發展出運算速度更快的邏輯晶片,應該永遠都會是科技產業追求的極致目標。


事實上,DSP的應用是無止盡的。許多應用是一般人想也想不到的,例如我最近便與美國某大學合作進行一項人工視覺的研究計畫,目前的實驗作法,是在盲人的眼睛裡面植入一塊晶片,這塊晶片連結到一個鏡頭,所有透過這個鏡頭所拍攝到的影像,透過晶片對視網膜產生的刺激,實驗者便會有視覺的產生。雖然目前的實驗階段只能產生大約16畫素的影像,但這對於原本無視力可言的盲人來說,等於為他們打開了一扇窗。因此,若從這種種不同的先進應用來看這個問題,則這個世界真的還需要不斷發展更為快速的邏輯運算能力,讓生活能有更為不同的改變。


黃:目前CPU都朝向多核心的方向發展,其中一部份應該都可以取代DSP的功能,因此隨著多核心處理器的發展,未來獨立的DSP晶片是否會受到影響而不再受到需要?


方:我以我過去所做過的一個演講來當作例子,就是一個「終極電腦」的概念。我們所謂的「終極電腦」究竟是「人腦」還是一個「社會」呢?這兩者之間究竟有何不同?人腦的運作有時後並非完全可以用科學的角度來解釋,但一個社會的運作方式則是規則很分明的。


當人們生病的時候,會去診所找醫生看病,而不會跑去修車廠請裡面的技師來診斷你的病情。相同的,當汽車出了毛病,人們也會將汽車開到修車廠去修理,而不會請一個醫生來修理汽車。而現在我們把一個系統想像成一個獨立的社會,這系統中同時存在很多處理器,這些處理器在系統中都各司其責,處理他們最擅長處理的事情,這就好像我們的生活經驗讓我們知道,生病是去找醫生,而不是修車廠。


我以TI所推出的視訊專用平台DaVinci來說,這個平台裡面包括了ARM處理器、DSP、硬體加速器還有I/O等各種周邊,在這個小系統裡面,包括了各種不同的處理器,都是處理各自最專長的運算工作。TI便是以多種處理器相輔相成來成就一個系統。


當1960年代中葉所討論的DSP,當時只是一個純粹理論性質的東西。一直到1970年代後期,以及1980年代,才真正找出一個方法可以讓DSP成為實際的技術及產品。一直到1990年代,世界也看到了DSP從原本的理論、到可以實現的產品、再到最後成為可以成就終端展品的技術,我們稱之為「Enabler」。方才提到目前開始盛行的多核心技術,當然可以用來取代DSP的工作,問題就在於這是不是運算上最適當的技術選擇與方法呢?在剛才的例子中,我們生病感冒時,當然一樣可以去找個修車工人來幫你治療感冒,而醫生一樣可以幫忙汽車換機油,但可能需要多花費一點時間罷了。然而在一個整合度很高的系統中,使用者可能不想犧牲效能,而把所有的事情都交給同一個處理器來做。因此我認為這個問題的重點在於選擇最適當的運算技術,讓系統中所有處理器都能分工且相輔相成,如此才能讓系統整體效能發揮到極致。


黃:近期聽聞Google以16.5億美元收購影片分享網站YouTube,顯見視訊分享的重要性正逐漸擴增。您認為未來的視訊傳播應用會有怎樣的趨勢發展?


方:這個問題可以從目前整個娛樂型態的改變來討論。首先我們可以觀察客廳裡頭的娛樂方式,在客廳中的娛樂方式與過去傳統已經完全不同了,目前在客廳的娛樂系統中首先必須有個大尺寸的平面電視、要有環繞音響、DVD播放器、STB或者DVR等設備,因為消費者現在所接受的內容與傳統已經完全不同了,這樣新的娛樂型態是過去所沒有討論過的。


而相對於客廳的環境,在書房或臥室裡面所進行的娛樂活動則是比較偏重個人化的娛樂活動,這些都是關於自己的個人空間,比方說網誌或部落格等,越來越多使用者自己創造內容,例如錄音或自行拍攝照片影像等,其傳播的方式都是透過網路,而這些網誌的讀者也都是其他內容的創造者。這與傳統影音內容都需要經過專業的錄音、錄影與通路販售等被動式的影音娛樂行銷模式大相逕庭。而這些內容的創造者也很可能有機會可以從內容的創作中獲利。


(整理\王岫晨;攝影\昱豐)


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