人類基因圖譜初稿完成 │ 科學史上的今天：06/26

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。

• 文／海瑟．道格拉斯

誘人的科技甜美

當謎題的解答豁然開朗、當每一片拼圖完美地接合起來合作無間、當某項研究呈現井然有序的成果，科學家和工程師就說出這個詞語。

科技的甜美非常誘人、非常濃烈，而且正如我們在維克多．法蘭肯斯坦（《科學怪人》的主角）的故事中看到的，也可能使人盲目，看不見自己追尋的解答會帶來什麼後果。

受到科技的甜美驅策的科學家，可能看不見旁觀者眼中顯而易見的事實──某些計畫縱然誘人，但完成計畫不見得是件好事。

維克多最初發現生命的祕密時，立刻被成功沖昏了頭，因此沒有跟同儕分享他的發現，反而加速為自己的想法展開全面性試驗──他可以讓毫無生氣的軀體起死回生嗎？

在他不顧一切執行實驗時，他把自己逼到了崩潰邊緣，徹澈底底沉溺於這項研究帶來的技術甜頭，無法自拔。他不再連繫親朋好友，也切斷了能為他的工作注入更高觀點的一切社會連結。

他察覺有什麼事情不太對勁──他之所以不願意透露他的研究計畫，或許不只因為想在取得成績之前保守祕密。一直到他的創造物甦醒過來，他才明白創造這樣的生命或許不是個好主意。事實上，他對自己的創造物望之卻步，逃避了兩年。

到最後，為了阻止繼續製造人性悲劇，他將生命的最後階段用來追逐科學怪人，兩人跳起了一段黑暗之舞。

誠然，維克多是一篇哥德式恐怖故事中的虛構人物，但他的研究工作的發展弧線──從靈光乍現、得到（他拒絕公布的）理論性發現、閉門實驗直到完成實際成品、對千辛萬苦造出的成品感到嫌棄，到最後終於扛起責任、為了約束創造物的行為而對它窮追不捨──這種情節並非只存在於虛構世界。

這樣的發展弧線，也出現在二十世紀最重大的一項科學研究上：第一批原子彈的製造。

核裂變的發現改變了一切

原子彈的研製過程跟維克多的故事並不完全吻合，因為前者是許多科學家群策群力的結果，而不是某個人的獨力之作。而且，原子彈的研製過程充滿各種道德決策，並時時刻刻處於殘酷戰爭的陰影之下。不過，這段歷程的弧線與《科學怪人》的故事弧線基本上如出一轍，而在如此複雜的情境下，更彰顯出抗拒科技甜頭誘惑的必要性。

一九三八年年末，莉澤．邁特納 (Lise Meitner) 和奧圖．弗里施 (Otto Frisch) 發現了原子核裂變的過程，消息很快傳遍全球物理學界。

英美兩國的核子物理學界不僅立刻開始思索各種問題──例如核裂變是否可以打開實際應用的大門、鈾原子核裂變產生的中子數量是否足以形成連鎖反應，以及哪些原料可以提高出現連鎖反應的機會等等──更馬上展開了研究。

一九四二年十二月，美籍義大利裔物理學家恩里科．費米 (Enrico Fermi) 在芝加哥大學壁球館下方的實驗室中，造出了第一座可以自我維持運作的核子反應爐（使用慢中子），與此同時，負責建造原子彈（一種快速核反應）的曼哈頓計畫也正順利展開。

蜜糖或是毒藥——曼哈頓計劃

曼哈頓計畫由分散各地的研發實驗室共同組成，場址包括田納西州的橡樹嶺 (Oak Ridge) 和華盛頓州的漢福德 (Hanford) 等大型工業區，以及科學家們關在一起研究如何設計並測試第一批原子武器的洛斯阿拉莫斯 (Los Alamos) 國家實驗室。

科學家們祕密前往與世隔絕的洛斯阿拉莫斯實驗室，抵達之後，立刻被嚴令禁止與內部實驗室以外的人討論這項計畫。科學家們關注的焦點是達成目標──打造一個可使用的原子武器──沒有多加思索這件事情是不是個好主意。由於大多數科學家是因為擔心納粹搶先發展出這類武器而投入曼哈頓計畫，這樣的焦點無可厚非。

洛斯阿拉莫斯實驗室坐落在新墨西哥州一座平頂山的林木線上，海拔逾七千英尺，瀰漫著令人飄飄然的工作氛圍：由聰明絕頂的歐本海默 (J. Robert Oppenheimer) 負責主持，過去及未來的諾貝爾獎得主齊聚一堂，在戰爭的壓力下一起工作。實驗室迅速擴充規模，從一九四三年春的一百名科學家，到了大戰結束時，已擁有六千多名研究人員 (Bird and Sherwin 2005, 210) 。

洛斯阿拉莫斯的科學家遭遇了一連串技術挑戰，特別是關於如何讓核裂變原料釋放出最大能量；這些原料由橡樹嶺和漢福德負責生產（兩地分別負責生產濃縮鈾和鈽），非常難以蒐集，得來不易 (Rhodes 1986, 460-464) 。然而，到了一九四四年底，最初推動這項計畫的原始動力已大幅減弱。

盟軍成功挺進德國境內後傳來消息，表示德國的原子彈研究，距離成功製造出武器還相差十萬八千里。事實上，德國還無法造出可以運作的核子反應爐，而這是美國在兩年前就已達到的成就。

製造核武的原始動機既已不復存在，對其中一位科學家──波蘭物理學家約瑟夫．羅特布拉特 (Joseph Rotblat) ──來說，這樣的領悟已構成退出計畫的充分理由。他在一九四四年十二月辭去洛斯阿拉莫斯實驗室的工作。

不過離開之前，他被禁止跟實驗室的其他科學家談論他的這項決定 (Brown，2012, 55) 。洛斯阿拉莫斯的科學家進行道德反思的契機就這樣一閃而逝。

2000 年的今天，美國總統柯林頓與英國首相布萊爾經由衛星連線共同向世人宣布：人類基因組計畫已完成第一份草圖。由超過六個國家（台灣也沒缺席，負責第四號染色體）、一千多名研究員的共同努力之下，完成了解開人類基因組的初步草圖。

在官方的大肆宣揚下，人們以為科學家們攜手合作達成了重大里程碑。其實當時完成定序的基因只有 85%，只是白宮早就敲定了這個日期召開記者會，不想再延後──或許是為了避免夜長夢多，讓這科學研究背後的醜陋競爭早日畫上句點。

競爭來自於克雷格·凡特（J. Craig Venter）。1990 年，由美國能源部和國家衛生研究院主導的國際人類基因組計畫正式啟動，凡特正是一開始就參與此計畫的其中一員。但他卻在金主的奧援下自立門戶，於 1998 年成立的賽雷拉基因公司（Celera Genomics），大手筆的採購三百台最新的自動化定序儀，打算以兩年的時間完成國際團隊原訂十五年才能完成的計畫。

凡特是個相當具爭議性的人物，他之前就曾將基因申請專利，拿來做商業用途，如今還是宣稱賽雷拉會將成果申請專利保護，並將優先獲知權賣給藥廠或其它公司。另一方面，國際團隊卻是本著科學精神將最新發現公諸於世，賽雷拉還能從中借力使力，擴大領先幅度。

國際團隊雖然鄙夷凡特的作法，卻在輸不得的壓力下，不得不也採用凡特的研究方法。於是雙方唇槍舌劍、互相指責，直到美國政府出面協調，雙方陣營才同意彼此合作，共享榮耀。

完整的人類基因圖譜要等到 2003 年 4 月 14 日才宣告完成。至於專利權的問題，直到 2013 年 6 月 13 日，才終於由美國最高法院的判決確立：人類基因不能取得專利權。

即便如此，我們可以預期此一重大的研究成果仍將帶來各種衝擊與爭議；當時柯林頓在記者會說：「今日劃時代的成就，只是一個起點，將來還有很多更艱辛的工作，等待要完成。」是的，艱辛的工作不只是判讀、診斷、醫療等技術方面，也將涵蓋道德面與法律面。

本文同時收錄於《科學史上的今天：歷史的瞬間，改變世界的起點》，由究竟出版社出版。

• 文／海瑟．道格拉斯

在戰爭結束之前製造出可以終結戰爭的武器，成了至高無上的驅動力，一部分是因為洛斯阿拉莫斯的許多科學家，已經轉而以「終結一切戰爭」為開發核武找到了正當性。

許多人認為，唯有使用核武結束眼前這場戰爭，人類才能體會這類武器的真正殺傷力，因而產生永久終止戰爭的動力。

我們一開始振奮無比，然後發現自己累了，然後就開始憂慮

維克多．魏斯科普夫 (Victor Weisskoph)

一九四五年二月到該年夏天之間，洛斯阿拉莫斯的工作焦點在於鈽原子彈的測試。由於使用鈽製造武器，所需的機制複雜得多，科學家們沒有太大把握這項武器是否可行。唯有以真正的鈽進行試驗才能充分測試這項機制。

這就是在一九四五年七月六日進行的三位一體 (Trinity) 核試驗──人類首次在地球上引爆原子彈。

科學家用堪稱狂熱的態度準備這項測試。不論取得一切技術細節、校準度量儀器，或制定應變計畫，凡此種種都需要耗費龐大心力。有可能出現三種結果：

1. 受測的武器可能中看不中用，不比尋常的爆炸更有威力
2. 它可能具有龐大的殺傷力，當場造成重大傷亡，導致全國進入緊急狀態
3. 它可能符合科學家的期待，威力驚人但不失控 (Szasz 1984, 79) 。

結果證明第三種可能性是對的，科學家們如釋重負。這意味他們的研究成功了，已製造出可使用的武器。他們在戰爭期間付出的努力並未白費，而且他們全都安然度過挑戰。

對於這項成功，科學家們的反應不一。引爆炸彈後，歐本海默的第一反應是狂喜地歡呼「成功了」！從科學家對爆炸威力下的賭注來看，他們大多預期爆炸規模會小得多 (Szasz 1984, 65-66) 。歐本海默賭的是三百噸黃色炸藥的爆炸當量；絕大多數科學家認為爆炸威力會遠遠小於一萬噸黃色炸藥。

事實上，這項武器產生了將近兩萬噸黃色炸藥的爆炸威力。除了因技術上的成功而感到寬慰與興奮，這次爆炸對視覺及內心的衝擊力量，讓許多目擊者嘆為觀止。歐本海默後來回憶，他的腦海閃過《薄伽梵歌》裡的這句話：「我成了死神，世界的毀滅者」 (引自Szasz 1984, 89) 。

伊西多．拉比 (I. I. Rabi) 一開始熱血沸騰，但是後來，他領悟到自己和其他科學家的研究具有怎樣的涵義，沉重得招架不住 (Szasz 1984, 90) 。正如維克多．魏斯科普夫 (Victor Weisskoph) 寫下的：「我們一開始振奮無比，然後發現自己累了，然後就開始憂慮」 (引自Szasz 1984, 91) 。

甜頭後的苦澀餘味

這項計畫的技術甜頭結束了，科學家們如今得面對他們的成功在錯綜複雜的世界裡象徵的意義。試驗主任肯尼斯．班布里奇 (Kenneth Bainbridge) 挖苦地說，「我們如今成了一群王八蛋」 (引自Bird and Sherwin 2005, 309) 。

某些科學家經過一段時間的消化，才完全理解他們的所作所為背負怎樣的道德重量。在向廣島和長崎投擲原子彈、促使戰爭戛然而止後，洛斯阿洛莫斯的許多軍方人員歡天喜地，但科學家們卻為自己協助達到的成果震驚得不知所措，心情有些沉重，甚至出現身體不適的狀況 (Bird and Sherwin 2005, 317) 。

一九四五年十月底，當菲利普．莫里斯 (Phil Morrison) 和羅伯特．瑟伯爾 (Bob Serber) 從日本返回洛斯阿拉莫斯，帶回了有關原子彈衝擊力道的第一手報導 (Bird and Sherwin 2005, 321) ，曾參與這項計畫的科學家們，終於看清他們的成功代表著怎樣殘酷的現實，紛紛決心竭盡所能確保他們的研究用於為人類造福。

不同科學家以不同方式為他們的創造物負起責任。有些科學家致力於確保原子能受到文官機構的掌控，他們的努力促成了美國原子能委員會的成立。有些科學家倡議將原子技術交由國際機構管理，以防美蘇之間展開武器競賽。有些人努力讓世人得知原子彈的強大殺傷力，希望藉此遏止未來的一切戰爭。

有些人轉而研究甚至更有威力的武器，決心牽制蘇聯的極權主義。還有些人倡議原子的和平應用。

沒有人推卸他們對自己的研究成果應盡的責任。

我們可以在洛斯阿拉莫斯科學家們的故事弧線中，看到維克多．法蘭肯斯坦的故事影子。當年就有人注意到兩者的雷同之處──從激情地投入研究，到乍然領悟成功的負面影響，最後設法揚長補短。

一九四五年五月三十一日，美國戰爭部長亨利．史汀生 (Henry Stimson) 在籲請臨時委員會（一個有關核武的高層政策委員會）召開會議的信函中寫道， 原子彈「有可能毀滅或完善國際間的文明發展，有可能變成科學怪人，或變成世界和平的工具」（引自Rhodes 1986, 642）。

然而在原子彈研製完成以前，參與這項計畫的科學家始終沒有看清原子彈的科學怪人本質。

與成功如影隨形的道德議題

瑪麗．雪萊的《科學怪人》是一篇具有先見之明的寓言故事，書中闡述人類追求科學與技術時，伴隨成功而來的恐怖後果，讀來扣人心弦，堪稱非神學版的歌德《浮士德》。

即便科學已壯盛發展，即便科學研究的集體特性已昭然若揭，而大科學 (big science) 也已占據科學界的核心地位，孤獨科學家維克多遵循的弧線依然切合時代。二十一世紀的科學家不論單打獨鬥或通力合作，在他們勉力為自己的研究成果負起責任時，仍會持續受到科技甜頭的誘惑，被它蒙蔽了雙眼。

當研究工作突然發出危險信號（例如那些被標註為「可能具有雙重用途的研究」），科學家經常迴避法規限制，不顧要求他們深刻反思的聲浪。科技甜頭以及持續在專業領域追求成功的誘惑，使得科學家很難看清、更難認真衡量其研究工作的負面影響。

儘管人們正快馬加鞭地建立制度，希望幫助科學家解決他們在追求新的科學與技術能力時可能遭遇的棘手問題，科技甜頭仍然可能阻礙他們反思其研究工作的涵義和行動的急迫性，並且在完成工作之前，及時修正成功可能帶來的負面影響。

2000 年的今天，美國總統柯林頓與英國首相布萊爾經由衛星連線共同向世人宣布：人類基因組計畫已完成第一份草圖。由超過六個國家（台灣也沒缺席，負責第四號染色體）、一千多名研究員的共同努力之下，完成了解開人類基因組的初步草圖。

在官方的大肆宣揚下，人們以為科學家們攜手合作達成了重大里程碑。其實當時完成定序的基因只有 85%，只是白宮早就敲定了這個日期召開記者會，不想再延後──或許是為了避免夜長夢多，讓這科學研究背後的醜陋競爭早日畫上句點。

競爭來自於克雷格·凡特（J. Craig Venter）。1990 年，由美國能源部和國家衛生研究院主導的國際人類基因組計畫正式啟動，凡特正是一開始就參與此計畫的其中一員。但他卻在金主的奧援下自立門戶，於 1998 年成立的賽雷拉基因公司（Celera Genomics），大手筆的採購三百台最新的自動化定序儀，打算以兩年的時間完成國際團隊原訂十五年才能完成的計畫。

凡特是個相當具爭議性的人物，他之前就曾將基因申請專利，拿來做商業用途，如今還是宣稱賽雷拉會將成果申請專利保護，並將優先獲知權賣給藥廠或其它公司。另一方面，國際團隊卻是本著科學精神將最新發現公諸於世，賽雷拉還能從中借力使力，擴大領先幅度。

國際團隊雖然鄙夷凡特的作法，卻在輸不得的壓力下，不得不也採用凡特的研究方法。於是雙方唇槍舌劍、互相指責，直到美國政府出面協調，雙方陣營才同意彼此合作，共享榮耀。

完整的人類基因圖譜要等到 2003 年 4 月 14 日才宣告完成。至於專利權的問題，直到 2013 年 6 月 13 日，才終於由美國最高法院的判決確立：人類基因不能取得專利權。

即便如此，我們可以預期此一重大的研究成果仍將帶來各種衝擊與爭議；當時柯林頓在記者會說：「今日劃時代的成就，只是一個起點，將來還有很多更艱辛的工作，等待要完成。」是的，艱辛的工作不只是判讀、診斷、醫療等技術方面，也將涵蓋道德面與法律面。

本文同時收錄於《科學史上的今天：歷史的瞬間，改變世界的起點》，由究竟出版社出版。