【特輯】科學教育科科科：為何我們不能是朋友？

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。

從各種大考的考古題中，我們都能發現「時事」在自然科的重要性，在 108 課綱中，又更強調閱讀素養，重視課程知識與生活概念的結合，可想而知，社會上發生的各種重大事件都有可能融入成為考題。今年（112 年）的國中教育會考，自然科的考題中就拿了三年前的一則真實事件當作考題（圖一），讓學生進行判讀！

這個事件發生在 2020 年三月，俄羅斯一名網紅舉辦泳池生日趴，將 25 公斤的乾冰直接倒入泳池製造氣氛，結果不幸釀成 3 死的意外。這則新聞在社會大眾眼裡可能只是個不幸的意外，但是在自然科教師的眼裡，卻是同學們需要了解的知識，更是個出考卷的絕佳考題（只是沒想到隔了三年才考出來）。

科學生的閱讀任務裡面，搭配八年級上學期的文章「國中理化告訴你：為什麼不該在派對上，將 25 公斤乾冰丟泳池？」（圖二），就針對這個事件做了介紹與科學原理的分析：乾冰的升華、大量二氧化碳對於人體的危害作用機制等，等於同時用理化與生物課程的角度來對事件進行簡單、國中生能夠理解的介紹。

雖然這次的考題主要概念，是希望同學們根據空氣的組成成分來進行分析。但如果能對這個事件更有熟悉感，也了解生活時事大概會用哪種方式融入考題，相信碰到類似題型時，就更容易輕鬆作答啦！

今年（112年）的國中教育會考，自然科的考題裡面，由第 43、44 題構成的題組（圖三），設計上包括較長的題幹敘述、圖片與表格，顯然是要考驗學生的閱讀與圖表判讀。主題內容則是兩個嶄新時事議題的結合──燕麥奶和碳排放。

第 43 題的考點出自於七上的營養，第 44 題則考跟生物、理化、地科都有點關聯的碳排放，這出題方向相當符合 108 課綱所強調的，學生所學的知識概念必須能夠跨科進行統整。

相比之下，43 題只要記得糖會分解成醣，而蛋白質會分解成胺基酸，就能回答；但 44 題碳排放的概念，同學們可能熟悉度較低。幸好，只要讀懂圖表，也看懂題幹沒有被繞暈（問固定碳排量下能生產的量，所以是碳排最低的杏仁奶生產量最多），還是能夠回答。

延伸閱讀：燕麥奶為什麼這麼好喝？如牛奶般微甜、絲滑的口感是怎麼來的？——解析燕麥奶的加工原理

在科學生的閱讀任務裡面，也提供了許多最新時事與課程結合的閱讀練習，例如：題組中的燕麥奶與碳排放議題。透過練習，可以降低同學們對陌生內容、長篇文章的恐懼感，並且逐漸了解科學文章的構成，而能更快抓住文內的重點。

想要進一步了解更多內容的話，閱讀任務內也有連結可以直通 PanSci 泛科學的原文。透過科學生的閱讀練習，訓練了素養能力，更提升了會考成績。

• 撰文／詹遠至｜臺灣邏輯、方法論、科學與科技哲學學會助理、臺灣大學哲學系碩士生
• 校對／陳樂知｜臺灣大學哲學系副教授、臺大傳統與科學形上學研究中心執行長、臺灣邏輯、方法論、科學與科技哲學學會秘書長

我們所處的二十一世紀已是科學的時代，科學理論被視為宇宙的終極答案。在這個「科學至上」的時代，人文探求還如何可能？人文如何可以與科學攜手並進？以「人文」與「科學」之間的對話為主軸，臺灣邏輯、方法論、科學與科技哲學學會（LMPST Taiwan）於 2022 年 11 月 19 日在臺灣大學主辦了一場以《科學內外的人文可能》為題的論壇，邀請了國內哲學學者以及科學普及界的資深工作者擔任講者。

本活動主持人由鄭會穎教授（政治大學哲學系助理教授、政大現象學研究中心主任）擔任，受邀講者則包括陳竹亭教授（臺灣大學化學系名譽教授）、陳樂知教授（臺灣大學哲學系副教授、臺大傳統與科學形上學研究中心執行長、LMPST Taiwan 秘書長）、鄭國威先生（PanSci 泛科學知識長）與嚴如玉教授（陽明交通大學心智哲學研究所副教授兼所長）。

本論壇屬於 LMPST Taiwan 長期舉辦的《種種意識論壇》系列。除 LMPST Taiwan 以外，這一系列的論壇由政治大學現象學研究中心、清華大學實作哲學中心、臺灣大學哲學系、臺灣跨校意識社群、PHEDO 台灣高中哲學教育推廣學會、沃草公民學院共同合辦；贊助單位則為順奕有限公司。

科學為人文帶來危機？先論科學主義與自然主義

主持人鄭會穎教授點出了本論壇的核心議題後，陳樂知教授（臺灣大學哲學系副教授、臺大傳統與科學形上學研究中心執行長、LMPST Taiwan 秘書長）發表了他的觀點。

陳教授想要討論的是「就其理論本質而言，科學是否威脅人文」這個問題。陳教授首先談到一些人持有「科學主義（scientism）」的世界觀。科學主義認為，科學是唯一可以讓我們獲得知識的可靠方法。陳教授認為科學主義是一種自相矛盾的世界觀；原因在於科學主義本身並不是科學，並未被科學方法證明，它只是一個哲學理論。因此，科學主義身為一個哲學理論，它本身就是自己會排斥的對象。

回到核心問題，科學是否帶來了人文危機？陳教授的答案是否定的。他認為科學所帶來的其實不是科學主義，而是「自然主義（naturalism）」。自然主義認為，這個世界最根本、基礎的組成，就是自然科學理論認為存在的那些事物，例如粒子、力場、化學反應等。

陳教授認為科學所帶來的自然主義是現代世界觀的基礎；即使一些特定人士因為宗教背景等理由而不同意自然主義，其實也應該要同意例外情況相當有限。如果我們接受「自然主義」，而非「科學主義」，那麼科學本身根本就不會帶來人文危機。這是因為，自然主義只認為世界最根本的組成是科學所談論的事物，但是它並不認為我們只能透過科學方法來認識這些事物。

事實上，從科學世界觀的角度來說，人類也是自然的一員。人類作為一種自然生命體，出於其演化而來的結構，與生俱來就有各種世界互動、認識世界的方式，不限於科學方法。就此而言，人類會發展出的人文也是一種自然現象。因此，雖然人類後來發展出了「科學方法」這種較為優化的認識途徑，我們依然不能否定「人文方法」也是一種認識世界的可靠方法。

接著，陳教授提及羅素（Bertrand Russell）對「熟知知識（knowledge by acquaintance）」以及「描述知識（knowledge by description）」的區分。熟知知識指的是我們透過直接的感受、互動與掌握所獲得的知識，描述知識則是理論性的知識。

陳教授認為熟知知識與描述知識不可被截然二分，兩者之間是程度上的差別。而人文學門的一些觀念就較為接近熟知知識，因為它們重視同理及感受。雖然如此，這一切都符合腦神經科學的描述，人文仍然是自然現象。另一方面，人文因此仍然是科學可以研究的對象，也需要科學的補充。人文學門自己也必須要了解，自己所研究的熟知知識其實也是自然現象，有其組成基礎與運作原理。

因此，科學可以幫助人文把熟知知識轉換為更精確的描述知識，並且為人文提供更精密的研究方法，以及協助其排除錯誤，比如排除人類先天認知系統的偏誤、漏洞等等。總結來說，科學與人文其實研究的是同一個自然界；科學非但不應帶來人文危機，還可以幫助人文研究走得更加長遠。

跨科際合作的需求，兼論「人類世」中的人文與科學走向

不同於陳樂知教授從哲學觀點出發，陳竹亭教授（臺灣大學化學系名譽教授）帶來的是他在教育方面的經驗。首先，陳教授介紹了他為台灣教育部主持的「科學人文跨科際人才培育計畫」，簡稱「SHS（Society-Humanities-Science）計畫」。

由於現代社會中的問題包含人文以及科學的面向，因此 SHS 計畫的主軸在於推動「跨科際教育（trans-disciplinary education）」。以往的教育先是學科主義，然後衍生出「多領域（multi-disciplinary）」或是「跨領域（inter-disciplinary）」，也就是由各學科各自探究共同問題，或是由兩個學科進行合作。

跨科際教育則有所不同，它以「真實世界的共同問題」為核心，直接打破學科之間的界線。只要是對解決真實世界的問題有幫助的知識，參與的學科，甚至政府、產業、民間的 NPO 或利害關係人都擔責分工合作進行知識生產、解決問題。

由於現代社會中的問題愈趨複雜、多元，且多樣，社會對科學界的要求也跟以往有所不同。科學家開始被要求具備社會意識及社會參與的能力，還有溝通與對話的能力；這些能力都是傳統的科學界非常缺乏的。有鑑於此，陳教授所主持的 SHS 計畫積極推動「問題導向的學習」、「系統思考」、以及「實用方法論上的創新」。他也提到，SHS 計畫的推動非常有賴於大學對本身社會角色的自覺與復興。

陳教授參與的另一個國科會計畫是「以社會需求為核心的跨領域研究計畫」。與 SHS 計畫相同，這個計畫也非常重視跨科際教育，並且認知到單靠科學知識無法解決真實世界的複雜問題。

那麼，人文究竟該扮演什麼樣的角色呢？陳教授討論到他撰寫的新書《丈量人類世》中的「人類世（anthropocene）」這個概念。「人類世」指的是一個新的地質紀元。在工業革命之後，人類文明成為影響地球環境與生態變遷的關鍵角色。因此，部分學者認為地球已經進入「人類世」這個地質紀元。

在人類世中，全球有非常多的變遷趨勢，其中一個就是：科學發展帶動理性價值的昂揚，其他的人性價值卻被輕忽。陳教授說，我們培養出了許多「職業科學家」。可是，在科技急速發展的同時，人類的科技文明卻缺乏方向感：我們正面臨物質文明與精神文明之間極大的不均衡。總而言之，他認為「人類的智能尚未學會如何掌舵文明巨輪的方向」。

最後，針對人文與科學應該要如何在人類世中發展，陳教授提出了他本人的看法。首先，科學研究的同儕審核程序需要人文專業學者的投入，也就是科學家不能閉門造車。再來，婦女應該要積極加入科學與科技事業的陣容，因為科學發展不能只由男性思維主導。

最後，未來教育的趨勢必須往跨科際的方向邁進，也就是人文與科學必須並重。如此一來，陳教授強調：「人文的啟發價值和社會重大需求必須挺身而出，為人類文明的永續承擔文明指南針的角色，與科學共同尋求世紀困境的解方。」

「科學實作哲學」帶來人文與科學的合作新可能

繼陳竹亭教授分享了跨科際教育發展的大方向後，嚴如玉教授（陽明交通大學心智哲學研究所副教授兼所長）則分享了她在科學人文互動的個案經驗。嚴教授身為一個哲學學者，卻在因緣際會下，走上了不同於普通學者每天關在辦公室做研究的路。她為了提升生醫背景的學生對哲學的興趣，也為了把哲學帶到課堂之外，推動了青銀共學。

嚴教授把社區中的長輩們請到大學的哲學課堂上，與大學生一起進行小組報告。這些生醫背景的學生們未來大多會從醫；因此，對未來將要在醫療院所工作的他們來說，與長輩互動是很好的練習。

嚴教授也針對與學生們未來在醫療場域會遇到的一些價值性思考，與哲學作出連結，讓學生們學習哲學能夠學以致用，對醫療過程有所幫助。舉例來說，她會帶領學生討論如何面對死亡、以及照護倫理等哲學議題。她認為，在學生未來的臨床工作上，這些哲學議題將派得上用場。

除了青銀共學外，嚴教授還以非常不同於傳統學者的方式，進行她個人的哲學研究。傳統哲學學者往往是埋首於書堆中，發展自己的理論；她則是親自到醫療院所中進行田野調查，去訪問醫生、護理師等第一線的人員。藉由直接了解醫療工作者在實作上遇到的困難，她試圖讓哲學能夠真正被實用。

嚴教授說，這樣的研究方法被稱為「科學實作哲學」。科學實作哲學作為一種研究方法，其實不單單適用於人文學門，也同樣適用於科學。非常理論性、艱深的基礎科學如果能夠走出象牙塔，了解社會的真實需求，便有機會與人文接軌。因此，不論是科學或人文學門，若研究者可以調整研究方法，從研究對象在實作上的細節出發，再轉而調整自己的理論，那麼科學與人文的互動、合作並非不可能。

科學素養對現代社會的重要性

最後進行分享的是科普媒體《PanSci 泛科學》的知識長鄭國威先生。鄭知識長首先釐清了「人文」的定義：他認為，「人文主義」認為人類可以靠自身的能力認識這個世界，而「人文學科」正是培養這種能力的學科。從這個定義來看，人文與科學根本就不是分開的；畢竟科學也是人類靠自身能力認識世界的方式之一。

鄭知識長提到，台灣的學生在國際學生能力評量計畫（PISA）中表現非常優異，世界排名名列前茅。然而，台灣的學生卻普遍缺乏自信，在失敗時容易產生自我質疑。

在學習的過程中，我們大致可以把人分為兩種：具有「定型心態」與具有「成長心態」的人。前者只重視結果、學習態度較消極，且容易受挫折打擊；後者則重視過程、學習態度較積極，且勇於面對挑戰。鄭知識長指出，具有定型心態的台灣學生似乎占多數。

鄭知識長在高中時也面臨相同的困境，他那時非常厭惡數學和理化，完全沒有學習他們的熱忱。他後來發現不止他是如此，有許多人也在學生階段就放棄了對科學的學習；這對台灣社會是個嚴重的現象。舉例來說，公投的題目許多都牽涉科學知識，放棄學習科學的公民要如何在這種公投中作出正確的判斷？這樣的考量促使他後來創辦 PanSci 泛科學。

鄭知識長認為，獲得成長心態最簡單的方式就是學會科學原則與方法，也就是用科學方法來面對日常生活中遇到的問題。而培養科學素養則需要承認自己對許多事的無知，且需要身處一個好的素養集體之中。最後，鄭知識長勉勵大家一起培養出「科學思辨力」，為本次的論壇畫下一個強而有力的句點。