唐獎永續發展獎 頒給能源效率教父羅森費爾德

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。

唐獎法治獎召集人、台灣大學講座教授葉俊榮今（21）日宣布，2022 年唐獎法治獎頒發給雪柔．頌德絲 (Cheryl Saunders) 教授。頌德絲教授以深厚的學養，引領亞太地區許多國家在極為嚴峻的環境中訂立立憲方針，推動立憲工程，數十年來，與國內外學者及政治工作者的積極交流、對話、合作，不斷拓展比較憲法的疆界。

推動亞太最重要的憲法研究交流中心

獲頒唐獎，頌德絲教授深感榮幸，也對歷屆法治獎得主在法治領域影響深遠的貢獻表達欽佩之意。頌德絲教授致力於亞太國家的立憲工程，她表示「比較憲法可以為我們目前的世界做出很多貢獻，它有助於相互理解，有助於發現改變和改善治理體系的機會和可能性。」

頌德絲教授曾走訪過許多亞太國家，但她並不是將西方國家的憲法原則注入這些國家，而是與當地人切磋琢磨，透過傾聽、溝通及相互理解，了解彼此的治理體系、人民需求，然後因地制宜，提供符合當地狀況的建議，協助這些國家思考最佳的運作模式。

頌德絲教授說，自己多年來一直在研究這些方法，也取得進展，更謙虛的說，「在與當地人民互動的過程中，自己的收穫不亞於付出」。

台大法律學院張文貞教授介紹得主時指出，過往整個國際學術社群的重心多放在歐美國家，但頌德絲教授 2003 年至 2007 年擔任國際憲法學會主席時，將比較憲法的網絡延伸到亞太地區，協助亞太地區學者成立亞洲憲法論壇，2009 年第三屆論壇就在台灣舉辦。

在她的努力下，亞洲憲法論壇已經成為亞太學者最重要的一個憲法研究的網絡及經驗傳遞交換的中心；而她在各國立憲工程最重要的影響之一，就是啟發當地的學者，即使她離開了，這些討論與互動也留下豐碩成果，讓當地的學者及非政府組織也有能力繼續耕耘憲改工程。

將年輕學者一起帶入立憲推動

曾參與其間的葉俊榮教授也分享自己親身觀察的頌德絲教授。他表示，亞太國家包括台灣在內，在憲政發展及相關議題的學術討論較西方國家落後，頌德絲教授與各地學者交流，其中不乏年輕學者，而教授貫徹「帶年輕人起來」的想法，帶領亞太地區學者，包括他自己也曾是頌德絲教授帶過的年輕人，對她在亞太地區推行立憲工程的努力，深刻感受到「我們可以做的事情比想像中的還要多」。

葉俊榮教授也強調，台灣過去多借鏡其他國家的法律制定的經驗，受到頌德絲教授的啟發，台灣如今也逐漸能夠扮演回饋的角色，將民主憲政的經驗分享給其他亞太國家。

唐獎教育基金會執行長陳振川表示，唐獎提倡法律應兼顧正當程序與實體正義，為和平、人權、永續發展而奮鬥，以追求人類及自然之共同福祉為最高目標。基金會很榮幸設置了唐獎法治獎，一個世界上具有聲譽的獎項，來獎勵對法治理念或實踐有創新，進而對法治之實現貢獻卓著之個人或機構，並且激勵世人共同努力。

自 2014 年以來，唐獎法治獎頒給了在不同領域，以不同身分，共同為社會、人權及永續發展奮鬥不懈，追求人類與自然共同福祉的得主們，歷屆得主從政治運動家到法官，從學者到組織，遍布各大洲，包括奧比．薩克思、路易絲．阿爾布爾、約瑟夫．拉茲，以及設立於孟加拉的孟加拉環境法律人協會、設立於哥倫比亞的實現正義: 法律、正義暨社會中心 以及設立於黎巴嫩的法律實踐進程組織三個非政府組織，都在不同層面對法治的推動有卓越貢獻。

【關於唐獎】

有感於全球化的進展，人類在享受文明與科技帶來便利的同時，亦面臨氣候變遷、新傳染疫病、貧富差距、社會道德式微⋯⋯等種種考驗，尹衍樑博士於 2012 年 12 月成立唐獎，設立永續發展、生技醫藥、漢學及法治四大獎項，每兩年由專業獨立評選委員會(邀聘國際著名專家學者，含多名諾貝爾獎得主），不分種族、國籍、性別，遴選出對世界具有創新實質貢獻及影響力的得主。每獎項提供 5 千萬獎金，其中含 1 千萬支持相關研究教育計畫，以鼓勵專業人才投入探索 21 世紀人類所需，以頂尖的創新研究成果及社會實踐引領全人類發展。

2022 年唐獎漢學獎授予潔西卡‧羅森（Jessica Rawson）教授，以表彰其精研中國藝術文物之成就。羅森教授視野宏闊，見解精準，為無聲之物發聲，再現人之所未見；審美觀物，傳承薪火，賦予華夏古典嶄新意義。

不同以往得獎者多集中在文學、歷史與思想史領域，著重文字書寫，羅森教授則以藝術史與物質文化研究見長，關注考古出土的器物，使人們看見藝術品所承載的歷史文化，豐富漢學內涵，展現唐獎漢學獎作為世界大獎的開闊格局及視野。

器物上蘊藏的視覺系統

羅森教授為牛津大學中國藝術與考古教授，專研中國青銅器、玉器，關注層面尤其著重中國與中亞鄰國的交流。她近年的研究從馬匹貿易切入，考察沿著絲路與歐亞草原諸族的馬匹貿易。羅森教授指出，歐亞大陸上各個族群都有一套談論器物的傳統，其中蘊藏著所謂視覺系統（visual systems），使人們得以依據社會、信仰或其他層面上的概念、慣例或預設，將器物分門別類。因此也意味著其器物的材質、形式與裝飾具有特定的組合模式。

編按：在電影《孟買女帝》中，出現將茶杯裡的茶倒入下方茶杯碟中，再用茶杯碟喝茶的一幕。

對現代人來說，茶杯碟只是用來墊茶杯，但過去茶杯碟的用法是將茶倒出來，增加茶接觸空氣的表面積，達到快速冷卻的效果，而人們也是用茶杯碟直接喝放涼的茶。

現今茶杯碟已經失去了放涼的功能，但杯子與碟子的特定組合，仍成為了辨識「喝茶器具」的關鍵而被沿用至今，像上述杯子與碟子的組合，我們就稱它為「視覺系統」。

每個社會的傳統與視覺系統都是獨特的，需經過學習才得以熟悉，也深深地影響人們如何看待與解讀所見之物。這樣的視覺系統一旦進入新的脈絡，它們先前所承載的意義將慢慢淡去，進而與不同文化產生新的聯結。藉由視覺系統的研究，能夠釐清西方古典建築的裝飾是如何傳播到西亞，接著沿著絲路來到中國，最終體現在佛教石窟的造型上。這些交流為中國的藝術掀開了全新的一頁，而後隨著蒙古西征，中國藝術的樣貌也反過來傳播到西方世界。

陵墓代表著墓主的微縮宇宙

羅森教授的研究亦對中國古代墓葬文化有深刻的洞見。古代墓葬為其墓主提供了一個完備的死後世界。商周的豎穴土坑墓以青銅器和玉器陪葬，這些器物不但為墓主提供了禮儀及身份所需的物品，也提供戰爭所需的兵器和馬車。

秦代以來的墓葬發生了許多大變化，其中以兵馬俑的出現最為突出。秦始皇陵不僅僅有軍隊，墓中的車馬廄、朝臣、百戲、官員、嬪妃，以及天地星辰的圖像，都為秦始皇的死後世界而創造，陵墓成為墓主的微縮宇宙。

羅森教授的貢獻不僅止於開創性的學術研究。她致力於促進東西方藝術、文化與學術的交流及認識，更在學術範疇之外，向普羅大眾推廣中國文明之博大精深。因其博物館任職經歷，羅森教授身兼學者與實務執行者兩種身分，她策劃展覽所帶來的影響力早已有目共睹。

即便離開大英博物館轉任牛津教授，她仍繼續為大眾展現中國多元的樣貌。如 2005 年末至 2006 年初，在英國皇家藝術學院舉辦的「盛世華章─康、雍、乾三代帝王」（China: The Three Emperors, 1962-1795）特展，即是由羅森教授策劃，向西方社會鮮活重現古老東方文物豐富的藝術內涵。

主持跨國研究計畫促成文化交流

羅森教授出生英國倫敦，畢業於劍橋大學及倫敦大學亞非學院，曾任大英博物館東方文物部主任、牛津大學莫頓學院首位女院長，亦曾出任牛津大學副校長。羅森教授身為一位執行者，主持大型研究計畫，大大地提升了英國與歐洲學界對中國研究的重視。2011 年至 2016 年，跨國研究計畫「中國與內亞：改變了中國的文化交流（西元前 1000 年至西元前 200 年）」（“China and Inner Asia: Interactions Which Changed China （1000-200 BC）”）獲英國最大的學術研究資助單位利華休姆基金會（Leverhulme Trust）獎助。羅森教授與中國學者共同主持，聯合多國專家一同檢視中國、伊拉克、伊朗、中亞的出土文物，與各地博物館的藏品，試圖回溯物質文化的傳播。

而在校園之內，羅森教授促成各國學者至牛津大學進行學術交流，且不遺餘力地支持並培養世界各地的學生，其中有多位如今已成中國藝術與考古領域中的重要學者。羅森教授亦為牛津大學爭取到利華休姆基金會以十年為期的獎助計畫，以支持校內當代中國研究的發展。此計畫獎助了四個學術職位，實質地擴大中國研究的規模，也間接促成了隨後 2008 年牛津大學中國中心（University of Oxford China Centre）的成立。

羅森教授於 1990 年榮膺為英國國家學術院院士（British Academy），2002 年因其在東方研究的貢獻獲英國女王授勳封爵（DBE），2012 年獲選為美國藝術與科學院（American Academy of Arts and Sciences）外籍名譽院士，2017 年獲頒弗瑞爾獎章（Charles Lang Freer Medal）。2022 年唐獎漢學獎授予羅森教授，肯定其在中國藝術與考古領域的成就，不僅為該領域開創了嶄新局面，更加深了人們對中國文明的認識。

【關於唐獎】

有感於全球化的進展，人類在享受文明與科技帶來便利的同時，亦面臨氣候變遷、新傳染疫病、貧富差距、社會道德式微..等種種考驗，尹衍樑博士於 2012 年 12 月成立唐獎，設立永續發展、生技醫藥、漢學及法治四大獎項，每兩年由專業獨立評選委員會（邀聘國際著名專家學者，含多名諾貝爾獎得主），不分種族、國籍、性別，遴選出對世界具有創新實質貢獻及影響力的得主。每獎項提供 5 千萬獎金，其中含 1 千萬支持相關研究教育計畫，以鼓勵專業人才投入探索 21 世紀人類所需，以頂尖的創新研究成果及社會實踐引領全人類發展。

第二屆唐獎永續發展獎得主——

亞瑟．羅森費爾德（Arthur H. Rosenfeld）

羅森費爾德原本是名粒子物理學者，但遇上了 1970 年代的石油危機，毅然決然投入能源研究，不僅研發一系列創新的能源科技，還實際參與能源政策的改革，被譽為能源效率教父。

美國國家科學院 2001 年研究發現，羅森費爾德教授的能源創新與政策，為人們省下 300 億美元的花費。估計至 2030 年，可為全球省下 1.8 兆美元的能源支出，並消除 70 億噸的二氧化碳排放，等於 15 億輛汽車每年的總碳排放。

來看看他到底怎麼做到的！

將屋頂刷白，變身涼爽屋頂

羅森費爾德花多年研究「白色屋頂」，這件事可能讓你非常困惑，究竟屋頂顏色百百種，白色的屋頂有什麼特別好研究的。

在他的研究中，他發現將屋頂漆成白色後，因為白色會將太陽光和熱反射回去，因此可以降低我們生活環境的溫度，也減少我們開冷氣降溫的需求。而這項研究的結果讓「涼爽屋頂」的概念在 2005 年就被美國加州建構房屋的標準，必須在屋頂漆上白色的反光漆。根據他的估算，如果未來20年，所有都市建築物屋頂都漆成白色，就可以幫地球減少 24 兆噸的碳排放。

智慧窗戶和省電燈具

1974 年之後，他就開始投入能源使用效率的研究上。他在羅倫斯柏克萊國家研究室成立建築科學中心（Center for Building Science），致力於開發節能、省電的建築科技，也可算是綠色建築科技的先驅。

這個中心確實也開發出非常多令人驚豔的技術，其中一個就是「智慧型窗戶」（low-emissivity smart windows）。這種窗戶使用雙層玻璃，中間隔著惰性氣體如氬氣，而內層玻璃表面有一層薄薄的塗布，在冬天能將熱保留在室內，在夏天可將外界的熱隔絕在室外，但不影響光線的穿透。這樣的窗戶設計，能幫助室內達到冬暖夏涼，也減少冷氣、暖氣的使用。

螢光燈中藏著另一個羅森費爾德在這個中心研發的技術，那就高頻電子安定器（high-frequency electronic ballasts）。這種裝置不但能提高燈的使用效率到 10~15%，也能減少燈亮時產生的嗡嗡聲。在這個裝置正式推行到市面上之前，他們曾在舊金山的一棟摩天大樓中測試，發現在安裝具有新的高頻電子安定器的燈之後，與之前使用舊型安定器的燈具時相比，節省了 30% 的用電。後來這樣的技術，也成為現在市面上使用的緊湊型節能螢光燈所需要的器材之一了。

羅森費爾德效應、羅森費爾德單位

羅森費爾德效應，聽起來像是一個新的科學名詞，像是溫室效應、破窗效應、蝴蝶效應、星際效應等，但實際上這並不是一個科學現象。這是用來讚揚羅森費爾德，投身能源效率政策的改革，使得美國加州度過能源危機，且成為省電的模範。

在 1970 年至今，美國的人均用電量增加了 50%，但加州這個省分卻異於其他省分，人均用電量幾乎沒有成長。這歸功於羅森費爾德將「提升用電效率來省電」的概念大力推廣，鼓勵大家更換用電效率高的新電器來汰換舊電器，達到省電的功效，而非建立更多的火力發電廠。他成功地說服加州政府制定能源效率標準，加強冰箱和冷氣機等耗能家電的能源效率，而這些新標準也讓往後的 25 年中，冰箱的耗電率下降到之前的 1/4。

遠在 1970 年代就開始推行這樣的省電概念，直到現在都還是走在時代的尖端啊！他促成加州推行這些省電政策，也幫助了加州度過了兩次的電力嚴重短缺的危機。能源效率界因此就將這個現象稱為「羅森費爾德效應」。

除此之外，「羅森費爾德」這幾個字還成為了一種新的單位。2010 年，52 位能源效率科學家，為了表彰羅森費爾德在省電上的貢獻，他們將「羅森費爾德」制定為一個新的單位測量節省能源，一個單位的「羅森費爾德」就等同於節省 30 億度電。

得獎無數，但他最難忘的獎是…

羅森費爾德今（2016）年已經是 90 歲高齡，他也是在 90 歲生日派對上向親友們公布他獲得唐獎的消息。

他為了節能科技和政策推行上奉獻了多年的心力，除了唐獎永續發展獎之外，一路上他獲獎無數，包含美國國家科技獎（National Medal of Technology）、全球能源獎（Global Energy Prize (Russia)）、卡諾獎能源效率獎（Carnot Award for Energy Efficiency）、西拉德獎（Szilard Award for Physics in the Public Interest）等。

但他曾說他最感到驕傲的是他在 2006 年獲得的費米獎（Enrico Fermi Award）。這個費米獎對他的意義非常大。羅森費爾德在美國芝加哥大學攻讀物理學博士學位時，他的指導教授就是諾貝爾獎費米（Enrico Fermi），而他也是費米最後一個指導的學生。獲得這個以恩師名字為名的獎項，或許就好像是自己的老師對他這多年來投入心血的肯定一般，也是對他最大的鼓勵。

• 唐獎永續發展獎公布記者會影片

參考資料

• ARTHUR ROSENFELD – FORMER COMMISSIONER, CALIFORNIA ENERGY COMMISSION, energy.gov
• 〈屋頂漆白降溫 符合節能減碳潮流〉，客庄新聞，2012-06-21
• Arthur H. Rosenfeld with Deborah Poskanzer, A Graph Is Worth a Thousand Gigawatt-Hours How California Came to Lead the United States in Energy Efficiency, 2009
• Arthur H. Rosenfeld, THE ART OF ENERGY EFFICIENCY: Protecting the Environment with Better Technology, Annu. Rev. Energy Environ. 1999. 24:33–82
• Robert G. Watts, Engineering Response to Global Climate Change, July 30, 1997
• Dana Hull, Art Rosenfeld, the ‘godfather’ of energy efficiency, mercurynews, 12/27/2009
• 〈能源效率教父羅森費爾德　獲唐獎永續發展獎〉，唐獎新聞稿，2016/6/18