長期待在外太空,人體會有什麼變化?NASA找來雙胞胎做實驗
長期待在外太空,人體會有什麼變化?NASA找來雙胞胎做實驗

「我有一個雙胞胎弟弟。」2015年,50歲的美國太空人史考特‧凱利(Scott Kelly)準備前往國際太空站(International Space Station, ISS)執行任務,當時他向NASA的科學家提案道:「嘿,我有一個雙胞胎弟弟馬克(Mark Kelly),你們有興趣做些研究嗎?」史考特回憶道,他的提案最終引起有關單位的興趣,讓NASA決定以此研究長時間待在太空中,會對人體產生的影響。

長時間任務時 派得上用場

因此當凱利待在國際太空站的342天,NASA的研究團也同步監測馬克在地球上的狀況。NASA相信,這份研究將有助於他們規劃其他長時間的太空任務,確保出任務太空人的健康狀況。

12所大學、84個科學家

整個研究來自12所大學共84個科學家分成10組進行。他們一共蒐集了史考特和馬克27個月的血液、尿液與糞便樣本,以此針對凱利兄弟的生理數據、認知能力、分子組成等面向進行分析,並將研究結果刊登在期刊《科學》上。

與人體老化有關的端粒⋯⋯

令研究團隊意外的是,當史考特在太空時,他的白血球端粒(telomere)意外地變長了。

簡單來說,端粒在細胞分裂中扮演著重要的角色,並會隨著細胞分裂次數上升而越來越短,因此端粒的存在與人體老化息息相關。

因為在「外地」生活很健康?

有參與研究、來自科羅拉多州立大學的輻射癌症生物學家貝立(Susan Bailey)便指出,太空人必須長時間處在微重力、孤立、有輻射風險這些會造成端粒變短的極端壓力下,因此端粒變長完全是預期外的結果,貝立推測,這可能是史考特在太空中必須嚴格控制飲食、保持運動習慣這種健康的生活步調所致。

變長又變短的端粒

然而,在史考特返回地球的48小時內,他的端粒就迅速變短,甚至比他在啟程前的端粒長度還要再短,因此研究團隊擔心,這種急遽地長度變化,可能會對他的生理健康帶來負面影響。

出去有改變 回來又恢復

除了端粒長度的改變,當史考特待在太空時,他因為壓力和重力改變的緣故,使得免疫系統出現警訊、基因表現改變、頸動脈擴張、視網膜增厚、腸道微生物變化、認知能力降低等狀況,不過大多情形都在他返回地球的6個月內恢復正常。

回到地球後 有些東西沒有變回來

然而,除了前面提到的端粒變得更短,研究團隊也發現史考特的T細胞活化狀況、認知能力都有減弱,甚至出現染色體倒置(chromosome inversion)的狀況。對此,有參與研究、康乃爾大學威爾醫學院的生物物理學家曼森(Christopher Mason)說:「我們還不知道這樣的轉變是好還是不好⋯⋯所以我們會持續去理解為什麼會發生這樣的狀況,這些狀況又會持續多久。」

樣本小,不能一體適用

研究最後坦承,他們在凱利兄弟身上的發現並不一定適用在所有太空人身上,因此還需要更多相關研究來補足。

此外,研究中也指出,國際太空站多少有受到地球磁場的保護,讓在裡面工作的太空人可以免於宇宙射線(cosmic ray)影響。有參與研究的太空生理學家李(Stuart Lee)便指出,如果NASA未來要執行火星登陸計畫的話,太空人勢必會暴露在更高程度的銀河宇宙射線(galactic radiation)下,這是本次研究沒有觀察到的一大部分。

一份重要的研究

不過輻射癌症生物學家貝立相信,這份雙胞胎研究是他們第一次、如此全面性地探究人體在太空旅行時會出現什麼改變。

彰顯人類韌性

負責協調研究的NASA人類研究計畫副主管普拉次(Steven Platts)則對研究中的發現態度樂觀,他指出,史考特在返回地球後,大部分的數值都回歸平常的狀況可說彰顯了「人體的韌性與回復力」。

本文授權轉載自:地球圖輯隊

關鍵字: #NASA #太空科技
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晶片裡的「隱形守護者」!從車用、物聯網到AI人工智慧,看上峰科技如何靠I-fuse®打開新局
晶片裡的「隱形守護者」!從車用、物聯網到AI人工智慧,看上峰科技如何靠I-fuse®打開新局

在電動車的感測系統、物聯網中的無電池標籤,以及AI伺服器的高速記憶體修復技術中,都有一個極其微小、幾乎難以用肉眼辨識的元件,默默地發揮關鍵作用。它負責確保系統功能的正確運作,並保護資料的安全性。這個不起眼卻不可或缺的元件,就是「單次可燒錄記憶體」(OTP)。

想像一下,當你坐在自動駕駛的電動車裡,這台移動的智慧裝置正以每小時100公里的速度行駛。它的感測系統、電池管理與安全控制,全仰賴晶片裡的數十億個電晶體協同運作。然而在這些肉眼不可見的微觀世界中,有一個被稱為「功能保險絲」的關鍵元件,如果它的數據在出廠後因高溫或電壓變化而悄悄「跑掉」,將可能在高速行駛下可能造成無法挽回的危險 。

當晶片製程往先進節點發展,傳統OTP技術隨製程微縮而暴露出可靠度與壽命的瓶頸。過去在成熟製程表現穩定的方案,進入7奈米或更先進的製程後,讀取壽命竟從理論上的「無限次」驟降至僅能維持數秒,突顯現有技術難以因應先進製程需求,對需要長期穩定運作的車用與工業應用而言是不可承受的風險。作為矽智財供應商的上峰科技,正是專注於這項關鍵技術的代表之一,其專利OTP技術已被應用於車用電子、物聯網裝置、AI與高可靠性工業設備等多個領域,為全球客戶提供穩定且可持續的解決方案 。「我們的目標是讓OTP在先進製程中一樣可靠,甚至比以前更好。」上峰科技創辦人暨董事長莊建祥開門見山地說。

以電遷移取代爆炸,上峰科技重寫OTP的可靠性

不同於傳統電子熔絲(eFuse)依靠高電流「爆炸式」燒斷導體,或反熔絲(Anti-fuse)以高電壓擊穿氧化層,上峰科技的I-fuse®解決方案採用低於熔斷點的熱輔助電遷移機制。簡單來說,就是用較低的電流與電壓,讓金屬原子在導線內緩慢遷移並改變阻值,而不是粗暴地炸斷它。

莊建祥解釋到,不同於eFuse的「爆炸式」斷裂,I-fuse®的方式更像是一種「緩慢推動」金屬原子的遷移,過程溫和卻能精準改變阻值。因為沒有爆炸,自然就沒有金屬碎屑或自我接回的風險,編程狀態因此能長期保持穩定;而在過程中所需的電壓與電流也遠低於傳統技術,無需高壓電路與內建電荷泵,讓系統設計更簡潔、功耗更低。

他進一步談到,I-fuse®還能在讀取過程中模擬燒錄狀態,所謂的"假燒”,產生類似靜態隨機存取記憶體(Static Random-Access Memory, SRAM)的重複讀寫測試模式,對整個OTP區塊進行全面檢測,確保每一顆出廠的OTP在進入車用或其他高安全性應用之前,都已經通過完整的可靠度驗證,以達成"零缺陷”。過去十多年,I-fuse®已在多種製程節點完成驗證,包括成熟製程與高介電常數金屬閘極(High-k Metal Gate, HKMG)節點。2023年,上峰科技也曾宣布I-fuse®成功在12奈米鰭式場效電晶體(Fin Field-Effect Transistor, FinFET)製程完成矽驗證,不僅延續低成本與設計彈性的優勢,也證明即使在先進製程下,仍能以極小面積支援業界優異的低操作電壓,且無需額外光罩與電荷泵。

不過隨著製程微縮,金屬線寬與高度同步縮小,對爆炸式燒斷的OTP而言是嚴峻挑戰,卻讓 I-fuse®的電遷移機制更得心應手,莊建祥表示當線條越細,越容易在低電壓下完成燒錄,因此上峰科技有足夠的信心能直接從12奈米跨入7奈米,並規劃向3奈米、甚至環繞式閘極(Gate-all-around, GAA)與FinFET架構前進。

計畫助攻跨入7奈米,I-fuse®應用版圖持續擴張

上峰科技聚焦標準邏輯製程,I-fuse® 助力解決晶片製程轉換關鍵挑戰。
上峰科技聚焦標準邏輯製程,I-fuse® 助力解決晶片製程轉換關鍵挑戰。
圖/ 數位時代

而這次的跨越,正是因為有經濟部產業發展署推動的「驅動國內IC設計業者先進發展補助計畫」(以下簡稱晶創IC補助計畫)協助。莊建祥坦言,對規模不大的IP業者而言,先進製程開發風險高、投入成本大,如果沒有外部資源挹注,很難同時負擔研發與驗證。「晶創IC補助計畫」不僅減輕了資金壓力,更讓上峰科技能集中火力解決7奈米製程的關鍵挑戰,包括更嚴格的設計規範與更密集的繞線限制。

「只要製程允許,我們的技術就能做。」莊建祥強調,I-fuse®採用晶圓廠提供的標準邏輯製程材料,不需改變製程或額外光罩,因此對製程轉換的適應速度遠優於其他OTP技術。「別人可能要花三、四年才能適應新的製程架構,我們幾乎可以無縫切換。」

OTP雖小但其用途極廣。在車用感測器中,它是確保不同零件出廠後能進行精準校正的關鍵;在 AI 伺服器與高速運算晶片裡,它能修補記憶體陣列中損壞的位元,延長晶片壽命;在物聯網無電池的裝置中,I-fuse®以極低讀取電壓(0.4V / 1µW)就能運作,適合能量收集環境。莊建祥更明確指出,I-fuse®未來將持續鎖定Wi-Fi裝置、微控制器單元(Microcontroller Unit, MCU)等對低功耗與高可靠性有高度需求的市場,與現有的車用與工業應用形成互補布局。

在全球晶片供應鏈中,OTP 是與輸入/輸出函式庫(I/O Library)、標準單元庫、靜態隨機存取記憶體編譯器(SRAM Compiler) 並列的「四大基礎 IP」之一,幾乎每顆晶片都需要。掌握這項技術,不僅是產品設計的靈活度,更關乎先進製程的導入速度與成本控制。上峰科技的策略是在穩固現有國際客戶基礎上,藉由「晶創IC補助計畫」加速進入7奈米,並持續向更先進節點前進。透過低功耗、高可靠性的 I-fuse®,讓臺灣有機會在先進製程OTP技術上,取得與國際一線供應商並肩甚至領先的地位。

「我們希望成為各種應用場景中,最可靠、最靈活的OTP解決方案。」 莊建祥說。從成熟製程到 7 奈米,從車用到AI與IoT,這顆小小的OTP正承載著臺灣在先進製程中的另一項關鍵優勢。

|企業小檔案|
- 企業名稱:上峰科技
- 創辦人:莊建祥
- 核心技術:專注於OTP矽智財的研發
- 資本額:新台幣2億元
- 員工數:46人

|驅動國內IC設計業者先進發展補助計畫簡介|
由國科會協調經濟部及相關部會共同合作所提出「晶片驅動臺灣產業創新方案」,目標在於藉由半導體與生成式AI的結合,帶動各行各業的創新應用,並強化臺灣半導體產業的全球競爭力與韌性。在此政策框架下,經濟部產業發展署執行「驅動國內IC設計業者先進發展補助計畫」,以實質政策補助,於113年鼓勵業者往AI、高效能運算、車用或新興應用等高值化領域之「16奈米以下先進製程」或「具國際高度信任之優勢、特殊領域」布局,以避開中國大陸在成熟製程的低價競爭,並提升我國IC設計產業價值與國際競爭力。

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