椽經閣 - 林一平專欄

林一平

國立陽明交通大學退休終身講座教授暨榮譽教授、中國醫藥大學教授

現為中國醫藥大學醫療資訊學系講座教授，曾任科技部次長，為ACM Fellow、IEEE Fellow、AAAS Fellow及IET Fellow。研究興趣為物聯網、行動計算及系統模擬，發展出一套物聯網系統IoTtalk，廣泛應用於智慧農業、智慧教育、智慧校園等領域/場域。興趣多元，喜好藝術、繪畫、寫作，遨遊於科技與人文間自得其樂，著有<閃文集>、<大橋驟雨>。

資訊處理之父Herman Hollerith

1890年代的美國人口普查扮演今日資訊處理革命的最大推手。當時要蒐集6,200萬美國人口的資料，美國人口普查局（United States Census Bureau）為此十分頭痛。經過評估，結論是以人工方式做紙本核對已不可行。在人口普查局尋求可行方案的過程，促成早期計算機器技術的演進。當中的關鍵人物是號稱全世界第一位統計工程師Herman Hollerith（1860～1929）。荷勒里斯在大學時代的表現優異，引起學校教授Trowbridge注意，僱用他到人口普查局當統計員。Hollerith在分析1880年人口數據時，發現以人工方式蒐集和處理資訊頗有不足之處，會產生許多錯誤。1890年時美國的人口成長超過6,000萬，以人工方式做人口普查，計算量已達瓶頸。Hollerith一直在注意兩套系統：Joseph Charles（1752 ～1834，又名Jacquard）的紡織花梭機（Jacquard loom），以打孔卡片（Punched pasteboard card）來控制編織的花樣；以及火車列車長將車票打孔來確認旅客及旅程的方法。根據對這2套系統的觀察，Hollerith開始構思人口普查的記數機器（Counting Machine）。1884年，Hollerith申請到第一個專利：利用卡片穿洞與架在彈簧上的釘子，設計出一種排序技巧。人口普查人員在記錄卡片上打洞，再將整疊的卡片餵入Hollerith設計的機器。機器運作時，裝有彈簧的釘子若滑過卡片上的洞，會和下方的電極接觸，使電流得以通過。機器以此辨別電流無法通過的卡片，並加以統計。這個龐大的電動排序機被稱為Hollerith Electric Tabulating System，是統計應用的一大成就。1886年，Hollerith已獲得打孔卡數據處理方面的一系列專利，成立製表機器公司（Tabulating Machine Company；TMC）以招攬生意，初期已有許多應用服務。例如幫保險公司分析死亡率數據（mortality data），以及提供紐約和巴爾的摩兩地間火車的運貨帳單。1890年，美國人口普查局使用Hollerith的機器，很有效率的將原來人工統計的時間由2年縮短為6個月。人口普查統計的方式，是將每一個人的資料分別記錄於一張40欄位的打孔卡片（這張卡片則成為那個人的永久檔案）。所有卡片都輸入Hollerith的機器來計算統計。此次人口普查相當成功，為納稅人省下500萬美元。Hollerith的機器揚名立萬，後為全世界各國採用於人口普查。

Motorola的誕生與發展（下）

最早以調頻技術（Frequency Modulation；FM）研製的無線電對講機（Radio Receiver/Transmitter）係於1940年，由摩托羅拉（Motorola）研發成功。當時設計的對講機是放在背包，可揹著邊走邊說，因此被暱稱為「Walkie-Talkie」。早期對講機的研發，主要人物是Daniel Earl Noble（1901～1980）Noble在學生時期就鑽研無線通訊，一手設計並建立美國康乃狄克州（State of Connecticut）的雙向警用無線電系統。這是全世界第一套雙向FM 無線行動電話系統。1940年這套系統建置成功後，Galvin Manufacturing的老闆Paul Galvin見獵心喜，力邀Noble加入其公司。於是，Noble擔任Galvin Manufacturing的研究部門主管，其第一個任務是為美國通信兵（U.S. Signal Corps）建置無線電對講機，成果豐碩。1949年後，Noble為Motorola設立第一個半導體研究室。這個實驗室發展出和無線通訊相關的電晶體如功率電晶體（power transistors）及射頻電晶體（radio frequency transistors）1940年Galvin Manufacturing設計的對講機研發團隊由Noble領軍，定調採用FM技術。射頻工程師（RF engineer）是波蘭人Henryk Władysław Magnuski（1909～1978）。Magnuski早年貧苦出身，幫波蘭軍隊修理收音機來養活自己和妹妹。1934年Magnuski在華沙的公司Panstwowe Zaklady Tele i Radiotechniczne工作。1939年其被公司送到美國進行一項無線電接收器的研發計畫。沒多久德國入侵波蘭，Magnuski回不了家，只好待在美國落地生根，大戰之後也不再返回波蘭。Magnuski的兒子彰顯老爸在無線電專業的貢獻，在伊利諾大學的電機資訊工程系設立一個講座來紀念父親。Motorola於1946年開始生產「車用電話」，可讓人在車上打無線電話到公共電話網路。當時通話效果很好。然而，用戶增加後，卻面臨無線線路不足，無法服務大量用戶。後來貝爾實驗室發明蜂巢式行動電話技術後才解決。1983年，美國FCC批准Motorola DynaTAC 8000X，這是全世界第一支商業化行動終端設備（Cellular Device），號稱「黑金剛」，由Martin Cooper帶領的研發團隊完成。當年行動電話是昂貴的奢侈品，只有派頭十足的有錢人和黑道角頭老大才用的起，因此有了「大哥大」封號。Cooper於2007年還曾來台北參加COMPUTEX 展覽。

Motorola的誕生與發展（上）

Motorola創辦人Paul Vincent Galvin（1895～1959)出生於美國伊利諾州的一個小鎮，父親是愛爾蘭籍調酒師。由於家境貧困，Galvin並未完成大學教育。不過，Galvin是天生企業家，最先將收音機整合於汽車。1928年Galvin與兄弟Joseph於芝加哥成立Galvin Manufacturing Corporation，第一項產品是收音機的交流電轉接盒（Battery Eliminator）。1930年公司改名為Motorola。這個字是由「Motor」（汽車）及「Victrola」（彼時最有名黑膠唱片機的品牌名稱）2個字組合而成。當時Galvin正在生產汽車用收音機，因此想到借用「Victrola」這個品牌名稱。Galvin第一任太太麗麗蓮（Lillian Guinan）是Galvin的高中甜心，小倆口於第一次世界大戰後結婚。1942年，麗麗蓮不幸在家中被謀殺，警察一直無法找到兇手，成為懸案。1945年，Galvin數次邂逅年輕的薇吉妮亞（Virginia Galvin Piper）後，閃電結婚。1955年，Motorola將公司企業識別改成很時尚風格的「M」，由2個三角尖拱成M，代表一波波接續的領導風格。Galvin於1959年去世，而Motorola的業務持續蒸蒸日上。1960年，Motorola推出全世界第一部19吋大螢幕電視機。1974年再推出全世界第一支彩色電視映像管，同年Motorola將電視事業賣給Panasonic。Motorola於1991年在德國展示第一支GSM 手機；1995年推出第一套雙向呼叫系統（Two-way Pager ）。2000年Motorola發展出第一支GPRS手機，並且和思科（ Cisco）合作販售第一套 GPRS行動網路系統給英國 BT Cellnet 。Motorola在無線通訊領域頗有一席之地，但在電信等級的交換機，則較無作為。2014年1月，Motorola Mobility被併入中國聯想集團。雖然Motorola在手機市場已不如往日雄風，讀者們若上網搜尋，仍可看到相關產品。尤其是Motorola最早發明的雙向對講機「Walkie-Talkie」，仍然是防災應急必備，有通用對頻對講機、軍工對講器、兒童戶外小機、迷你飯店工地萬能手臺、避難對講機等，讓我回憶起當年摩托羅拉的全盛時期。

計算機作業系統的誕生

計算機能變得很好用，編譯器（Compiler）及作業系統（Operating System）的發展功不可沒。作業系統管理計算機或行動裝置的軟體和硬體功能，讓所有應用和程式能順暢運行。桌面運算裝置最常用的作業系統包括微軟（Microsoft） Windows及蘋果（Apple） macOS。這些作業系統的功能複雜，很多原理歸功於1960年代電腦科學家的努力。1965年時，貝爾實驗室（Bell Labs）、奇異電子（General Electric）和麻省理工學院（MIT）合作建立一套多使用者（Multi-user）、多工（Multi-processor）、多層次（Multi-level）的作業系統，稱為MULTICS，主要貢獻者是「分時處理作業系統」之父柯巴托（Fernando José "Corby" Corbató, 1926~2019）。因計畫的工作進度延遲嚴重，MULTICS在1969年終止。當時參與計畫的湯普森（Ken Thompson）在MULTICS寫了一款電動遊戲程式「星際旅行」（Space Travel）。在MULTICS打烊後，為了能繼續玩這個遊戲，湯普森找來瑞奇（Dennis MacAlistair Ritchie, 1941~2011），發展出一套更有效率的作業系統，稱為Unix。這套作業系統後來成為主流，廣泛的被各種電腦採用。在Thompson 及 Ritchie獲得圖靈獎（Turing Award）的次年（1984年），貝爾實驗室的技術期刊《AT&T Bell Laboratories Technical Journal》編輯一期特刊，專門討論UNIX系統。1984年這一期特刊，具有紀念性，成為我的珍藏版。為此特刊撰文的作者都赫赫有名。當中寫Preface的 Robert L. Martin 是我在Bellcore時的大老闆，而Robert H. Morris則為現任IBM的全球服務副總裁，他於2010年來台灣，頒發IBM Faculty Award 給我。近年來，超級電腦業者打破「高速計算」必須透過一部高速運轉的超級電腦來執行計算工作的思維，而作業系統更加重要。2008年4月克雷公司（Cray Inc）開始與英特爾技（Intel）術合作，用Xeon處理器及刀鋒系統設計來打造超級電腦，稱為Cray CX1。這種蛻變的高速計算，稱為「高階計算」(High-end Computing)。以多部CPU進行高階計算，原理是平行理論（Concurrency Theory），早期的主要貢獻者是米爾納（Arthur John Robin Gorell Milner, 1934~2010）。我於2014～2016年間在科技部督導超級電腦的建置，了解其技術的複雜度，更能體會過去計算機先驅者的貢獻。

奠基計算機理論的師徒

計算機理論是研究電腦的運算能力與極限的一門學科。在1970年代，計算機理論對台灣學術界而言，是沙漠荒地。

「機械姬」的道德問題

看完2015年的電影《機械姬》(Machina)，讓人不禁會問：到了2050年，與機器人的性愛是否將會超過人類性愛？這部電影暗示觀眾，栩栩如生的玩偶與互動式人工智慧功能相結合，將導致機器人愛好者市場的爆炸式成長。根據美國加州人工智慧伴侶機器人開發商的說法，AI性愛很快就會像色情片一樣受歡迎。

紙本著作電子化

《科學人》雜誌在歷經長時間的掙扎後，終於決定結束實體雜誌印刷，讓我深感失落。實體書籍虛擬化，是知識傳播不可避免的趨勢？

海底電纜的歷史

海底電纜線或海纜線(Submarine Cable、Undersea Cable)是以絕緣材料包裹的導線，鋪設在海底。在水深小於200公尺的淺海域，採用埋設纜線，而在深海則採用敷設。

超級電腦的前世今生

「級電腦能為社會做許多事。有一年超級電腦預測美國佛羅里達州將會有大雪霜，這個訊息提早在2週前傳達給佛州果農，預先準備，救了那一整年的橘子收成。當年台灣氣象局要進口Cray電腦，美國有軍事科技管制的顧慮，批准有困難。經陳世卿博士斡旋，得以圓滿進口。」

數位分身的前世: 傳真機

最近我到高雄市的國立科學工藝博物館演講，順便參觀其珍貴館藏，無意間看到中華電信的骨董傳真機TYPE LDI-3 FACSIMILE，頗有親切感。科工館的解說：「傳真機為結合光學、電子、精密機械及通訊等多項技術的事務機器。由於網際網路通訊盛行，傳真機市場逐步衰退，且單一功能傳真機已不符需求，故廠商推出結合傳真、掃描、影印及列印等多功能傳真機來因應市場變化。」今日傳真機被當成不符需求的事務機器，其實它可是1940年代的劃時代創新。

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