高階工程師 更要會做低階工作

李家同／清華大學榮譽教授（新竹市）

高階工程師是不容易培養的，教育界仍然要設法培養這一類的工程師。記者喻文玟／攝影

我們常常聽到，工程師要有創意，這當然是對的，可是我認為應該檢討的是工程師的能力。以軟體來說，我們會寫相當多的應用軟體，也會利用作業系統中所提供的函式庫，所謂函式庫，裡面就是很多程式。我們可以利用這些程式寫很多有趣的軟體，比方說，函式庫裡的程式可以使我們善用滑鼠，也可以讓我們的軟體和別的電腦互通。

這些函式庫內部的程式當然有指令，這些指令絕對不是普通加減乘除的指令，多半牽涉到硬體。習慣上，函式庫內部的程式是低階程式。要發展出這種程式，勢必要了解硬體，在我國，能夠使用這種程式已經不容易，會發展這種程式的人是相當少的。所以，如果我國想發展一個新的作業系統或者一個新的電腦語言，會很困難。

在硬體方面，其實也有同樣的問題。很多電機工程師會利用晶片，但是很少人知道晶片裡面是怎麽一回事。晶片裡全都是電晶體以及其他的元件，但是會設計這種線路的工程師實在不多。有很多工程師會設計相當高階的電路，這種線路裡沒有電晶體，是所謂的數位線路，然後利用外國軟體將這些高階電路轉換成含有電晶體的線路。這個轉換是必須的，因為半導體公司只認識低階的電路。

我們應該很坦白地承認自己和先進國家仍然有很大的距離。我們常常羨慕先進國家可以發展出非常高級的工業產品，絕大多數的人誤以為這是因為先進國家的工程師極有創意。他們往往忽略了一個事實，那就是先進國家有眾多工程師是在低階工作上非常有經驗的，比方說，要發展一個作業系統，必須要有工程師非常了解電腦硬體。要能設計效率非常高的電路，就必須對電晶體有非常好的了解。

現在有非常高階的電腦語言，這種電腦語言的好處是使用上非常方便。但是任何高階語言都是利用低階語言發展出來的。所謂低階語言，是和硬體關係非常深的語言。懂得低階語言的軟體工程師，因此其實是非常高階的軟體工程師。希望大家能夠了解這一點。

同理，含有電晶體的線路常常被稱為低階線路，如果某一位工程師能夠設計這種線路，他的線路可能比較不耗電，可以快速地得到答案，而且有可能避免雜音，這種工程師就是所謂的高階電子工程師。

高階工程師是不容易培養的，我們的教育界仍然要設法培養這一類的工程師。值得注意的是，高階工程師必須肯深入地了解很多事情，因此不可能在短時間內學會所需要的學問。值得擔心的是，青年學子肯不肯接受這種挑戰，埋頭苦幹，從最基本的學識學起。要知道，沒有深入了解基本的學識，搞不出所以然來。

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✍RAM的用途是什麼 ?
RAM（random access memory）隨機存取記憶體，是連接CPU和其他設備之間的一個通道，是與CPU直接交換資料的記憶體，又稱主記憶體(中國稱為內存)。當CPU工作時，它需要從硬碟等外部儲存器上讀取數據，而為了使CPU工作的更有效率，這些數據會先放到RAM記憶體中，然後再轉移至CPU處理。
RAM記憶體就像是一個臨時存放東西的「倉庫」，容量空間會影響手機運行流暢度與遊戲下載速度。RAM記憶體除了容量大小不同外，就標準來分可分為LPDDR2、LPDDR3與LPDDR4。根據三星的說法， 越後者的規格標準的最大處理速率與功耗程度都會優於前一代的規格。
當RAM記憶體容量空間不足50MB時，手機運行很容易變慢；低於21MB的RAM、出現卡頓或閃退(應用程式無預警關閉），甚至當機出現。
手機運行流暢度好不好或速度快不快與否主要是與CPU本身的架構與規格(處理器核心數、ARM架構、總帶寬、ＧＰＵ、常規主頻的高低、製程工藝、L2二級緩存)及手機與作業系統的優化程度有關，Ｍobile RAM記憶體通常只是扮演CPU的暫時存放數據的「倉庫」，容量大的RAM記憶體只是代表可以暫時儲存的空間較大，會影響加載程式的速度，但是只要容量不會低於手機作業系統或應用程式最低容量空間所需，RAM記憶體容量越大並不保證手機運行流暢度就會比較好。

換言之，大容量的RAM記憶體可以讓更多應用程式處於「閒置快取狀態」，喚醒應用程式的速度會快於啟用「完全關閉狀態」而影響遊戲加載的速度，但對於手機的操作流暢度而言就實用角度來看幾乎是沒有差異的。

👉iPhone的RAM為何最高只有2GB卻更流暢呢 ?
Apple iPhone最高只有使用2GB RAM (只有iPad Pro 12.9吋才使用4GB的RAM)，但多數人都認為iOS系統總是這麼流暢又好用？
Apple iPhone比Android手機操作系流暢的主要原因如下:
A. Apple iPhone 對於圖形的處理較強:
手機流不流暢通常與處理器處理圖像GPU能力有很大關係，擁有性能強大的GPU一直是蘋果iPhone處理器的優勢。，以iPhone 6S、iPhone 6S Plus所使用的A9處理器就使用了Imagination PowerVR的最新一代PowerVR GT7600 GPU。PowerVR GT7600擁有六個“核心”(SIMD)，每核心多達48個MAD單元，總計達到288個， 再加上PowerVR本身的架構改進、採用LPDDR4內存帶寬、更大的三級緩存……，造就了iPhone 6S、iPhone 6S Plus在3D Mark的評分領先群雄。
Apple iPhone 擁有傲視群雄的GPU性能，再加上iOS中對於圖形的處理都是讓GPU來處理，讓CPU 可以專心處理純指令，不像Andriod手機很多圖形、特效仍透過CPU運算，因此iPhone能獲得流暢的體驗。
👉系統響應次序不同:
使用iPhone/iPad，觸控螢幕之後，iOS作業系統響應次序依序是：Touch(螢幕)—Media(媒體)—Service(服務)–Core架構，而Android作業系統響應的次序依序是：Application(應用程式)—Framework—Library—Kerna架構。Android系統中在顯示相關的圖形處理，屬於第三部的Library。響應次序不同讓用戶在觸控iPhone與Android手機時，感受到的流暢與卡頓情況體驗就有所影響
🎉Android系統破碎，優化困難:
Android系統所支援的硬體多元且系統版本破碎相當嚴重，大大提升手機廠商系統優化的難度。再者，Android機種眾多，APP開發商很難針對所有高階、中低階機種都進行優化，因此大多需要取一個平衡點，讓App能在不同的裝置上擁有差不多的體驗，導致Android用戶無法體驗到App的最佳執行狀態，在執行 APP時比較容易出現卡卡的狀態。
iOS系統屬於封閉式系統，加上用戶升級系統意願高及機型相對單純，Apple與app開發商在系統的優化相對單純，在硬體利用上就容易有很好效率。
❤Android手機該買6GB的RAM容量 ?
Android作業系統是個多工的系統及APP應用程式機制類似「橡皮擦原理」，因應常駐程式使用量越來越多、手機螢幕的解析度提高並須分配更多的RAM給顯卡等硬體運行使用及部分大型遊戲或APP應用程式需要一定容量的RAM空間，否則容易因RAM容量不足而卡頓或閃退的問題。不過，使用JAVA開發語言的Android系統逐漸演進的情況下，JAVA虛擬機帶來的卡頓現像影響已漸漸削弱，中低階機型只要有2GB/高階手機有3~4GB的RAM容量，基本上就可以擁有良好的操作體驗了。
想把只當作臨時存放東西的「倉庫」的RAM容量買大一點(6GB)，備而不用不好嗎 ? 老子有錢，想要任性點 ，版主也只能一笑置之。不過，版主還是要提醒，好的硬體一定要搭配優化能力較強的手機廠商才能發揮所長。臨時存放東西的「倉庫」變大了，但連接倉庫的通道狹小或是通道上塞滿雜物，倉庫再大也只會成了蚊子倉庫。
頭文字D 動漫有段情節，劇中藤原拓海的AE86引擎掛掉後改裝性能更強的4AG-E AE101高轉速引擎。雖然4AG-E AE101引擎屬於怪獸級的高速引擎，但缺乏高轉速表及駕馭經驗不足下，藤原拓海剛開始的成績不進反退。目前推出6GB的廠商~ vivo 、Le 、Vernee 、Asus 都不是在手機優化卓著的一線大廠，要想真正體驗6GB RAM帶來的好處建議還是等三星或HTC推出吧!

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Firefox Quantum 速度可以這麼快即是透過 rust 程式語言達成的，有興趣可以參考這篇文章 https://goo.gl/BDAr7r

關於 Rust 這個技術

Rust 是一種新的系統程式設計語言，它為你提供如 C 語言低階功能，同時提供 Ruby 和 Python等語言的優雅和易用性。 Rust 是執行緒安全的，可以實現 “fearless concurrency”。 執行緒可以保證不會覆蓋其他人的資料，但是不會對你施加垃圾收集器，從而保持運行時的性能。 它整合了函數式程式設計的功能，例如高階函數功能，允許設計出可讀性高小巧的程式。 Rust 對於那些想要以更符合人性，不太可怕可以替代 C 或 C ++ 來開發系統程式設計的開發者來說是完美的。

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