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第五課: 數大便是美 − 數大便產生神奇的魔力

徐志摩的散文「西湖記」，其中寫到「數大便是美」：

「碧綠的山坡前幾千隻綿羊，挨成一片的雪絨，是美；一天的繁星，千萬隻閃亮的眼神，從無極的藍空中下窺大地，是美；泰山頂上的雲海，巨萬的雲峰在晨光裏靜定著，是美；大海萬頃的波浪，戴著各式的白帽，在日光裏動盪著，起落著，是美；愛爾蘭附近的那個羽毛島上棲著幾千萬的飛禽，夕陽西沉時只見一個羽化的大空，只是萬鳥齊鳴的大聲，是美；……數大便是美。

數大了似乎按照著一種自然律，自然的會有一種特別的排列，一種特別的節奏，一種特殊的式樣，激動我們審美的本能，激發我們審美的情緒」。

這段描述可以説是這個演講最佳、最美、最貼切的描述及感動，當數目趨近無窮大時，就可以產生高端的智慧及神奇的魔力。人腦有 10¹¹ 個腦神經元(Neuron)細胞，而現在的一個半導體晶片遵循摩爾定律已經含有 5×10¹⁰ 個電晶體，趨近人腦神經元細胞的數目。2015年，美國的激光干涉重力波天文台(LIGO, Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory)偵測到重力波，證實了百年前愛因斯坦提出的廣義相對論；2016年，人工智慧AlphaGo打敗世界最頂尖的圍棋高手。這些震驚世人事件的背後，都有半導體晶片電晶體數目暴增到百億的神奇魔力的影子。

EUV曝光機的出現，讓人類已經可以在2奈米× 2奈米的面積匡住並把玩41個矽原子。這驚人工藝的精密度已經直逼DNA兩股螺旋股幹之間2奈米的距離。

令人驚訝的是，人造的積體電路和自然界的 DNA 有微妙深邃的相似性：(1) 人造的積體電路和自然界的 DNA 有類似的信息傳遞法則。自然界的DNA以A(腺嘌呤)、T(胸腺嘧啶)、C(胞嘧啶)以及G(鳥糞嘌呤)四種含氮鹼基，形成A-T和C-G配對，依據含氮鹼基配對在空間的序列(Spatial sequence)忠實精準的傳遞基因，其中空間週期(S)為0.34奈米(兩個相鄰含氮鹼基配對的距離)。而人造晶片的積體電路則以0和1兩個數位，依據在時間的序列(Time sequence)忠實精準的傳遞訊號，其中時間週期(T)以奈秒或是皮秒(nano- or pico-second)為單位；(2) 雖然自然界DNA的基因定序所需的時間無法像人造積體電路的尺寸大小的微縮一樣的長期遵守摩爾定律，但人造的積體電路的尺寸大小的微縮和自然界DNA的基因定序所需的時間都遵循類似的摩爾定律。積體電路的工作法則雖然遵循時間序列，但其尺寸大小卻依據摩爾定律做空間的微縮(Space Miniaturization) ; 自然界DNA的工作法則雖然遵循空間的序列，但其基因定序所需的時間卻是依據類似摩爾定律做時間的縮短(Time Shortening)。從以上的觀察，時間和空間在自然界的DNA和人造晶片的積體電路扮演的角色也許隱藏著深邃的秘密，這和複雜的時間和空間物理原理有關嗎?這可能蘊藏著DNA Computing或是Quantum Computing 的線索和啓發嗎?時間和空間源遠流長、浩瀚無邊，其中隱含的物理深不可測，令人無法透徹了解，以致於人們陷入迷惑無法自拔的深淵。(3)更有趣的是自然界DNA以兩股螺旋股幹當模具(Mold)，精準的大量複製基因；而積體電路則以光罩當模板(Molding Plate)，精準的大量複製電路。

如果仔細思索，人們將震驚於EUV曝光機的驚人力量。目前一台EUV曝光機一年可以製造出的電晶體數目已相當於1.1×10⁸ 個人類大腦所含有的神經元數目，此人腦的數目已經接近2020年全世界1億4千萬新生嬰兒的數目。集結極大數目的電晶體所產生的晶片將具有驚人的智能來影響人類文明。從正面來看，晶片可以增進人類文明，半導體未來在解開自然奧秘，增進人類醫療健康及生活文明的活動中，將持續做出突破性的驚人貢獻。例如：最近芝加哥費米實驗室(Fermi National Accelerator Laboratory) 發現基本粒子渺子(Muon)在磁場中自旋的速度和現在已知的物理定律不合。以現在晶片的人工智能，一定可以找到答案，可能發現第五種基本力量或未知的基本粒子。從負面來看，晶片可以破壞人類文明。在自由民主制度和極權專制制度的劇烈衝突與對抗中，自由民主制度的菁英利用演算法，操作控制數據，予取予求；極權專制制度的獨裁政府利用合成造假洗腦，濫用人工智慧侵犯隱私，監視控制人民思想及行動。當人失去了思想和行動自由時，人也不成為人，將無異於禽獸了，這將是畢生從事半導體產業且有良知及人性的工程師所最擔憂不安的事情。

為了避免高科技被濫用而造成毀滅性的破壞，年輕的科學家及工程師必須及早建立工程倫理(Engineering Ethics)的道德及紀律。做為一位有工程倫理的科學家或工程師，可以做很多事情來提升人類文明的水準，避免人類文明被破壞毀滅。例如，Apple致力於環保，如果能夠用邏輯硬碟，讓用戶可以將已購買使用中的iPhone用軟體來改變硬體線路，不斷的升級，增加新的功能，就不須要經常購買新手機；這種重複使用(Re-Use)晶片，可以讓用戶隔5、6年才購買新的iPhone手機，可以減少製造晶片和電池所消耗的水、電和材料，並減少手機的廢棄物處理，有助於環境保護。成真公司提倡的邏輯硬碟如果成真，一方面可以讓有創意但缺乏資源的創業家參與10奈米以下先進的半導體製程的設計應用，加速積體電路的科技文明；另一方面重複使用晶片，符合保護地球、環境友善的社會責任。又例如哈佛大學最近在Allston新校區設立企業研發園區(Enterprise Research Campus，ERC)，讓新創公司進駐，特別鼓勵教授、學生及校友創業成立公司解決氣候變遷的問題，或開發工程倫理相關的產品及實施方案。我非常讚佩哈佛大學開創、提倡及積極投入工程倫理學的研究及教育，希望其他大學也可在此領域跟進。

為了建立年輕科學家及工程師的工程倫理，哈佛大學工學院和法學院在2013年共同設立了Professor of Engineering and Law。哈佛也在2018年首創開設工程倫理課程Embedded Ethics for Computer Science (EthiCS)，並在2019年1月舉辦第一屆全球「Conference on Ethics of Engineering」。目前正在計劃增加AI and Responsibility (AIR) 的研究與課程。

結語:

成真公司的英文名為iCometrue, 其中的i代表著：啟發 (inspire)、想像（imagine）、創新 (innovate) 及發明 (invent)。iCometrue : inspire × imagine × innovate × invent = i⁴ = 1。

說到1，讓我想到佛法中所說的一即一切，一切即一。在這演講裡，我帶領大家穿越時空，涵蓋了 10²⁷米 (宇宙) 到10^-9米 (半導體) 的空間以及 4.3×10¹⁷秒 (138億年宇宙) 到10^-11秒 (半導體)的時間。這一切的一切, 都只存乎一心。

最後，我要以好奇心、想像力及價值觀和年輕的科學家及工程師共勉。要充滿好奇心，用眼睛去看去讀，用耳朵去聽，用腦筋去想去得到啓發(inspiration)，然後無邊無框的(out of box)去想像(imagine)；最後把想像去蕪存菁，產生創新(innovation)，並找出創新的實施例(Embodiment)，這個實施例就是専利發明(invention)；這也就是i⁴的真正意義。

但最重要的是要建立善良的價值觀。哈佛大學一直認為教育最重要的宗旨是建立學生善良的道德倫理的價值觀，而不只是知識的學習。哈佛大學認為學生畢業後，不管是當了總統、國會議員、公務員、軍人、教師、律師、醫師、會計師、工程師、企業家或商人，在做生死存亡或關鍵抉擇時，憑藉的是心中的道德倫理觀及宗教信仰，而不在於在學校所學習的知識。因此，我特別以注重好奇心、想像力和價值觀來做為這次演講的結語。

(本文係依據林董事長刊登於2021年11月19日電子時報專欄的文章修訂而成。)

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