從農場到賣場的最短距離：產地直採是什麼？

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。

台灣，蔬果生產的寶島，勤奮的農民、適宜的土壤加上人間好時節，讓我們隨時都有新鮮好吃的蔬菜水果，春天有菠菜、棗子；夏天有絲瓜、蓮霧；秋天有山藥、木瓜；冬天有蘿蔔和橘子。

不過你知道嗎？吃當季的蔬菜水果，對我們的生態環境也可以幫上大忙！

這是因為選擇當季蔬果可以大幅減少冷藏時的電力耗損，在種植上也可以減少肥料以及農藥的使用，也就是可以降低「碳排放」。

另外，挑選在地的蔬果也有好處，若是蔬果產地距離我們越遠，運送時造成的碳排放量也會越高，加上保鮮的需要，可能會添加防腐劑，影響我們的健康。

那到底什麼是碳排放呢？又為什麼要降低碳排放呢？

碳排放泛指溫室氣體排放，是指人們在從事行為時，直接或間接向空氣中排出的溫室氣體，這些氣體的總重量就稱為碳排放量。

溫室氣體又包含水蒸氣、臭氧、二氧化碳、氧化亞氮、甲烷、氫氟氯碳化物類等，其中又因二氧化碳在大氣的佔比最多，成為最常見用來衡量碳排放的標準。

而碳排放的增加，會對地球造成影響可不少，例如：全球暖化速度加快、全球平均溫度上升、海平面上升、極端氣候越來越惡化（夏天更熱、颱風更多等），因此，全世界對於碳排放的降低可說是擁有一致共識。

總結來說，每天吃適量的新鮮蔬果非常重要，因為這樣我們才能營養均衡，補充各種重要的維生素和纖維，但是，吃對蔬果更是重要，不只對身體有益處，對地球環境也能盡一份心力！

才剛踏入聖誕節慶的季節，知名高級巧克力品牌 GODIVA 日前卻爆發冰淇淋含致癌物的食安危機！衛生福利部食品藥物管理署（以下簡稱食藥署）於 2021 年 12 月 10 日公告，因接獲歐盟食品及飼料快速預警系統（RASFF）通報，GODIVA 有 6 款自法國輸入的冰淇淋產品中，所使用到的「刺槐豆膠」檢出農藥環氧乙烷（ethylene oxide）殘留不符合歐盟標準，我國標準為不得檢出，故全數下架回收。

相信身為巧克力控或冰淇淋控的讀者們，得知這個消息時一定非常震驚又難以接受，因為這批環氧乙烷超標的冰淇淋產品從 2020 年開始輸入販售至今，大多數有問題的產品消費者早已吃下肚了。

但話說回來，究竟「環氧乙烷」是什麼可怕的化學物質呢？吃下去對人體健康有什麼影響？又為什麼會出現在冰淇淋產品裡呢？就讓我們繼續往下看吧。

環氧乙烷有多毒？對人體有什麼影響？

環氧乙烷是一種易燃氣體，化學式為 C₂H₄O，主要用作製造抗凍劑、聚酯或其他工業用的化學物質，它也用於醫療設備及相關用品的消毒。

在一些國家如印度、加拿大和美國，環氧乙烷被允許在農業上用作燻蒸劑來殺死害蟲、細菌（包含內孢子）、黴菌及真菌，因具高揮發的特性，環氧乙烷會自行分解到空氣中，殘留在食物是很微量的。然而由於環氧乙烷具有致突變性和致癌性的科學證據，歐盟是禁止將其用作殺蟲劑，在臺灣也是禁用的農藥。

依據環保署毒物及化學物質局提供的「環氧乙烷災害防救手冊」，工人間歇性暴露高於 700 ppm 的環氧乙烷 2 個月後，會出現味覺和嗅覺暫時性遲鈍、頭痛、噁心、嘔吐、昏睡、記憶及思維紊亂、口齒不清、吞嚥困難、面肌和四肢無力等。

而在勞動部職業安全衛生署的「環氧乙烷中毒之認定參考指引」提到，人若短時間內暴露在空氣中高濃度（呼吸或皮膚接觸）的環氧乙烷，會對呼吸道、眼睛黏膜產生刺激，或產生腸道相關症狀。相關研究也指出，長期接觸環氧乙烷的女性工作者，易造成自發性流產。此外，長期暴露環氧乙烷的工作人員易罹患血液與淋巴癌。因此國際癌症研究中心（International Agency for Research on Cancer , IARC）將環氧乙烷列為第一級致癌物^[註1]。

請先別太慌張，通常最容易暴露到環氧乙烷的機會，是在製造或使用環氧乙烷的地方（例如工廠、醫院或農場）工作的工人（呼吸或皮膚接觸）。一般地區的空氣中就算能測出微量的環氧乙烷，也都是低於會造成健康問題的濃度。

另外，臺灣勞工作業環境空氣中有害物容許濃度標準規定，環氧乙烷的工作場所中 8 小時日時量平均容許濃度為 1 ppm，1.8 mg/m³，這部份勞動部是有在為民眾職業安全衛生做把關喔！

環氧乙烷的食安問題，早在去年歐洲就先爆發

去年 2020 年 9 月，歐洲就先發現印度產芝麻中環氧乙烷殘留量超標，而緊急發出通報，使歐盟展開大規模的監測，導致許多不同類型的產品被回收下架，如麵包、醬汁或其他含有芝麻的食物等，整個歐洲包括奧地利、芬蘭、法國、德國、愛爾蘭、義大利等近 20 個國家皆受到波及，造成很大的經濟損失。

而歐盟也對刺槐豆膠（屬於食品添加物的安定劑）相關製品進行檢查，發現許多冰淇淋皆有使用到環氧乙烷殘留量超標的刺槐豆膠，故也面臨全面下架的慘況。像今年 8 月，雀巢的 Milkybar 和 Nuii 雪糕就有數批就是因此而下架回收^[7]。

根據歐盟的報告推測，是農場端將刺槐豆仁或刺槐豆莢進行殺菌燻蒸時，施作的環氧乙烷劑量過高，來不及揮發到空氣中導致殘留量過高，大大影響了所有的下游端。

那環氧乙烷到冰淇淋的殘留量到底高不高呢？

淺談冰淇淋的製造流程及食品添加物作用原理

在換算環氧乙烷到冰淇淋殘留量有多少前，可以先簡單認識冰淇淋的加工流程。首先將原料乳與各種配料，包括醣類、乳化劑、安定劑、香料或色素等混合，接著過濾、均質及殺菌後，再將混合完成的霜料置於冷藏環境下陳化^[註2]，最後進行攪凍。

攪凍即是在攝氏－2～－8 度的凍結庫攪拌，同時將空氣打入霜料中，霜料的體積就會逐漸膨脹。攪凍完成後，立刻降低溫度至攝氏－18 度以下以硬化組織，就可以拿去販售囉！而霜淇淋與冰淇淋最大的差異，就是它省略了「硬化」這個步驟，所以質地相對比較柔軟。

此外製作冰淇淋最重要的是，要避免形成「大冰晶」生成，因為它是造成沙沙不良口感的主要來源。而牛乳是冰淇淋最重要的原料之一，其富含的乳脂肪可提供乳香味，使冰淇淋保有滑順的口感，也能夠干擾小冰晶結合形成大冰晶。

安定劑就是指膠體，一般常用植物膠（如刺槐豆膠）或羧甲基纖維素（carboxymethyl cellulose；CMC），可防止大冰晶形成，增加冰淇淋黏度、硬度並保持形狀；乳化劑如脂肪酸甘油酯（Mono－and Diglycerides；MDG），則有安定脂肪小球，使氣泡穩定的作用。

或是直接使用乳化安定劑（或稱穩定劑），就是膠體和乳化劑按冰淇淋適用的比例配製好的複方食品添加物。這些食品添加物可避免製作時出現油水分離的情況發生，使終產品的狀態更穩定，在室溫下也不會那麼快融化。

故從微觀的角度來看，冰淇淋是個很複雜的系統，有氣泡、冰晶、蛋白、膠體、乳化劑和脂肪球等，相輔相成結合在一起。 

• 延伸閱讀：食品加工到底在加什麼工？—「PanSci TALK：天然ㄟ尚好？II 」

殘留在刺槐豆膠的環氧乙烷，製作到冰淇淋的時候還剩多少？

回過頭來看，冰淇淋之所以要加安定劑刺槐豆膠（locust bean gum），就是避免冰淇淋在冷凍的期間產生冰晶或乳糖結晶，維持冰淇淋形狀，還能提供蓬鬆、綿密的口感，添加量多在 0.1～0.5％。

刺槐豆膠是由 Ceratonia silqua 種子的胚乳抽取精製而成的水溶性植物膠，在食品業中常作為一種天然的增稠劑使用，還很常用在糖果、巧克力、加工肉品（熱狗、香腸）、調味奶、果凍或蛋糕等。

根據歐盟法規規定，刺槐豆膠的環氧乙烷殘留量標準是訂「最大殘留容許量」 （maximal residue level; MRL） 0.1 mg/kg，是指人在吃這個劑量下，該食品即使吃一輩子也都不會造成健康問題。

• 延伸閱讀：化學殘留、疑似致癌物讓人心惶惶？劑量才是關鍵！—食安基本功（上）

而這次歐盟在刺槐豆膠中檢測到的環氧乙烷殘留量大多落在 0.4～1.1 mg/kg，換算至最終的冰淇淋產品，環氧乙烷頂多只有 0.005 mg/kg，也就是十億分之五，以一杯 GODIVA 冰淇淋有 80 g 重換算，一杯冰最多含 0.0004 mg 的環氧乙烷，且這還沒有把加工過程中的耗損算進去。

雖然環氧乙烷是第 1 級致癌物，但如此趨近於零的劑量，對我們人體產生危害的機率微乎其微，所以即使你今天是不小心吃到有問題的冰淇淋消費者，也不需要擔憂會致癌喔！

註解

註 1：IARC 將致癌物分為四個等級，分別為第 1 級、2 級（又細分為 2A 及 2B 級）、3 級和 4 級致癌物，其中第 1 級代表確認為人類致癌物。

註 2：陳化（aging），在低於攝氏 5 度環境下放置 4～28 小時，使脂肪固化，安定劑充分吸收水分，增加霜料的黏性及平順感，讓口感更細緻。

1. 衛生福利部食品藥物管理署，2021。有關歐盟食品和飼料快速預警系統（RASFF）通報，自法國輸入「黑巧克力碎牛奶巧克力冰淇淋」、「比利時黑巧克力冰淇淋」、「黑巧克力草莓冰淇淋」、「香草味可可冰淇淋」、「黑巧克力碎焦糖咖啡冰淇淋」及「巧克力起司蛋糕冰淇淋」六項產品，使用之穩定劑（刺槐豆膠）檢出含環氧乙烷（ethylene oxide）殘留不符合歐盟標準。食品藥物消費者專區。
2. 香港商歌帝梵亞洲有限公司台灣分公司，2021。關於 GODIVA 杯裝冰淇淋進一步聲明。 GODIVA Chocolatier（Asia） Facebook 粉絲專頁。
3. 徐如欣，2021。環氧乙烷。國家環境毒物研究中心。
4. 行政院環境保護署毒物及化學物質局，2021。環氧乙烷。毒災防救管理資訊系統。
5. 食力 foodNEXT，2021。Godiva 六品項冰淇淋因含「環氧乙烷 」而下架回收！推測可能因用於滅菌導致殘留。
6. Bessaire, T., Stroheker, T., Eriksen, B., Mujahid, C., Hammel, Y. A., Varela, J., Delatour, T., Panchaud, A., Mottier, P. and Stadler, R. H. 2021. Analysis of ethylene oxide in ice creams manufactured with contaminated carob bean gum (E410). Food Additives & Contaminants: Part A, 38: 2116-2127.
7. Hayley, Halpin. 2021. Batches of Nestlé Milkybar and Nuii ice creams recalled over presence of unauthorised pesticide.
8. Goff, H. D. 2016. Milk proteins in ice cream. Advanced Dairy Chemistry. New York: Springer.
9. 陳建元，2018。食用食物添加物 (五版)。臺中市：華格那出版有限公司。
10. 黃國青，2012。「殘留容許量」（MRL）與「安全攝取量」（ADI）指標不同結果方向一致。行政院農業委員會動植物防疫檢疫局。
11. 陳永煌，2016。環氧乙烷（Ethylene Oxide）中毒之認定基準。勞動部職業安全衛生署。