SciStarter：參與科學，玩轉世界

本文與 高柏科技 合作，泛科學企劃執行。

當我們談論能擊敗輝達（NVIDIA）、Google、微軟，甚至是 Meta 的存在，究竟是什麼？答案或許並非更強大的 AI，也不是更高速的晶片，而是你看不見、卻能瞬間讓伺服器崩潰的「熱」。

 2024 年底至 2025 年初，搭載 Blackwell 晶片的輝達伺服器接連遭遇過熱危機，傳聞 Meta、Google、微軟的訂單也因此受到影響。儘管輝達已經透過調整機櫃設計來解決問題，但這場「科技 vs. 熱」的對決，才剛剛開始。 

不僅僅是輝達，微軟甚至嘗試將伺服器完全埋入海水中，希望藉由洋流降溫；而更激進的做法，則是直接將伺服器浸泡在冷卻液中，來一場「浸沒式冷卻」的實驗。

但這些方法真的有效嗎？安全嗎？從大型數據中心到你手上的手機，散熱已經成為科技業最棘手的難題。本文將帶各位跟著全球散熱專家 高柏科技，一同看看如何用科學破解這場高溫危機！

運算=發熱？為何電腦必然會發熱？

這並非新問題，1961年物理學家蘭道爾在任職於IBM時，就提出了「蘭道爾原理」（Landauer Principle），他根據熱力學提出，當進行計算或訊息處理時，即便是理論上最有效率的電腦，還是會產生某些形式的能量損耗。因為在計算時只要有訊息流失，系統的熵就會上升，而隨著熵的增加，也會產生熱能。

換句話說，當計算是不可逆的時候，就像產品無法回收再利用，而是進到垃圾場燒掉一樣，會產生許多廢熱。

要解決問題，得用科學方法。在一個系統中，我們通常以「熱設計功耗」（TDP，Thermal Design Power）來衡量電子元件在正常運行條件下產生的熱量。一般來說，TDP 指的是一個處理器或晶片運作時可能會產生的最大熱量，通常以瓦特（W）為單位。也就是說，TDP 應該作為這個系統散熱的最低標準。每個廠商都會公布自家產品的 TDP，例如AMD的CPU 9950X，TDP是170W，GeForce RTX 5090則高達575W，伺服器用的晶片，則可能動輒千瓦以上。

散熱不僅是AI伺服器的問題，電動車、儲能設備、甚至低軌衛星，都需要高效散熱技術，這正是高柏科技的專長。

「導熱介面材料（TIM）」：提升散熱效率的關鍵角色

在電腦世界裡，散熱的關鍵就是把熱量「交給」導熱效率高的材料，而這個角色通常是金屬散熱片。但散熱並不是簡單地把金屬片貼在晶片上就能搞定。

現實中，晶片表面和散熱片之間並不會完美貼合，表面多少會有細微間隙，而這些縫隙如果藏了空氣，就會變成「隔熱層」，阻礙熱傳導。

為了解決這個問題，需要一種關鍵材料，導熱介面材料（TIM，Thermal Interface Material）。它的任務就是填補這些縫隙，讓熱可以更加順暢傳遞出去。可以把TIM想像成散熱高速公路的「匝道」，即使主線有再多車道，如果匝道堵住了，車流還是無法順利進入高速公路。同樣地，如果 TIM 的導熱效果不好，熱量就會卡在晶片與散熱片之間，導致散熱效率下降。

那麼，要怎麼提升 TIM 的效能呢？很直覺的做法是增加導熱金屬粉的比例。目前最常見且穩定的選擇是氧化鋅或氧化鋁，若要更高效的散熱材料，則有氮化鋁、六方氮化硼、立方氮化硼等更高級的選項。

典型的 TIM 是由兩個成分組成：高導熱粉末（如金屬或陶瓷粉末）與聚合物基質。大部分散熱膏的特點是流動性好，盡可能地貼合表面、填補縫隙。但也因為太「軟」了，受熱受力後容易向外「溢流」。或是造成基質和熱源過分接觸，高分子在高溫下發生熱裂解。這也是為什麼有些導熱膏使用一段時間後，會出現乾裂或表面變硬。

為了解決這個問題，高柏科技推出了凝膠狀的「導熱凝膠」，說是凝膠，但感覺起來更像黏土。保留了可塑性、但更有彈性、更像固體。因此不容易被擠壓成超薄，比較不會熱裂解、壽命也比較長。

OK，到這裡，「匝道」的問題解決了，接下來的問題是：這條散熱高速公路該怎麼設計？你會選擇氣冷、水冷，還是更先進的浸沒式散熱呢？

液冷與 3D VC 散熱技術：未來高效散熱方案解析

傳統的散熱方式是透過風扇帶動空氣經過散熱片來移除熱量，也就是所謂的「氣冷」。但單純的氣冷已經達到散熱效率的極限，因此現在的散熱技術有兩大發展方向。

其中一個方向是液冷，熱量在經過 TIM 後進入水冷頭，水冷頭內的不斷流動的液體能迅速帶走熱量。這種散熱方式效率好，且增加的體積不大。唯一需要注意的是，萬一元件損壞，可能會因為漏液而損害其他元件，且系統的成本較高。如果你對成本有顧慮，可以考慮另一種方案，「3D VC」。

3D VC 的原理很像是氣冷加液冷的結合。3D VC 顧名思義，就是把均溫板層層疊起來，變成3D結構。雖然均溫板長得也像是一塊金屬板，原理其實跟散熱片不太一樣。如果看英文原文的「Vapor Chamber」，直接翻譯是「蒸氣腔室」。

在均溫板中，會放入容易汽化的工作流體，當流體在熱源處吸收熱量後就會汽化，當熱量被帶走，汽化的流體會被冷卻成液體並回流。這種利用液體、氣體兩種不同狀態進行熱交換的方法，最大的特點是：導熱速度甚至比金屬的熱傳導還要更快、熱量的分配也更均勻，不會有熱都聚集在入口（熱源處）的情況，能更有效降溫。

整個 3DVC 的設計，是包含垂直的熱導管和水平均溫板的 3D 結構。熱導管和均溫板都是採用氣、液兩向轉換的方式傳遞熱量。導熱管是電梯，能快速把散熱工作帶到每一層。均溫板再接手將所有熱量消化掉。最後當空氣通過 3DVC，就能用最高的效率帶走熱量。3DVC 跟水冷最大的差異是，工作流體移動的過程經過設計，因此不用插電，成本僅有水冷的十分之一。但相對的，因為是被動式散熱，其散熱模組的體積相對水冷會更大。

從 TIM 到 3D VC，高柏科技一直致力於不斷創新，並多次獲得國際專利。為了進一步提升 3D VC 的散熱效率並縮小模組體積，高柏科技開發了6項專利技術，涵蓋系統設計、材料改良及結構技術等方面。經過設計強化後，均溫板不僅保有高導熱性，還增強了結構強度，顯著提升均溫速度及耐用性。

隨著散熱技術不斷進步，有人提出將整個晶片組或伺服器浸泡在冷卻液中的「浸沒式冷卻」技術，將主機板和零件完全泡在不導電的特殊液體中，許多冷卻液會選擇沸點較低的物質，因此就像均溫板一樣，可以透過汽化來吸收掉大量的熱，形成泡泡向上浮，達到快速散熱的效果。

然而，因為水會導電，因此替代方案之一是氟化物。雖然效率差了一些，但至少可以用。然而氟化物的生產或廢棄時，很容易產生全氟/多氟烷基物質 PFAS，這是一種永久污染物，會對環境產生長時間影響。目前各家廠商都還在試驗新的冷卻液，例如礦物油、其他油品，又或是在既有的液體中添加奈米碳管等特殊材質。

另外，把整個主機都泡在液體裡面的散熱邏輯也與原本的方式大相逕庭。如何重新設計液體對流的路線、如何讓氣泡可以順利上浮、甚至是研究氣泡的出現會不會影響元件壽命等等，都還需要時間來驗證。

高柏科技目前已將自家產品提供給各大廠商進行相容性驗證，相信很快就能推出更強大的散熱模組。

本特輯由 教育部青年發展署 委託，泛科學企劃執行

「審議民主」目的是促成公眾對政策進行知情而理性的討論，而為因應疫情發展，線上審議被認為更加切合時代趨勢，教育部青年發展署透過優化線上審議民主的過程，期望未來參與公共事務不再受到疫情或地域的影響與限制。

自疫情開始以來，促使人們生活型態轉變，更凸顯數位治理、網路社會、創新應用的重要性，然而線上審議之相關研究不足仍需深入探討。因此，以線上審議之可行性及具體操作模式為背景，透過「109 年 Let’s Talk 討論議題」及「如何透過數位方式（「小校聯盟」、「數位學伴」）改善偏鄉教育資源？」為主題，共辦理 5 場，每場 2 小時的審議民主線上會議，邀集審議公民及主持人共 14 至 16 位，另安排 5 位審議觀察員，總共 88 位民眾參與，運用數位會議工具、即時通訊軟體，不僅帶動民眾參與線上審議的風氣，也為線上審議增添寶貴的研究成果，形塑青年公共參與文化並實踐數位民主。有關研究結果將在 4 月底前，於青年署官方網站公開，歡迎有興趣的民眾點閱。

此外，為因應線上審議推展，青年署以電玩、打怪等元素，策劃「青年打通關！審議來闖關」免費線上課程，讓學習可以不受時間、空間的限制，輕鬆累積知識，課程教材已於「e 等公務園+學習平臺」、青年署「超牆青年 E 學院」、YouTube 頻道以及泛科學院等網路平臺上架。

除了線上課程，審議民主實體培訓也即將於 5 月 1 日至 2 日在臺北舉辦，有興趣的青年夥伴，只要符合報名資格（18 至 35 歲），趕緊在 4 月 18 日前至報名網頁報名。

• 廖英凱／非典型的不務正業者、興致使然地從事科普工作、科學教育與科技政策研究。對資訊與真相有詭異的渴望與執著，夢想能做出鋼鐵人或心理史學。

2019 冠狀病毒疾病和 5G基地台等新興科學與技術議題，除涉及知識鴻溝和價值差異外，也涉及當代科學的不確定性，不確定性既可來自科學發展中與事實有關的未知謎題，也可涉及與價值有關的選擇與判斷。

今（2020）年初始，2019 冠狀病毒疾病（Coronavirus disease 2019, COVID-19）自中國武漢往世界蔓延。

面對來得又急又快的新型病毒，世界各地也因不同的文化與教育程度，催生出了各種謠言或假訊息。而在各種真假訊息之中，令人匪夷所思的是隨著 5G 網路（5th generation mobile networks）的陸續商轉，4 月初在英格蘭與荷蘭，即發生民眾誤信 5G 網路會散布新冠病毒（SARS-CoV-2），或認為 5G 網路會損害免疫系統，而聚眾焚毀基地台。

若將時間拉回到 16~17 世紀，歐洲各地正處於「獵巫」審判的最高峰，彼時人們認為巫術信仰與厄運、疾病和死亡有關，相信與巫術信仰有關的巫師或女巫及其屍首會帶來災禍，必須要以火刑淨化。事證的檢視與刑罰的判定，多在世俗法庭而非宗教審判所，也欠缺神學與法律的嚴謹基礎。

歷經 4、500 年後，人們已不再將疾病導因於巫術與巫師，但對於新興疾病的未知特性，卻歸咎給了基地台、電磁波和當代新興科技。荒誕的燒毀基地台辟瘟，似乎也頗有千年傳統再次感受的味道。啟蒙時代（Age of Enlightenment）至今三百載，人類自詡進步之路上，似乎還出了點什麼問題……。

電磁恐慌？主流科學難以撼動的經典傳言

恐懼電磁波、電場和磁場對身體帶來危害一直是部份環境和公衛等倡議人士關注的焦點。在臺灣十餘年來，舉凡如行動通訊基地台、雷達站、變電所、高鐵車廂與電子產品等，都曾遭遇過抗議或要求電磁強度標示或管制等倡議。

這類議題也不斷重演著少數環境倡議者與科學家的論戰。此類論戰大致可化約理解為環境倡議者多強調新興科技對健康的疑慮、主張環境電磁波的總量管制和警語標示，可視為一種持守「預警性原則」的保守心態。但科學社群則多強調電磁場的物理性質、人造電磁場與地球環境電磁場的相比、大規模公衛研究的成果及原分子尺度的因果研究，可說是一種基於「科學實證」的進取態度。

這兩類迥異態度的拉鋸，是有助於科技政策制定中的事實認定和價值判斷釐清的必要爭論，政策制定與溝通正是在兩種態度的權衡中尋求符合在地情境的最佳解。然而，兩種態度的爭論，呈現於一般傳媒、利害關係民眾所接受到的訊息時，往往僅存片面、造成恐慌與偽科學的資訊。最終演變成倡議者對抗科學霸權的血淚控訴，與科學社群對民眾科學素養低落的失落無策。

走向科學？先天不足後天失調的崎嶇路

對於追求前沿知識的科學社群，當中的科學研究體制成熟且穩定發展。但對於不屬研究者的一般公眾，科學知識在日常生活的取得、理解與應用，仍屬陌生且艱難。特別是對於涉及科學的社會議題，受到科學知識發展高度分化的影響，一般公眾幾無餘力充分理解議題中所蘊含的科學知識，難以在專業知識層次上與該領域專家平等對談，而往往仰賴受信賴的專家論點與指引。科學議題也可能受到來自利益和不當理念驅動的惡意倡議，使科學內容受到誤解、扭曲或偽造。

此外，如 2019 冠狀病毒疾病和 5G 基地台等新興科學與技術議題，除涉及知識鴻溝和價值差異外，也涉及當代科學的不確定性，不確定性既可來自科學發展中與事實有關的未知謎題，也可涉及與價值有關的選擇與判斷。這使得從公眾的角度看待科學時，科學並非也不該總是呈現對錯分明的樣貌，而是具有多元解讀、結論模糊的特色，而仰賴眾研究者勇踏前人未知之境的恆常努力。

當科學議題與風險有關，而仰賴公眾權衡輕重時，內在於公眾的心智機制，也不利於科學議題的判斷。舉凡疫苗、基改、公共衛生、能源與環保等諸多涉及科學的社會議題中，人類對風險判斷過程的損益權衡，常有不一致或矛盾的判斷標準，甚至可受到修辭的影響。例如特維爾斯基（Amos Tversky） 和卡尼曼（Daniel Kahneman）在 1981 年提出的研究發現，當一個議題被描述為 30％ 人死亡或描述為 70％ 人存活，對於公眾就會產生迥異的情緒感知進而得到不同的決策或判斷。

這種認知上的特色，使得人類感受到的風險與實際帶來的風險並沒有正相關。而當風險事件引發情緒時，人類容易讓情緒感覺驅動行為決策，例如使人過度害怕愛滋病毒卻輕忽肥胖，過度害怕焚化爐空汙卻輕忽菸害，更有甚者，會傾向於詆毀新科技的問世。

因此，若要細究焚毀基地台防疫民眾的動機，可能並非單純的科學知識缺乏或誤信錯假訊息。還跟外在於公眾──科學發展的複雜與不確定性，及內在於公眾──風險判斷的心智認知有關。

內化科學？知識傳遞的百年窠臼

科學議題判斷的困難，促使廣義的科學界肩負起「撥亂反正」的責任。然而，時至今日，無論體制外的科學傳播或體制內的科學教育，既難堪稱知識傳播的主流於回應真實世界的科學議題，也常有相當距離。儘管近年科學傳播理論已開始轉向具有雙向溝通、參與真實社會議題的「公眾參與科學」，或導入宏觀「科學素養」的科學教育理念。

但多數科學傳播文本或形式，仍屬將科技新知、艱難知識轉化並報導給目標受眾，多維持單方向知識傳遞的「公眾理解科學」階段，較少理解公眾因應科學議題的脈絡，而略難呼應真實社會的科學爭議。科學傳播者雖作為科學知識和公眾之間的「中介者」，但如《科學月刊》前總編輯林基興博士等，直接涉入爭議科學議題的溝通或決策場域也屬罕見。

回首臺灣的情境，雖然沒有誇張到燒毀基地台，但也曾有抗議氣象雷達站與阻擋海底電纜的社會爭議，迄今也有現任立委因顧慮電磁波危害，在選前提出反對雷達站、各式基地台和海底電纜等主張。

形塑科學文化的使命，不僅止於教化與啟迪，更在爭議科學議題的辯證之間。

延伸閱讀

• Gawande, A., The mistrust of science, The New Yorker, 2016/6/10.

〈本文選自《科學月刊》2020年7月號〉

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