《大野狼與七隻小羊-童話與數學的邂逅》——2019數感盃 高中職組專題報導類銅獎

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。

根據教育部編《國語辭典》，這成語的解釋是：「比喻人或事物，隨著憑藉者的地位提升而升高。」你覺得拗口是不是？其實這成語是說，水位高了，水裡的船跟著升高，造兩個句你就更明白了。

油價一漲，民生用品水漲船高，人們的生活開支就增加了。

最近老師教得認真，結果水漲船高，段考成績普遍提高了。

如果水位變低了呢？水裡的船當然跟著降低。當水位低於船隻沒入水中的部份（稱為吃水），船隻就會擱淺。談到這裡，就得談談浮力原理了。

這原理的發現還有個小故事呢！相傳某希臘國王，做了一頂純金王冠。有人密報，金冠攙假。然而秤一下重量，又和當初交給金匠的純金一樣重。國王還是不放心，就請科學家阿基米德鑑定。

阿基米德苦思多日，想不出辦法。一天，他在家裡洗澡，當他進入澡盆時，看見水往外溢，突然悟出：「可以用測定固體在水中排水量的辦法，來確定金冠的比重啊！」他興奮地跳出澡盆，大聲喊著：「尤里卡，尤里卡！」（尤里卡，就是「發現了」的意思）。

阿基米德把王冠和同等重量的純金，放在兩個容量相同、盛滿水的盆子裡，發現放王冠的盆子，溢出的水比另一盆多些。說明王冠的體積，比相同重量的純金的體積大，證明了王冠並非純金製的，揭露了金匠欺君之罪。

阿基米德因此發現了浮力原理（又稱阿基米德原理）：物體在水（液體）中所獲得的浮力，等於物體所排出（開）液體的重量。根據浮力原理，只要水夠深，幾萬噸的船都能浮在水上，因為它排開的水，比船還要重啊！

章老師曾搭乘郵輪經過蘇伊士運河。這條運河寬 205-225 公尺，深 23-24 公尺，所以只要船隻吃水的部份不超過 20 公尺，保證可以通行。章老師搭乘的是艘中小型郵輪，只有 3.5 萬噸，加上 1000 名乘客和 400 位工作人員，吃水可能不到 10 公尺。走在我們前面的，是艘 10 萬噸級的貨輪，也行駛得十分順當。查一下資料，這條運河可以浮起 24 萬噸的船呢！

那麼 2021 年 3 月間怎會發生蘇伊士運河事件？發生事故的長賜號，總噸位 220,940 噸，寬 58.8 公尺，都在安全值之下。可是運河水深 23-24 公尺，是指中央的航道，靠近岸邊就沒那麼深了。長賜號被強風吹離航道，在岸邊擱淺。這還不說，長賜號全長 399.94 公尺，擱淺時斜著卡在運河中，把整條運河堵住了。

• 文／雞湯來了馮治豪
  校稿／雞湯來了張芷晴、陳世芃
  製圖／雞湯來了黃珮甄
  編輯／雞湯來了蕭子喬

如《性教育該怎麼開口？三個在家談「性」的入門策略》中所提到，家長在日常生活中跟子女討論「性」這件事，對子女的健全發展是非常有幫助的。但實際想應用在生活中，開啟話題是不是有點困難呢？

別擔心！我們也可以試著用平易近人的童話故事做題材，搭配循序漸進的話題設計，跟孩子開啟對話！耳熟能詳的童話裡，公主與王子在故事結尾總能過上幸福快樂的日子。輕鬆、愉快的劇情，其實悄悄埋下許多有關「性」的隱喻及寓意。

以下結合三篇過往的研究分析，來討論三個童話故事《白雪公主》《紅鞋》《小紅帽》，隱含了哪些成長過程會遇到的議題。

《白雪公主》：發育初期的煩惱

在格林童話的《白雪公主》故事中，皇后因為白雪公主變得比自己更漂亮而心生怨恨，派人將其殺害，但誰知派出的獵手竟在最後關頭心軟放白學公主離去，當壞皇后得知白雪仍舊存活，曾三次暗中喬裝拜訪，分別送了白雪公主束衣緞帶、毒梳子及毒蘋果，而善良的白雪對壞皇后的屢次拜訪毫不設防。

有研究認為¹第一次送給白雪的束衣緞帶如同現代的束胸，在少女發育初期，對於胸部的發育感到難為情，開始在意他人看待自己的眼光，甚至感到自卑，於是嘗試用束胸把胸部遮住，不希望別人注意到自己正在發育的身體。

第二次送了有毒的梳子，當白雪梳頭的時候就中毒昏倒，梳子是用來整理容貌的工具，象徵性本能、性意識已經漸漸進到白雪的意識裡。而本性單純的白雪首次發現性本能的強烈衝擊，讓自己的頭腦失去思考能力，需要一段時間才能吸收、消化這樣的意識衝突。

第三次送了鮮紅的毒蘋果，白雪在吃下去後陷入長期的昏迷不醒，被安置在透明棺材中，代表當白雪發現自己存在如此強烈的性本能時，衝擊感不只讓她失去思考的能力，更加喪失了與人社交、來往的能力。

透明棺材象徵獨立的空間，讓白雪好好的反芻這些經驗帶來的改變，也漸漸接受成長之後自己的模樣，就好似發育初期的男女對於自己的生理發展產生極大的好奇心以及羞赧，難以啟齒的青澀困擾甚至可能影響到生活的其他層面。所以，家長可以試著營造一個安心討論的氛圍，引導子女主動表達自己遇到性的困擾，具體作法可以參考文末的小建議。

《紅鞋》：探索性領域的潛在危機

待到身體發育成熟，下一個潛在議題拓展到「公私領域的界線」以及「自我概念的建立」。

在安徒生童話的《紅鞋》故事中，女孩自從收到年邁女鞋匠親手製作的紅鞋，便漸漸的喜歡上了紅鞋，甚至當鞋子被養母燒掉了，還要再買一雙更漂亮的紅鞋來穿。根據研究分析²，穿上紅鞋的動作可能象徵著性衝動、性成癮等意涵，自從喜歡上紅鞋，女孩無時無刻不想穿上紅鞋盡情跳舞。對於不分場合、不分時機渴望穿上紅鞋跳舞這件事，可能代表女孩對「慾望」這件事上癮，且已影響到日常生活了。

研究中推論對慾望上癮的人可能較缺乏「自我撫慰」及「情緒調節」等能力，於是面對壓力時，傾向用性行為滿足一時的愉悅，並逃避壓力。

大部分習得「自我撫慰」及「情緒調節」的來源是經由主要照顧者的接納、理解及反映，但故事中女孩的主要照顧者是個過度專注於自身的長輩，因此女孩這部分的能力相對不足，於是面對壓力時，選擇不顧一切的穿上紅鞋盡情跳舞，沈浸在短暫的歡愉以逃避現實帶來的壓力。

從接觸、喜歡、享受，到痛苦不堪，後來更是砍掉了腳踝來擺脫干擾，直到最後的救贖。最重要的轉折來自於女孩開始在他人家中擔任僕人，並能夠平靜地拒絕他人贈送的華美禮物。女孩不僅理解到除了「性」可以帶來暫時的愉悅並建立肉體的連結，其實透過付出勞力也可以建立自我的價值並產生與他人的連結，慢慢的也學會了如何融入大眾的生活，與他人共處。

在青春期子女積極探索「性」的過程中，家長擔憂子女被未經篩選的資訊灌輸扭曲，甚至錯誤的觀念。這時候越是禁止、遮掩，會驅使子女更加好奇。不妨在日常的關心中，放入一些關係、性別的話題，在他們接觸到錯誤資訊前，先將正確的資源交給他們，這部分可以參考政府的資源網站（如：性福 e 學園 ）。

《小紅帽》：性與親密關係的關聯

當自我的生心理都發展相對成熟之後，開始練習與他人建立更深的關係，此時最容易面對到的議題便是：「我想要談怎麼樣的戀愛？」，綜合了幾篇分析的文章，我們試著分析《小紅帽》的故事。

在《小紅帽》的世界裡，當小紅帽在樹林中，被花花草草吸引而離開了熟悉的小路，一身鮮紅的女孩被大野狼注意到。就像是初入擇偶市場的男女，無意間散發著對彼此的吸引力，在毫無防衛之心的情況下，被深藏其中的狩獵者看中。在前方等待的是看似平靜、美好的秘境，但往往背後隱藏著不可見的危險。

故事中，小紅帽第一次遇到野狼，她善良的透露出自己的資訊，讓野狼可以更精妙的準備接下來的計畫，讓小紅帽一步一步地走進自己的陷阱。在現實中，可能就是所謂的「渣男渣女」，會在第一次接觸時表現得人畜無害，卸下獵物心防，也為了後面更順利的把對方收進自己的懷裡。

在故事後期，小紅帽被善良的獵人拯救，甚至學會了自我防衛，而現實生活中，並非每個無辜的人都會被拯救，因此在事前讓子女更好的準備自己，去認識、了解自己的身體、生命的價值，並建立起健全、清楚的人際關係，就顯得更加重要。

此時值得特別注意的是，子女或許正透過外在的吸引力建立自我概念、建立人際連結。家長可用平和的方式告知子女潛在的風險及遭遇危機時的處理方法，但請避免用直接命令的方式期望子女服從，否則或許良善的本意會演變成意外的衝突。

營造安全的討論環境，一同討論成長

生活中有許多事情，例如青少年建立自我認知、人際互動的界線，以及對自己跟他人的尊重，並不隨著長大就自然而然的了解、熟悉。如果此時有適當的引導、教育，更能夠幫助孩子妥善的認識、發展出正確的認知。

在子女身心理快速發展的時期，爸媽可以試著透過下面的方式和子女一起練習營造安全的討論環境、培養子女敞開提問的習慣：

1. 用平和的態度接納子女的提問：「這個問題很有意思」、「你問了非常有意義的問題」。
2. 澄清子女的疑問：「這個問題你怎麼想到的？你想知道的是什麼？」。
3. 確認子女的想法：「那你怎麼想呢？」、「你覺得呢？」。
4. 分享、回答。

其實，這件事也不單單只發生在子女的身上，每一個爸媽也都是第一次為人父母，並不是孩子一出生就懂得照顧和教育後代。更多時候，爸媽也是在過程中學到了經驗，然後在生活中反覆操練，進而變得熟練。期許爸媽可以跟子女一起，在成長的路上陪伴彼此一起學習、一起練習。

1. 丁建新（2007）。童话叙事中的性别问题：社会符号学的视角。江西社會科學，11, 36-41。
2. 吳東彥、黃宗堅（2018）。童話分析：安徒生童話《紅鞋》的隱喻及其療癒象徵。輔導季刊，54（4），23-32。
3. 吳東彥、黃宗堅（2019）。《白雪公主》的童話分析：性意識及陽性原則的啟蒙與開展。輔導季刊，55（1），61-70。

本文轉載自 雞湯來了，原文為用童話《白雪公主》《小紅帽》《紅鞋》跟孩子開啟「性」的對話。