機車先進駕駛輔助系統（ARAS）如何守護騎士的安全？

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。

有個 14 歲的少年戴著安全帽，騎乘輕便型機車^[註]。一輛轎車正對著衝過來，他閃避不及，摔落地面，胸部撞擊油門把手。^[1]

少年至醫院就診時，雖然胸部觸診會疼痛，但肉眼看不到瘀青，X 光也顯示沒有骨折。從心電圖可見心臟跳動的頻律正常，不過有左束支傳導阻滯（left bundle branch block，簡稱 LBBB）的現象。^[1] 也就是說心肌裡流動的電脈衝，在前往心臟左邊下面，那個叫做左心室的部位時，被阻斷或變得遲緩。這可能會影響血液的輸送。^[2] 他被留院觀察一夜，隔天早上回家。預計一週後，至心臟科回診。^[1]

不料，才過五天，少年便猝死了。^[1]

為了釐清死因，驗屍團隊在二天後進行解剖。他們發現少年的左心室肥大（left ventricular hypertrophy）， ^[1] 該症狀的常見成因是心肌太過賣力運作。^[3] 此外，心臟不僅有多處破損及血浸潤；盛裝心臟的心包裡頭，還有 700 毫升的血液，^[1] 差不多就是臺灣一般大杯手搖飲的容量。^[4] 因此，他被認定死於心臟破裂導致的心包填塞（cardiac tamponade 或 pericardial tamponade）。^[1] 換句話說，因心臟受傷而流出的血液，在心包裏頭緩緩累積，使得內部壓力不斷升高，最後心臟承受不住，於是停止跳動。^[5]

追根究底探討起來，少年的心臟流血，是源自所謂的心臟鈍傷（blunt cardiac injuries）。^[1] 它雖非遭受外物穿刺，卻有幾種可能造成破裂的機制，例如：

1. 直接衝擊胸口的外力，使心臟在胸骨與脊椎之間被擠壓。^{[1, 6]} 這也是心肺復甦術（cardiopulmonary resuscitation，簡稱 CPR）的罕見副作用之一，發生機率只有 0.6%。^[7] 請大家千萬不要因噎廢食，該救人的時候，還是要做 CPR。
2. 按壓身體的下肢和腹部時，突然增加靜脈的壓力，並間接提高胸腔內壓，因而壓迫到心臟。^{[1, 6]}
3. 在瞬間加速、減速或旋轉的過程中，^[1] 扯壞了心臟本身的結構，以及它與血管之間的連結。^[6]
4. 爆炸事件改變受難者周遭的氣壓，朝著胸部直來的衝擊，造成看似微不足道的心臟挫傷，卻引發心肌壞死。尤其是年輕人血流改道的功能較差，特別容易受到的影響。^[1]

這個案例中少年遇到的，應該是屬於上述的第一種情形。他的前胸被油門把手擊中，心臟順勢往脊椎撞上去，並挫傷後壁。心臟鈍傷從外表看不出來，又未必有明顯症狀，所以診斷時較具挑戰性。不過，有些病患能迅速痊癒，不見得會產生致命後果。事實上，驗屍團隊發現少年的心臟，也的確有一些復原的跡象，只是所受的傷害太大，於事無補。^[1]

為了安全起見，當醫療人員見到第一張心電圖有異狀，就應該持續再做幾張，觀察心臟的狀況。同時，要反覆測量血液中肌鈣蛋白（troponin）的濃度，以協助判斷。^[1] 肌鈣蛋白只有在心臟受損的時候，才會出現在血液裡，從其含量可以推測傷害的程度。^[8] 值得注意的是，少年車禍後的驗血報告正常。^[1] 這也是為什麼醫師通常不僅要為胸痛病患驗血，而且 24 小時內可能會抽血 2 次以上，注意結果是否隨時間變化。^[8]

嚴重心臟鈍傷的肇因，50% 為車輛交通意外；35% 是行人被車撞；9% 與機車事故有關；而 6% 則是從高處摔落所致。^[6] 臺灣有些都市交通繁忙，所以事故頻傳。^[9]若是不幸遭遇車禍，就算沒有顯著外傷，大家最好還是去醫院稍做檢查。

延伸閱讀

保護腦袋都靠它！——安全帽的科學技術

備註

輕便型機車（moped）的排氣量在 50 c.c. 以下，視覺上和小綿羊機車（scooter）最大的差別，在於駕駛座前方，沒有臺灣人拿來載小狗的那個腳踏板。^[10]

1. Gentile G, Tambuzzi S, Giovanetti G, et al. (2021) ‘Sudden death due to cardiac contusion: Forensic implications in a rare pediatric case’. Journal of Forensic Sciences, 66, 5, pp. 1996-2001.
2. ‘Bundle branch block’. (11 JUN 2022) Mayo Clinic.
3. ‘Left ventricular hypertrophy’. (25 NOV 2020) Mayo Clinic.
4. 黃韻文（01 JUL 2022）〈環保杯6大QA懶人包！今起帶杯折5元　杯子挑多大才夠裝？〉NOWnews
5. ‘Cardiac Tamponade’. (22 OCT 2021) Cleveland Clinic.
6. Singh S, Heard M, Pester JM, et al. (22 MAY 2022) ‘Blunt Cardiac Injury’. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing.
7. Yonezawa N, Takei T, Fujisawa M. (2021) ‘Right ventricular blowout rupture complicating cardiopulmonary resuscitation in a patient with acute pulmonary embolism’. BMJ Case Reports, 14:e245520.
8. ‘Troponin Test’. (09 SEP 2021) MedlinePlus.
9. 「道安資訊查詢網」交通部道路交通安全督導委員會（Accessed on 17 SEP 2022）
10. ‘Scooter Vs Moped – What’s The Difference?’. The Bike Insurer. (Accessed on 16 SEP 2022)

模擬驗證技術主要是為了預測、分析系統開發的特性及響應關係，透過模擬提供多種複雜條件下系統作動之響應行為，預先分析其環境條件、控制模組與系統物理特性關係是否符合預期。中心先進駕駛輔助系統開發之模擬驗證技術，依據環境感測模擬軟體建置 ISO 國際標準以及廠規測試驗證情境 (PreScan)，提供 ADAS 主動安全系統演算法開發模擬驗證 (MATLAB/Simulink)，並結合 CarSim 環境建置車輛動態，模擬車輛於實際道路路況之表現，確保 ADAS 控制系統演算法開發符合實際需求與安全規範。

ADAS 這樣守護你：車道維持、巡航控制、自動煞車

ARTC 開發一套自動輔助駕駛系統，主要由三項 ADAS 主動安全系統整合而成，包括車道維持輔助系統 (Lane Keeping Assistant Systems，LKAS)、自適應巡航控制系統 (Adaptive Cruise Control Systems，ACCS)、自動緊急煞車系統 (Autonomous Emergency Braking Systems，AEBS)，下列將介紹各次系統控制原理及流程。

車道維持輔助系統 (LKAS)

為了預防駕駛因疲勞而偏離車道，LKAS 系統利用車輛前方攝影機、車身訊號、方向盤轉角訊號，計算本車與車道中心線之偏移量，當駕駛有不當偏離車道時，系統將介入修正方向盤，使得車輛可維持於車道上而不偏離。

自適應巡航控制系統 (ACCS)

ACCS 是一種行車跟隨系統，藉由雷達偵測前車資訊，進而控制本車之行進車速，以確保行車的安全距離，而駕駛可透過安全距離之調整改變跟隨距離之遠近。

自動緊急煞車系統 (AEBS)

AEBS 透過影像與雷達感知融合技術，增強前方障礙物偵測之穩定度與精準度，並搭配車身訊號計算本車與障礙物之間的相對關係，最後透過系統的防撞決策來降低與前方撞擊之危險。

上路前，先進場模擬：ADAS 的模擬驗證技術

系統模擬驗證主要區分成三部分「測試情境」、「ADAS 主動安全系統演算法」、「目標車輛之物理模型」並透過相對應之軟體進行模擬，系統開發流程如下圖所示。

1. 測試情境：透過 PreScan 對外部環境及感測器的高度仿真，作為測試演算法前端之輸入資訊。
2.  ADAS 主動安全系統演算法：利用 MATLAB／Simulink 強健的開發工具，可制訂模塊對於各種時變系統，如控制、通訊、信號處理、影像處理和圖像處理系統等進行模擬、測試，也可以進行基於模型的設計。
3. 目標車輛之物理模型：利用 CarSim 對於實車車身姿態、行為、響應具有高精度之相似度，提供開發人員修改車輛參數、模型以達到符合模擬之層面。

Model in the Loop (MiL)

MiL 定義為「測試案例 @PreScan」、「演算法 @MATLAB/Simulink」、「物理模型 @CarSim」皆在純模擬環境下執行驗證，其優點為可快速測試演算法邏輯，並簡化過於複雜之測試流程，如下圖。

Hardware in the Loop (HiL)

藉由 HiL 來執行測試，主要是在演算法開發階段尚未完成前，先建置控制器的驗證迴路，並在模擬驗證環境中導入失效驗證情境，能實際測試車用控制器在不同的失效階段下，以了解控制器存在危險性及風險的情況，控制器是否實施緊急保護措施。HiL 模擬可幫助開發工程師在虛擬環境中有效地測試嵌入式控制器。

Vehicle in the Loop (ViL)

定義為將實車運動資訊回傳至虛擬環境中之驗證車輛，確保虛擬驗證車輛可與實際車輛之運動姿態相同，並透過虛擬感測模組偵測虛擬場景中之驗證車輛與對手車輛或相關物件之互動關係，再將此互動資訊傳輸至系統控制器 (ECU)，控制器依感測資訊下達控制命令控制實際車輛之轉向、煞車或油門等底盤模組。

考駕照就考駕照，為何需要模擬驗證系統？

模擬驗證主要是幫助減少演算法開發時程以及改變 try and error 開發流程，以及利用工具可以提早進行複雜場景測試及場景重現，利用 PreScan 建置各種測試環境，且提高測試情境之複雜度，將測試情境導入 MiL 測試可提高演算法功能上的確定性；HiL 測試可驗證單純在模擬環境下結合 ECU 後兩者輸出結果是否一致；ViL 測試則為了提高實車測試驗證安全性，因此利用 PreScan 模擬環境條件提供真實車輛進行 ADAS 系統演算法開發驗證，最後再進行實車道路情境測試確保系統功能之完整性、可控性以及系統穩定性、強健性。

本文出自財團法人車輛研究測試中心；原文於此，如需轉載，歡迎與車輛中心聯繫。