你的咖啡溫暖了我的心，才知道觸覺竟是看人的依據？──《觸覺不思議》

本文由 高柏科技 合作，泛科學撰文

林唯耕剛回台灣任教時，曾在清華大學的實驗室裡用一立方公分的「氨」做實驗。沒想到氨氣意外洩漏，那股刺鼻的氣味瞬間瀰漫整棟大樓，引來眾多師生抗議。

「從此以後，我再也不敢在實驗室裡用氨了。」他在《思想實驗室》的訪談中，帶著笑意回憶這段往事。

這段插曲聽來像是一則工程師的寓言：在理論模型中，氨是太空熱控系統的理想介質；但在現實的辦公大樓裡，它首先是逼人逃竄的臭味。公式本身沒有錯，但現實世界永遠比公式更複雜——它包含了人、成本、風險，以及必須為後果負責的工程師。

高柏科技技術專家、清華大學榮譽退休教授林唯耕 ，曾任職於美國 OAO 工程部熱流組，深耕電子構裝散熱與熱管技術多年。隨著 AI 浪潮席捲全球，他鑽研一輩子的老問題再次被推向科技產業的核心：當晶片運算速度無止境攀升，那股伴隨而生的熱，究竟該往哪裡去？

熱不會讀新品發表會

科技巨頭在發表會上熱衷於談論大型語言模型、GPU 規格與驚人的算力。這些詞彙在投影片上光鮮亮麗，彷彿進步毫無邊界。然而，每一次數位運算都紮實地發生在實體晶片上。晶片會發熱、材料會疲勞老化，一旦設備過熱，系統便會降頻保護。在物理現實面前，再動聽的發表會敘事也必須低頭。

回顧個人電腦發展早期，晶片幾乎不需專屬散熱元件。隨後，鋁製鰭片、風扇、熱管到均溫板逐一登場。這段歷程常被視為技術升級，其實更像是對空間的極限勒索：晶片功率翻倍，發熱源的面積卻沒變大，機箱空間也不可能無限擴張。

林唯耕指出，散熱設計的核心只有三要素：功率、熱源面積與空間限制。他舉例，在標準的 1U 機箱中，若發熱面積約為三十乘三十毫米，氣冷系統在達到八百瓦時就會面臨瓶頸。這並非固定的物理常數，而是取決於空間、面積與氣流的動態平衡。最現實的代價在於，風扇轉速提升的背後，是噪音、電力損耗與空間占用。

因此，「液冷技術」的興起並非單純為了追求酷炫，而是算力密度提升後的必然選擇。它能更精準地帶走晶片廢熱，卻也將新的挑戰帶入機房：漏液風險、流道堵塞、材料相容性，以及維運時的難度。工程的進步，本質上鮮少是徹底消滅問題，更多時候是選擇一組「比較值得承擔」的新問題。

太空教他的，不是把答案搬回地面

太空熱控工程之所以迷人，是因為它剝奪了地球上最常見的散熱工具。在真空宇宙中，沒有空氣能讓風扇製造對流；受光面溫度破百度，陰影處卻極度嚴寒。工程師必須純粹仰賴熱傳導、熱輻射，以及熱管與環路型熱管（LHP）來搬移熱能。

熱管運作的關鍵在於「相變」——液體蒸發時吸收大量潛熱，冷凝後重回循環。林唯耕比較了銅與水的熱傳導能力：在他設定的特定條件下，實心銅塊約能傳導 120 瓦的熱能；但若每秒有一立方公分的水發生蒸發相變，移熱量可瞬間拉升至 2.4 千瓦（kW）。他強調「每秒」的觀念，因為散熱談的是動態流動速率，而非靜態的冷卻魔法。

儘管如此，太空科技並不能直接套用到地面。太空元件因考量重量、功耗與維修難度，偏好無馬達幫浦的被動式設計；但地面 AI 伺服器面臨更高的熱負載與環境溫度，往往仍需幫浦驅動流量。當年那場「氨氣洩漏」事故正是最好的提醒：技術是否「先進」，與它是否「適合」當下的場景，始終是兩回事。

好論文，為什麼仍可能造不出好產品

學術研究致力於證明「可行性」，而工業現場則要求「可重複性」——不僅要能運作，還得確保每台出廠的設備都不漏水。林唯耕將此定義為「從 0 到 1」與「從 1 到 100」的差別。後者涉及良率、成本、公差與客戶信任。論文中那次最完美的實驗數據，在產線上往往未必管用。

他從不避談失敗。在高柏科技早期與學界合作時，也曾遇過實驗數據無法複製，或研究方向偏離產業需求。這未必是雙方努力不夠，而是彼此對「成功」的標準不同。為了解決這道鴻溝，高柏科技推動「柏苗啟航創新培育計畫」，每年投入逾千萬資金與成大、中山、台科大等校合作，並指派專業人才在過程中持續微調、校正，確保研發貼近產線現實。

他分享了近期一項液冷工質校正專案。團隊使用非侵入式的超音波流量計進行觀測，但由於儀器預設以「水」校正，換成其他化學流體後讀數便出現誤差。最初嘗試用幫浦壓差推算，卻發現缺乏重複性，數據甚至推導出不合理的蒸發率。最後團隊回歸基本面，改用秤重法搭配能量平衡進行交叉驗證，才讓數據成功收斂。

這個故事真正的價值不在於「產學雙贏」的口號，而在於那段不夠優雅的挫折：假設失效、數據混亂、方法砍掉重練。也正是在這種時刻，企業需要的不只是會算數的人才，而是能洞察研究何時「走鐘」，並有權力喊停、要求重來的關鍵決策者。

林唯耕坦言，過去在校園裡總認為「技術第一、成本第二」，進入商界後才驚覺行銷與信任關係往往才是關鍵。這番話雖然不如科技突破那樣動聽，卻是產品能否進入市場的殘酷真相。再卓越的散熱設計，若無法穩定生產或贏得客戶信任，也僅止於一份精美的報告。

AI 會給答案，誰來負責出貨？

訪談尾聲，主持人國威提出了一個時代難題：假設 AI 能在彈指間生成散熱架構、材料配方與流道設計，企業該選擇全面擁抱 AI 的速度，還是保留緩慢但穩定的工程驗證，以規避潛在的失效風險？

林唯耕拒絕落入二選一的框架。他的觀點是：兩者並存。AI 擅長處理資訊、生成草案；但工程師仍須實作原型，進行嚴苛的性能與可靠度測試，最終由人決定是否出貨。這並非盲目崇拜人類直覺，而是基於一項事實：AI 的資料庫裡，通常沒記載下一次「意外洩漏」或「材料疲勞」的細節，且模型永遠無法為量產結果擔負法律與商業責任。

在 AI 時代，最稀缺的未必是熟練下指令（Prompt）的人，而是具備這種能力的人：能預判答案可能在哪裡出錯、能設計實驗將問題「逼」出來，並且願意為最終的量產品質負起責任。

大眾習慣將雲端想像成輕盈、無重量的空間。但現實中，雲端是由龐大的機房架構而成，裡面裝滿了晶片、管線、泵浦與冷卻液。虛擬算力的每一次擴張，都會在實體世界留下發熱的足跡。散熱工程師的價值，就是不讓這筆物理帳單，被埋沒在光鮮亮麗的投影片背後。

溫度影響剎車的抓力

雖然似乎有點違背直覺，但是煞車是高速駕駛不可或缺的一環。不管是在哪個賽車場，駕駛的目標之一就是保持在賽道的最佳路徑（racingline）—繞行賽道的最短路徑。所以駕駛過彎時不會沿著急轉彎處長長的外彎道前進，而是「夾著」彎道的內側，稱為彎頂點（apex，即過彎路線中最接近彎道內側的點）的地方，以將他們必須行駛的距離縮到最短。

這麼做需要非常精準的煞車：要在剛剛好的時間對煞車踏板施予剛剛好的壓力。當他們辦到時，駕駛就會出現在賽道轉彎處的絕佳位置，且依然帶有征服下一段賽程所需的速度。但是這樣的開車方式會耗損煞車；而且有些賽道沒什麼機會可以讓煞車冷卻。

以世界知名的摩納哥街賽道來說。雖然僅長3.34 公里（2 哩多），是F1 賽程中最短的賽道，但是卻必須不斷踩煞車和加速。煞車製造商布雷博（Brembo）指出，2019 年賽季中，駕駛們每一圈使用煞車 18.5 秒，多過總賽程的四分之一。

在需求最高的轉彎處，汽車要在不到 2.5 秒的時間內將時速從 297 公里（185 哩）減至 89 公里（55 哩）；這會將大量動能快速轉換成熱能，難怪煞車碟盤會冒出火花。為了要負荷這樣龐大的熱負載，製造商在每個煞車碟盤的邊緣鑽入細小的徑向孔—數量超過 1000 個。

這樣的小孔可以增加煞車碟盤的表面積，比較容易散熱。但是也具有通氣孔的功能。與安裝在各個輪框上的大型冷卻管相結合時，可以把冷空氣拉入煞車碟盤中心，把熱空氣從邊緣帶走。還有個額外優點，這些F1 煞車碟盤相當輕，重量約各為1 公斤（2.2 磅），相較之下，差不多大小的鑄鐵煞車碟盤則為 15 公斤（33 磅） 。

所以為什麼不全面使用這種煞車碟盤呢？有個原因是價格—每片煞車碟盤可能要價高達 2000 美元（約 1500 英鎊） ，而且要六個月的時間才能製成。它們也不太耐久，通常每次比賽後就得更換。最後，它們受限於一定的工作溫度，只能處於 350 ∼ 1000℃。

低於溫度下限時，它們幾乎不具有停止能力—煞車片與煞車碟盤無法產生足夠的抓力。但是如果煞車的溫度高於上限值太久，則會災難性地失靈。如馬歇爾對我描述的，「彷彿在踩縫紉機。當這種狀況發生時，煞車碟盤耗盡『材料』的速度有多快，簡直難以置信。」

科技有助於車隊和駕駛控制他們的煞車，但是就跟 F1 的大部分狀況一樣，沒那麼簡單。冷卻管的大小與形狀可控制流經煞車碟盤的空氣量，所以你可以想像管子愈粗愈好。

但是如 F1 傳奇工程師帕特．西蒙茲（PatSymonds）告訴《賽車工程》（Racecar Engineering）雜誌的，冷卻有其後果：「遇到像蒙特羅這樣需要一直踩煞車的賽道，我們被迫使用一些該賽季最粗的管子。從最細的冷卻管換到最粗的冷卻管，會犧牲 1.5％的空氣動力學效率，這代表最高速度時速會減少 1 公里。」

我可以想像這會引發車隊的煞車工程師與他們的空氣動力學家爭辯。就連測量煞車配件的溫度都不容易。馬歇爾告訴我，在奧斯頓馬丁 F1 車隊中，他們會在煞車片的安裝托架中埋入高溫的熱電偶，和一系列直接朝向煞車碟盤的遠紅外線感測器。電視轉播賽事時偶爾會出現的彩色熱影像，主要是為了給我們這些觀眾看—顯示出他們建議的最高溫度。

摩擦介面與溫度控制

煞車片與煞車碟盤之間還有另一個重要的過程是磨耗。所有滑動與摩擦都會對兩個表面造成實質傷害；每次煞車作動，兩者都會有微粒破裂。在煞車系統的使用期間，這會逐漸降低材料的摩擦係數—換句話說，會失去它們的抓力。

但這不只是因為彼此的表面被「磨光」，或是失去黏性。磨耗也會形成摩擦膜（tribofilm）這種東西—煞車片與煞車碟盤相接觸時壓碎的一層非常薄的細粒狀材料。「談到磨耗與摩擦力，摩擦膜非常有影響力，」英國里茲大學（University of Leeds）的沙赫里爾．柯沙利（Shahriar Kosarieh）說。

「我們把這層膜視為『第三體』，因為儘管它是由互相滑動的那兩種材料製成，其化學與機械性質還是與那兩種材料不同。」關注各式各樣市售鑄鐵煞車片的德國研究人員發現，無論煞車片是什麼材質，形成的摩擦膜總是會受到氧化鐵（Fe3O4）控制，其他成分的影響力則相當微弱。

「摩擦膜會控制散熱，且能減少摩擦力—它會主導性能，」柯沙利繼續說道。「煞車製造商很清楚這一點，調配自己的煞車片配方時會考量這一點。煞車片與煞車碟盤要互相搭配，才能產生最佳性能。只要你更動了任一個材料，就會改變界面產生的結果。」

柯沙利最近的研究關注鑄鐵煞車碟盤輕量替代物的摩擦表現，這些輕量煞車碟盤主要都是鋁製。不只有他這麼做—整個汽車產業都對減輕重量很執著，主要是因為汽車的重量愈輕，消耗的燃料就愈少，環境影響也愈少。目前是以鋁為主流。

「那是一種低密度金屬，約比灰鑄鐵（grey cast iron）還低 2.5 倍，所以減輕重量的可能性很高，」他跟我在電話中閒聊。「鋁的導熱性也很高，在表面形成的氧化物也具有一些防蝕效果。」把鋁合金與碳化矽等硬質陶瓷材料結合也能提升其強度。

「但是鋁的問題在於當溫度高於400℃時會開始熔化。就煞車而言，這代表摩擦力突然銳減，也是你能想像最糟的狀況。所以更加促使工程師更努力找出方法，既能讓表面有比較好的熱穩定性，使用壽命又能更持久。」

對柯沙利而言，最有意思的其中一種方法是電漿電解氧化（plasmaelectrolytic oxidation, PEO），這是用一個電場在鋁的表面形成一層複雜又高度耐磨的薄層。當他測試各種不同以電漿電解氧化處理過的鋁盤性能時，發現有些可以撐過約 550℃。不過，許多案例的摩擦係數太低—低於實際煞車系統所需的最低閾值。

柯沙利並不洩氣。「煞車是整個系統一起作動。如果你拿到一個新的煞車碟盤，那你也需要把對位碟盤調整到最佳狀態。製造商設計出專供電漿電解氧化塗層煞車碟盤使用的新煞車片配方。」我只找到幾篇已發表的研究，結合了電漿電解氧化煞車碟盤與這些新的摩擦片，但是結果看起來大有希望。輕量的鋁製煞車在未來的道路車輛上可能有機會亮相。

F1 在 1970 年代晚期為它們的煞車碟盤和煞車片找到了不同的解決方法，從那時候起就沿用至今：一種稱為碳－碳（carbon-carbon）的材料，在石墨基質裡包埋高度有序的碳纖維。其散熱效果非常好，所以也用在太空梭上。雖然它聽起來可能跟F1 賽車底盤用的碳纖維很類似，但其實是非常不一樣的猛獸。

製造碳－碳很緩慢且複雜，此材料是由原子薄層堆疊成層。它在摩擦力方面勝出，提供的抓力比傳統煞車配件高 2 倍（在其理想工作溫度範圍內）。但是那並非魔法。在競速的壓力之下，這種材料終究會磨耗殆盡，部分是由於摩擦，但也有化學方面的因素。溫度上升時，碳－碳會與空氣中的氧氣產生反應，而氧氣會提高其劣化程度。你有時候會看到F1 駕駛大力踩煞車時冒出黑塵，這就是原因。

藉由感測器數據調整剎車系統

這個過程代表車隊需要監測的煞車項目不只是溫度。馬歇爾跟我說，他們會使用壓力感測器留意流經管子的氣流。他們也有針對磨耗的電子感測器，可以測量胎側的活動。

「我們使用這些儀器測量煞車片還能接觸煞車碟盤多久。由此可以推論總磨耗程度—也就是煞車片與煞車碟盤的磨耗總和。」為了推算總磨耗比例與煞車片的關係，以及對煞車碟盤的磨耗程度，車隊會把感測器數據對照以往試駕和賽事所蒐集的煞車數據。

「我們可以從所有資料中追溯比賽時的磨耗速率。如果太快，我們可以調整煞車平衡，以免磨耗最高的車輛壽終正寢，或可以請駕駛找一些乾淨的空氣冷卻煞車。」不管怎麼做，目標都是確保駕駛在需要的時間和地點擁有阻擋能力。任一賽季都會面臨數以千計的彎道，這些系統，當然還有駕駛，都表現卓越。

——本文摘自《黏黏滑滑》，2022 年 11 月，晨星出版，未經同意請勿轉載

• 本文轉載自 LIS情境科學教材

他是葉丙成，台大電機教授，也是線上遊戲學習平台 PaGamO 和實驗教育機構「無界塾」的創辦人，葉丙成老師的求學經歷建中、台大、留美、當教授，完美符合了傳統價值對於菁英人才的期待，而直到葉丙成到美國求學、當上台大教授後，他才一再體會到著眼「好成績」將錯失生命許多彌足珍貴的探索機會，於是他展開中年叛逆，成為力推台灣「翻轉教育」的先行者，讓更多台灣孩子有機會比他更早一步擁抱不被成績綁架、有所熱情的人生。

葉丙成的人生故事和教育觀點，邀請你一起往下閱讀>>>

成為病態的考試機器，失去對世界的好奇心

Ｑ：可以和我們分享葉丙成老師自己的求學歷程嗎？

我從小在教授宿舍長大，唸的是台科大後面的公館國小，除了去美國讀書之外，建中是我讀過最遠的學校。

在我們居住的環境裡大多都是教授父母，大家難免會比較小孩的成績，我從小就一直在「因著成績被肯定」的狀態長大，成績很好但我完全沒有學習的熱忱和好奇心，我知道自己是在應付考試，也很會應付考試，那其實是一種很病態的價值觀，我差不多在高中就已經失去對世界的好奇心，看到新東西、沒碰過的東西，我反而會覺得很煩又要花時間去搞懂。

考贏別人得到師長的肯定是唯一的追求，但到了美國唸博士之後發現其實根本沒有人在 care 考試和成績排名，在派對上面我只能用傅立葉（專業知識）跟同學開話題，根本沒人想鳥我，我才看見自己的貧乏。

現在在台大教書，看到這些孩子，也常常覺得成績好、會應付考試，某種程度是背負一種詛咒，不是因為成績好選擇更多，而是在追求成績的過程，我們根本不知道自己要什麼，看不到自己真的有熱情的地方，時間就一直流掉，焦慮就一直擴大，變得沒有靈魂。

非結構化學習才能培養孩子面對未知世界的能力

Ｑ：有了前述的反思，現在葉丙成老師怎麼帶自己的兩個兒子 ？

對我而言我完全不在意他們的成績，只要他們保有對世界的好奇心、熱情，有個人特質的魅力，願意去探索任何事我都是支持。

有些爸媽會因為小孩數學考 98 分而打小孩，罵小孩怎麼能因粗心而少那 2 分，但沒有什麼應不應該，說真的數學考 100 分也不代表他長大就會變成人才，數學只要懂就好，考 80 分和 100 分其實沒有差，最怕的是他不懂。

我比較在意的是孩子有沒有「非結構化學習」（unstructured learning）的能力，當孩子對一件事情感興趣，願意花時間蒐集資料，把來龍去脈搞清楚，最後建構出他對這件事情的知識體系，這就是非結構化學習。這個能力是非常重要的訓練，未來不管他做什麼，都可以很快的進入狀況。

從小到大，我們在學校學的都是結構化的學習（structured learning）有課本和教材，非結構化學習的能力很難訓練，只能靠常常實作來建構，但我們通常很少有機會鍛鍊孩子這個能力。

有一次我家兒子他晚上 11 、 12 點還不睡，我問他在幹什麼，他說很喜歡老師養的貓咪，想做一張貓吉拉吃人的卡片送老師，所以在學 Photoshop 看能怎麼做出來，我沒有阻止他，繼續忙自己的事情，沒想到忙一忙凌晨 3 點兒子還沒睡，但他已經用 Photoshop 做出一張還滿漂亮的卡片了！通常遇上這種情況，大部分的爸媽可能會質問孩子為何浪費時間弄一隻貓，但對我而言能自己學會而且做出來比考 100 分來得更重要。

讓孩子贏在十八歲之前，卻犧牲時間養成足以面對未來的關鍵能力

Ｑ：葉丙成老師覺得什麼是學習過程中應該具備的關鍵能力？

108 課綱在講的就是培養台灣小孩變成終生學習者，有自主學習能力的人，過去台灣教育把學生訓練成「搜尋引擎」，孩子不斷地寫評量和考古題，考試考很高的分數，但遇到不同的題型就不知道怎麼辦，如果下一代都不敢創新，只想著搜尋既有的解法，那台灣的未來很令人擔憂。

素養就是「運用知識解決真實世界問題的能力和態度」，「知識」、「能力」、「態度」三者加在一起才會擁有素養。台灣教育過分強調學習知識，孩子可能很會解困難的數學題，但你請他們在生活中利用簡單的數學解決問題，他不一定可以解決真實世界的問題，這些知識只是拿來考試用而已。

我很歡 LIS 創辦人嚴天浩說的一句話，意思大概是：「科學教育的本體不是科學的知識；科學是一種思考的方式。」這句話太精彩，一語道破許多人對科學的錯誤看法！

我們小時候常看到的「十萬個為什麼」這類的書，那是最糟糕的。爸媽買這種書給孩子，孩子博學強記，結果大人問什麼科學問題，孩子都能快速講出答案，爸媽就覺得自己孩子是小天才。孩子也以為知道所有科學相關問題的為什麼、能快速回答各種關於科學的問題，就是學科學，這簡直錯得離譜！

就像天浩說的，學科學真正重要的，是學會科學家面對問題的思考方式：如何觀察、如何提出假設、如何設計實驗來驗證假設、如何修正自己的假說……，這一連串的過程，才是科學教育最重要的，人家問什麼都能快速答得出來 Google 網站就做得到了。

期待台灣教育成為亞洲國家的教育典範

Ｑ：葉丙成老師對台灣教育的建議與期待？

很多孩子在教育上遇到的狀況，是家長選擇造成的結果，只要放過自己的小孩，讓他快快樂樂的長大，我覺得就已經會減少很多問題，很多孩子壓抑自己的七情六慾，變得膽小慎微，失去創造性。

我最近跟一些高中生在聊，雖然他們也很想跟我聊，但我們唯一能約的時間是禮拜五晚上的十點，因為六日他們要補習，平日晚上補到九點多要回家準備明天上學，你看這個社會把孩子逼到這個樣子。

我希望我們這些對教育很有熱情的人，比方說家長、中小學高中大學、體制內教育和體制外教育的老師，看可以怎麼把各個不同領域的力量串起來，更加速改變整個台灣社會對教育的看法。讓台灣的小孩能夠在亞洲有相對開放鬆綁的教育，我認為是很有機會的，這是接下來十年想和大家一起努力的目標！

響應本次「LIS 第二季大科學計劃」，葉丙成老師分享給我們的大科學人宣言：

❛❛ 有科學的思維，才能看出誰在胡扯  ❜❜  —— 葉丙成

邀請您一同成為各行各業中的大科學人，您的捐款將支持「科學公益教材」的穩定開發，一起 支持台灣科學教育，讓孩子從小開始像「科學家一樣思考」，帶著自信長大成為各行各業中「 永保好奇」、「邏輯思辨」的大科學人！

【LIS 大科學計畫 ✦ 第二季】｜暖心上線 ▸▸▸▸▸▸▸
❛ 教育不只是老師的事，這是我們的任務，下一個世代的科學史，現在就得開始寫起！ ❜
募資倒數 30 天，尚缺 60 萬元定期定額製作啟動金
每月 523 小額捐款，支持全台十萬名孩子都期待的科學教材 https://bit.ly/3VbX9Eb
＃參與募資成為大科學人，＃解鎖泛科學贈送的神祕好禮
關注 LIS 最新消息歡迎加入 FB 社團「LIS大科學人製造所」