科學寶可夢 #143 卡比獸：外表看似慵懶、腸道異於常人的巨獸

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。

黃瓜 CONCOMBRE

黃瓜可以只做成冷盤沙拉，也能在鹽水、英式醃菜中展現出多種滋味，甚至可以煮成配菜。它的滋味比看起來的要複雜許多：很明顯它有綠質及強烈的葉綠素滋味，但也有碘和奶油味。沒有交集的兩個世界，讓這種蔬菜能往兩種滋味方向去發揮！

正確切削黃瓜：善用皮與苦味的微妙平衡

黃瓜外皮呈綠色並略帶苦味，想當然爾也有葉綠素滋味⋯⋯我們去皮不是為了美觀，而是要除掉這種苦味。又或者，我們可以刻意保留全部或部分黃瓜皮，對這有點侵略性的味道做進一步運用。經過斟酌的苦味能帶來無可否認的餘韻，也讓這種蔬菜含水量相當高的芳香特性變得複雜。薄荷、蒔蘿、青蘋果等「綠色」食材會凸顯出黃瓜的清新。

籽肉的碘香秘密：黃瓜與海鮮、乳製品是絕配

為何把黃瓜的果肉跟籽吃進嘴裡時，能感受到碘味和奶油味呢？答案是因為醛類^*1，存在於麵包皮和多種油裡。出乎意料的是，黃瓜能跟海藻、牡蠣、麵包和奶油做組合。為了發揮這些香氣，我們不妨將乳酸化合物（芒果、荔枝等）搭配帶乳香的乳狀食物（如希臘優格，這解釋了希臘沙拉醬﹝Tzatziki﹞^*2 之所以成功的原因。或是藍紋乳酪、昂貝爾藍紋乳酪﹝Fourme d’Ambert﹞、馬斯卡彭乳酪也可以），以及一些像孔德里約（Condrieu）這樣帶奶油香味的酒。有了黃瓜內部的果肉跟籽，這些組合就保證成功。

*1：主要為 (E,z)-2,6- 壬烯醛、2-壬烯醛（non-2-énal）。

*2：譯注：以希臘優格和黃瓜碎粒為主要材料的沙拉。

來試試吧！甘納許巧克力黃瓜

• 準備甘納許：煮滾 300 毫升的水，加入 1 克洋菜粉，離火並倒進 150 克的黑巧克力碎片攪打混合，再倒進容器裡約 1 公分高度，隨後放進冰箱至少一小時。
• 準備黃瓜：將黃瓜（用果汁機）榨成汁。提取 150 毫升，取其中一半與 1 克洋菜粉和一茶匙糖一起煮沸。離火，將剩下的另一半加進去，放涼後小心地倒在巧克力甘納許上（約 0.5 公分高），然後放進冰箱。
• 擺盤：切成固定長度（約 6 公分長，1.5 公分寬）。可和黑巧克力圓脆片（Tuiles）一起食用。

不同變化：富含葉綠素的活力蔬果汁

選擇未處理過的小黃瓜，連皮榨汁，增強青綠及微苦滋味。這種富含葉綠素的果汁可以調味油醋汁、雞尾酒（琴酒等）和西班牙冷湯。可以將果汁冷凍在冰塊盒裡供多次使用。

——本文摘自 拉斐爾．歐蒙（Raphaël Haumont）、提耶里．馬克思（Thierry
Marx），《料理滋味創意地圖：法國材料物理化學專家聯手米其林主廚，15種香調、80種常見蔬果食材的氣味因子，探索 1,500 種創新風味搭配！》，2024 年 8 月，積木文化，未經同意請勿轉載。

第一間自助服務商店的出現

在 20 世紀的頭數十年，包括自助服務在內的新式雜貨店營運方式，徹底改變了食品的購物模式，這種轉變在城市中尤其明顯。1917 年，田納西州的孟菲斯市成立了美國的第一間自助服務商店，這間店是克拉倫斯．桑德斯（Clarence Saunders）的小豬商店（Piggly Wiggly）。

在這之前，美國消費者買賣日常食品的流程，與 20 世紀美國人習慣的方式截然不同。店員通常會從櫃檯後的貨架上為顧客取貨。

此外，雖然雜貨店也會出售一些易腐損食品，但主要販賣的還是罐頭和其他加工產品。大部分的屠夫和農產品雜貨商，通常會在不同的商店經營特定的業務。從 1920 年代開始，越來越多大型雜貨店把鄰近的肉舖和農產品店併入他們的店裡。

雜貨店透過「合併」變身成超市

在這些「合併」的商店中，顧客只要進入一間商店就能買到許多種不同的食物，不再需要花時間前往 3 個不同的地點購物。儘管合併商店越來越普遍，但自助服務一開始只有應用在分裝好的食品上。

在多數商店中，購買肉類的方式和傳統肉舖差不多，商店中會有一個肉舖櫃檯，由男性店員提供切肉和銷售等完整服務。顧客會在肉舖櫃檯前排隊，告訴店員他們想要買的具體部位和重量。在這種交易過程中，顧客有機會詢問屠夫哪些肉是新鮮的，烹飪方式應該是烤還是煎。

屠夫會取出需要的肉塊，切下顧客想買的量再包裝好。在購買農產品時，顧客會於陳列在商店中的大量蔬果中挑選產品，拿去給農產品區的店員稱重並裝袋，接著在收銀台計算價格。

把易腐損商品整合進超市後，零售商獲得了機會，可以把整間店的品質都展現給消費者看，藉此吸引消費者並建立顧客忠誠度。相較於分裝好的食品，消費者比較常購買的是易腐損產品。

如果雜貨商能提供各種高品質的蔬果和肉類，顧客光臨這間商店的頻率就會高於其他商店。在購買罐頭食品、盒裝麥片和瓶裝商品等雜貨時，無論在哪裡購買，獲得的都是同樣的商品。單就這些產品而言，商店只能靠著較便宜的價格和較多元的品項來勝過其他店家。

「展示櫃」展現商品多樣性吸引消費者

易腐損產品則不同，這些產品的品項會隨著季節變化，有時甚至每天都不同，這種多樣性是許多購物者對商店感興趣的原因之一。

由於改變之後的肉舖與農產品銷售區具有繽紛的「天然之美」，又有機會用充滿吸引力的方式展示，所以這兩個區域變成了商店的「展示櫃」。

在 1920 到 1930 年代，雜貨手冊和行業雜誌不斷強調新鮮農產品在超市企業中的重要性：易腐損產品「透過視覺對消費者產生了最大的吸引力」。

商品的「最佳位置」能成功吸引消費者

雜貨業的主流行業雜誌《先進雜貨商》在 1935 年指出，沒有任何商品「能像新鮮蔬果一樣，如此自然地吸引顧客的注意並刺激食欲」。另一篇文章則主張「種類繁多的新鮮蔬果，以吸引人的方式展現出天然色澤和新鮮度」，消費者將會因此受到吸引，走入商店。

商店甚至可以用「外觀看起來特別新鮮或特別好的商品」，來合理化商品的價格為什麼比其他商店更昂貴。雜貨商認為架上蔬果的外觀是影響銷量的最重要因素，他們如何用有吸引力的方式陳列農產品，也會使整間店的氛圍產生變化。

因此，他們往往會把農產品區設置在商店的「最佳位置」，通常會是入口附近。農產品與肉類的顏色對雜貨店的營運來說之所以會這麼重要，不只是因為這些顏色能使商店內部顯得更明亮，也因為顏色是顧客判斷食物品質的關鍵指標，他們會依此決定要不要購買特定商品。

——本文摘自《秀色可餐？：所謂的新鮮和健康，都是一場精心設計》，2023 年 6 月，今周刊，未經同意請勿轉載。