【醫學辦案室】消暑聖品竟會讓人打嗝、意識不清？這是來自星星的詛咒嗎？

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。

一月前與妻子分居，30 來歲的東南亞裔英國男子，搬回去跟母親同住。他工作輪班，不時日夜顛倒，喝酒和蠻牛（Red Bull）苦撐。^[1]

飲品所含的酒精以 10 公克為 1 單位，女性每日飲用建議上限為 1 單位，男性則不宜超過 2 單位。^[2]另外，多數能量飲料每毫升約含 0.32 毫克咖啡因，也就是 250 毫升裝的每罐有 80 毫克。^[1]健康成人每日攝取 400 毫克以下，通常還算安全，^[3]而且適量的咖啡因，對情緒、注意力，以及將外來資訊轉為可儲存形式的記憶編碼（memory encoding）都有助益。^{[1, 4]}

男子每天消耗 12 罐 250 毫升的蠻牛，即單日咖啡因攝取量高達 960 毫克。事發當天，他還喝了 7 個單位的酒精飲料。^[1]兩者皆以倍數超標。

被害妄想

咖啡因會促進中樞神經系統的多巴胺活動，過量攝取可能導致焦慮、不安、狂躁，甚至感知錯亂進而發瘋。若在極端壓力下，每日超過 200 毫克，就會增加幻聽的風險。^[1]

果不其然，男子產生被害妄想（delusions of persecution），因持刀及刑事損害遭捕，被押去當地醫院的急診室檢查。醫療人員瞧他外表毫髮無傷，只肌肉注射一針鎮靜劑lorazepam，又把人還給警方。稍後，他以非自願病患的身份，住進精神病房。^[1]

急性腎損傷

毫無相關家族病史的男子，12 年前經歷情緒低潮，並在 1 年後試圖用藥自殺，但未曾這樣鬧事又入院。他在病房裡焦慮躁動，抱怨背疼，可是X光照不出原因。2 天後，男子腹痛嘔吐。以下為他驗血結果的異常項目：^[1]

• 肌酸酐（creatinine；Cr）：肌酸酐是肌肉代謝物，理應由腎臟過濾，隨尿液排出，不會留太多在血液裡。^[5]男子的肌酸酐濃度為 1,205 μmol/L，落在正常範圍 59 – 104μmol/L 之外。^[1]
• 估計腎絲球過濾速率（estimated glomerular filtration rate；eGFR）：eGFR展現腎臟過濾廢棄物的能力，^[6]正常值必須大於90 ml/min。男子的檢測結果是4 mL/min。^[1]
• 肌酸激酶（creatine kinase；CK）：肌酸激酶是骨骼肌、心肌和腦裡面的酵素。上述組織受損時，肌酸激酶會流入血液。^[7]男子的肌酸激酶濃度為 3,336 U/L，超過標準範圍 40-320 U/L 的上限。^[1]
• C反應蛋白（C-reactive protein；CRP）：C 反應蛋白是一種由肝臟製造的蛋白質，身體發炎時，濃度會增加。^[8]正常來說得小於 10mg/L；他的檢驗結果卻為 38.8 mg/L。^[1]

男子顯然得了急性腎損傷（acute kidney injury）。及至此刻為止，他在病房服過抗精神病藥物 olanzapine、止吐劑 cyclizine，以及止痛劑 ibuprofen 和 dihydrocodeine/paracetamol。^[1]雖然其中主要由腎臟代謝的藥物，有機會影響腎功能，但他的藥量不大；^{[1, 9, 10]}而且男子早在被捕後就鮮少排尿，表示當時腎已有毛病。過往有些類似的案例，起因於攝取過量咖啡因；^[1]短時間內灌太多酒，而重挫腎臟的情形，也偶爾可見。^[11]醫師判斷男子的病況，是喝太多能量飲料所致。^[1]

血液透析（洗腎）

精神科將男子轉去急性醫院深入檢查，發現其右腰觸診會痛；靜脈血稍微偏酸；尿液有白血球、過量蛋白質及微量血液；而腹部和骨盆的電腦斷層掃描影像，顯現腎臟問題引發的皮下水腫（subcutaneous oedema）。^[1]他在那裏接受血液透析（俗稱「洗腎」；haemodialysis），用機器過濾腎臟無法處理的髒血。^{[1, 12]}十幾天後，才被送回精神病房。^[1]

男子此時已經沒有脫序的精神症狀，只是亢奮了點。醫師提高抗精神病藥物 olanzapine 的劑量，並加上情緒穩定劑 sodium valproate 長效型。出院時，仍維持這兩種藥物，但劑量更高。不過，隔週男子就自行停藥。^[註]離開醫院 2 個禮拜後，他的肌酸酐濃度，降到略高於標準的 111μmol/L，腎臟功能大致穩定。後續精神科總共追蹤兩次，之間相隔數月。男子的情況良好，表示自己不再喝能量飲料。^[1]

備註

任意停用抗精神病藥物，有使病情惡化的危險。如果想停藥，請務必在醫師的監控下，逐漸減少劑量。^[13]

1. Kelsey D, Berry AJ, Swain RA, et al. (2019) ‘A Case of Psychosis and Renal Failure Associated with Excessive Energy Drink Consumption’. Case Reports in Psychiatry, 3954161.
2. European Commission. (31 MAY 2022) ‘Guidance for alcohol consumption’. Health Promotion and Disease Prevention Knowledge Gateway.
3. ‘Spilling the Beans: How Much Caffeine is Too Much?’ (12 DEC 2018) U.S. Food & Drug Administration.
4. American Psychological Association. ‘Encoding’. APA Dictionary of Psychology. (Accessed on 29 MAY 2023)
5. ‘Creatinine test’. (09 FEB 2023) Mayo Clinic.
6. ‘Estimated Glomerular Filtration Rate (eGFR)’. (17 JUN 2021) Cleveland Clinic.
7. ‘Creatine Kinase (CK)’. (11 APR 2022) Cleveland Clinic.
8. ‘C-reactive protein test’. (22 DEC 2022) Mayo Clinic.
9. Ngo VTH, Bajaj T. ‘Ibuprofen’. (05 JUN 2022) In: StatPearls. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing.
10. Thomas K, Saadabadi A. ‘Olanzapine’. (08 SEP 2022) In: StatPearls. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing.
11. Cleveland Clinic. (23 JUN 2021) ‘How Alcohol Affects Your Kidney Health’. Health Essentials.
12. ‘Hemodialysis’. (JAN 2018) U.S. National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Diseases.
13. Keks N, Schwartz D, Hope J. (2019) ‘Stopping and switching antipsychotic drugs’. Australian Prescriber, 42:152–7.

文／蔡明真
醫師，希望能用好懂的描述及有趣的故事，讓醫學更為平易近人。

自 1995 年開始，在印度最大的荔枝產區穆扎夫法爾普爾（Muzaffarpur），每年均會季節性地爆發一種無法解釋的急性腦病變。這群病人以孩童為主，病例開始出現的時間點大概是在每年五月中旬，並在六月到達顛峰，恰與荔枝採收的季節相符。這群病人會表現急性癲癇及意識狀態改變，最常在早晨發生，且伴隨高死亡率。

到底是什麼原因呢？是感染性腦炎？殺蟲劑？或者食用了荔枝果實？一群來自印度與美國的研究人員與醫學專家花費多年時間，絞盡腦汁試圖解開這個謎團。最近，透過一篇在 2017 年 4 月發表在國際醫學權威期刊 The Lancet Global Health 的文章 [1]，終於在迷霧中透露一線曙光，指出最可能造成這個現象的元兇。

2014年，數百位有符合收案條件的病童被收入穆扎夫法爾普爾（Muzaffarpur）當地醫院，共有 390 位住院接受治療，其中 122名（31%）死亡。住院當下，204名孩童有低血糖的情形。

經過統計分析，在發病前24小時內攝取荔枝以及沒吃晚餐，與疾病發生相關。病童的血液及腦脊髓液在感染、化學藥物及殺蟲劑的測試結果均為陰性。

約 66% 尿液樣本測出Hypoglycin A 及 methylenecyclopropylglycine（MCPG）─兩種存在荔枝中的毒素，會造成低血糖及代謝異常─的代謝物，90% 的血漿樣本則呈現異常的 acylcarnitine 濃度，顯示脂肪酸代謝異常。

總是發生在荔枝成熟時？

根據這個研究，病童的照護者或家長表示，在荔枝收成期間，白天孩子大部份時候都待在附近的果園裡吃荔枝，直到晚上才回家。孩子因為吃荔枝吃飽了所以對晚餐沒興趣，通常直接跳過晚餐，上床睡覺。

不吃晚餐而上床睡覺，很可能會造成夜間低血糖（night-time hypoglycemia）的現象，尤其容易在肝醣儲存不足的孩童身上發生。低血糖的狀況讓身體想要分解脂肪酸以獲得足夠的葡萄糖供身體利用。然而，hypoglycin A 及 MCPG 的毒性會讓脂肪酸的代謝產生問題，既無法產生足夠的葡萄糖，造成嚴重低血糖，更可能因為脂肪酸及有機酸的堆積，造成腦部病變。

這個研究結果詳細地呈現毒素 hypoglycin A 和 MCPG 在穆扎夫法爾普爾（Muzaffarpur）爆發的急性腦病變的相關性。為了預防為了預防疾病的發生及降低死亡率，專家們提出幾點建議：

1. 孩童照護者應確認孩童吃過晚餐並限制荔枝攝取。
2. 醫療照護者應對於疑似病例，進行快速血糖矯正。

後來呢？根據一篇 New York Times 的報導 [2]，自 2015 年來，當地衛生組織根據此研究結果持續衛教父母及醫護人員。近兩個荔枝產季，穆扎夫法爾普爾（Muzaffarpur）當地急性腦病變的病例數大減，目前已從數百例降到少於少於 50 例。希望有一天，能夠不再有犧牲者。

太棒了，科學萬歲。

1. Shrivastava A, Kumar A, Thomas JD, Laserson KF, Bhushan G, Carter MD, Chhabra M, Mittal V, Khare S, Sejvar JJ (2017) Association of acute toxic encephalopathy with litchi consumption in an outbreak in Muzaffarpur, India, 2014: a case-control study. The Lancet Global Health 5 (4):e458-e466
2. Dangerous Fruit: Mystery of Deadly Outbreaks in India Is Solved.