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TI首席科学家方进:以数位技术改变类比世界
 

【作者: 王岫晨】2007年01月04日 星期四

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本社社长黄俊义(以下简称黄):您是TI的首席科学家,且专精于DSP设计。因此我想先请教您,你每天接收到的究竟是数位讯号还是类比讯号呢?这些讯号有何不同?


TI首席科学家Gene A. Frantz(方进,以下简称方):这是个很有趣也很重要的问题。我的生活和大家一样,每天都得面对到许多数位与类比讯号。其实,每个人每天在生活中所收到的讯号中,比如光、声音、影像、味道、压力等等许多不同的讯号,都是属于类比讯号。因此,毫无异议的这个世界是个类比世界。而我们会发展数位科技领域的唯一原因,正是因为数位科技可为类比世界带来许多利益与便利性,而数位科技也不能在类比世界中单独存在,因此目前我们常常可见到数位科技与类比科技同时运用于日常生活中。


《图一 TI首席科学家方进》
《图一 TI首席科学家方进》

黄:DSP所扮演的角色是否就是数位世界与类比世界之间沟通的桥梁呢?而长期接收数位讯号是否不太自然?人们在无形中接受过多的数位讯号,是不是会显得呆板、无趣且失真?


方:这问题可以两个面向来思考。第一个方面是长期接收数位讯号,基本上对人体是不会造成什么伤害的,也不会令人们生活方式变得机械化。第二个方面,数位科技已经开始影响并改变人们的工作、思考、生活与休闲娱乐方式。例如许多学校的考试便不允许携带计算机,因为计算机会导致学生作弊等行为出现。如果有了计算机,学生便不再去记忆该背诵的数字、公式或九九乘法表等等,学习过程将变得懒散且不积极。


其实面对数位科技,大家应该思考的问题在于,数位科技究竟是会更拉近人与人之间的距离使大家关系更紧密,还是会拉大人与人之间的距离使人们更为疏离。


因为透过数位科技,可以与不同国家​​的人进行交流,例如利用语音、IP或E-Mail等方式,感觉上好像把全世界的距离拉近了。但同时间,却也因为这样,使得人与人之间不再像过去一样有面对面的积极互动,凡事都透过数位科技来做沟通桥梁,也使得数位科技无形之间成为人与人之间的一道墙,这样的隔阂也造成人们的疏离。


黄:TI的DSP技术非常先进,运算速度也非常快速,所能处理的类比讯号远远超越了人们感官所能处理的范围,请问这样的意义何在呢?这样的速度已经超越人们感官的需求,能真正解决人们所面对的问题吗?人们真的需要这样快速的数位处理器吗?


方:要想回答这个问题,我认为关键点应该在于,究竟机器有没有办法细腻地处理人们平常认为简单、理所当然,且也有能力去处理的事情。我同意你所提到的,目前DSP等逻辑晶片的处理速度的确在某些用途上超过人们的需求。但从另一个角度来看,数位逻辑运算能力目前尚远不及人类的大脑运算功能。


我举个很简单的例子,那就是我们的眼睛。平常我们利用眼睛去辨别人、事、物。是非常轻而易举的事情。只要一眼看到,你就知道这个人是谁,是朋友、同学、老师、父母、同事或者陌生人。既使这个人改变外型了,例如换了发型、上了妆、戴一副新眼镜、穿不同的衣服等等,既使有这些细微的变化,人们还是可以透过眼睛传递讯息给大脑,经过大脑很快速地辨识之后,让你知道这个人到底是谁。既使是背对着你,你也一样可以透过背影很快地知道这个人是谁,这样的动作在人们身上发生是一件很轻松平常的事情,没有人会认为这是一件很困难的事。


然而对于机器来说,「辨识」却是一项很大的挑战。以目前发展中的脸部辨识技术为例,要让机器很正确地透过脸部辨识出个人的身份,仅仅这一点就必须耗费庞大的运算资源。也许一个人在光线充足的条件下面对着镜头,正确辨识出该人的身份并不是什么大问题,但并非所有的辨识条件都是这么单纯。很多时候仅仅光线角度的不同,便会出现不同的辨识误差,例如室内或室外光、强光、弱光或不同颜色与角度的光线,都会另辨识的结果不同。而当个人换上不同的衣物、妆扮或者戴上不同款式的眼镜时,机器也常常会出现辨识错误等情况。这些对于人们而言很轻而易举,只需一瞬间就可轻易完成的事情,对机器来说却是如此复杂困难。


黄:关于逻辑运算为人们生活所带来的好处,您可以再多举几个例子吗?


方:我再举一个例子,驾驶汽车是人们每天都会做的事情。曾经有人做过一个自动驾驶的实验,让车子在道路上的白线范围内自动驾驶,就与人们在道路上驾驶的状况是一样的,对于自动驾驶而言,持续行驶在车道中是很重要的。但车子在自动驾驶的时候,则会受到光线明暗的影响,且路上的白线如果不清晰,也会影响行车路线。因此,如果自动车是行驶在老旧的车道上,分隔线已经模糊不清了,路也磨损很厉害,加上如果是面向阳光行驶,就算是很多先进的镜头也没办法清楚分辨车道在哪里。另外,机器也很难依据对方的车灯来辨别这部汽车究竟是驶近还是驶远。但人类的眼睛却可以简单轻易的辨别这些不同。


因此必须了解的是,很多人们认为简单的事情,却是机器无法做到,也无法达到的境界。也因此若从这个角度来看,当问到过快的处理器速度究竟有没有必要的时候,我认为,处理器的速度尚远远落后于人类的大脑,其运算效能不能与人类的思考速度相提并论。目前的逻辑晶片运算速度都还不敷人们使用,所以,发展出运算速度更快的逻辑晶片,应该永远都会是科技产业追求的极致目标。


事实上,DSP的应用是无止尽的。许多应用是一般人想也想不到的,例如我最近便与美国某大学合作进行一项人工视觉的研究计画,目前的实验作法,是在盲人的眼睛里面植入一块晶片,这块晶片连结到一个镜头,所有透过这个镜头所拍摄到的影像,透过晶片对视网膜产生的刺激,实验者便会有视觉的产生。虽然目前的实验阶段只能产生大约16画素的影像,但这对于原本无视力可言的盲人来说,等于为他们打开了一扇窗。因此,若从这种不同的先进应用来看这个问题,则这个世界真的还需要不断发展更为快速的逻辑运算能力,让生活能有更为不同的改变。


黄:目前CPU都朝向多核心的方向发展,其中一部份应该都可以取代DSP的功能,因此随着多核心处理器的发展,未来独立的DSP晶片是否会受到影响而不再受到需要?


方:我以我过去所做过的一个演讲来当作例子,就是一个「终极电脑」的概念。我们所谓的「终极电脑」究竟是「人脑」还是一个「社会」呢?这两者之间究竟有何不同?人脑的运作有时后并非完全可以用科学的角度来解释,但一个社会的运作方式则是规则很分明的。


当人们生病的时候,会去诊所找医生看病,而不会跑去修车厂请里面的技师来诊断你的病情。相同的,当汽车出了毛病,人们也会将汽车开到修车厂去修理,而不会请一个医生来修理汽车。而现在我们把一个系统想像成一个独立的社会,这系统中同时存在很多处理器,这些处理器在系统中都各司其责,处理他们最擅长处理的事情,这就好像我们的生活经验让我们知道,生病是去找医生,而不是修车厂。


我以TI所推出的视讯专用平台DaVinci来说,这个平台里面包括了ARM处理器、DSP、硬体加速器还有I/​​O等各种周边,在这个小系统里面,包括了各种不同的处理器,都是处理各自最专长的运算工作。 TI便是以多种处理器相辅相成来成就一个系统。


当1960年代中叶所讨论的DSP,当时只是一个纯粹理论性质的东西。一直到1970年代后期,以及1980年代,才真正找出一个方法可以让DSP成为实际的技术及产品。一直到1990年代,世界也看到了DSP从原本的理论、到可以实现的产品、再到最后成为可以成就终端展品的技术,我们称之为「Enabler」。方才提到目前开始盛行的多核心技术,当然可以用来取代DSP的工作,问题就在于这是不是运算上最适当的技术选择与方法呢?在刚才的例子中,我们生病感冒时,当然一样可以去找个修车工人来帮你治疗感冒,而医生一样可以帮忙汽车换机油,但可能需要多花费一点时间罢了。然而在一个整合度很高的系统中,使用者可能不想牺牲效能,而把所有的事情都交给同一个处理器来做。因此我认为这个问题的重点在于选择最适当的运算技术,让系统中所有处理器都能分工且相辅相成,如此才能让系统整体效能发挥到极致。


黄:近期听闻Google以16.5亿美元收购影片分享网站YouTube,显见视讯分享的重要性正逐渐扩增。您认为未来的视讯传播应用会有怎样的趋势发展?


方:这个问题可以从目前整个娱乐型态的改变来讨论。首先我们可以观察客厅里头的娱乐方式,在客厅中的娱乐方式与过去传统已经完全不同了,目前在客厅的娱乐系统中首先必须有个大尺寸的平面电视、要有环绕音响、DVD播放器、 STB或者DVR等设备,因为消费者现在所接受的内容与传统已经完全不同了,这样新的娱乐型态是过去所没有讨论过的。


而相对于客厅的环境,在书房或卧室里面所进行的娱乐活动则是比较偏重个人化的娱乐活动,这些都是关于自己的个人空间,比方说网志或部落格等,越来越多使用者自己创造内容,例如录音或自行拍摄照片影像等,其传播的方式都是透过网路,而这些网志的读者也都是其他内容的创造者。这与传统影音内容都需要经过专业的录音、录影与通路贩售等被动式的影音娱乐行销模式大相径庭。而这些内容的创造者也很可能有机会可以从内容的创作中获利。


(整理\王岫晨;摄影\昱丰)


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