青紋細蟌交尾

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。

蜻蜓的幼蟲稱為水蠆，是環境指標生物之一。如果水中可以找到水蠆和蜉蝣幼蟲，表示水質沒有受到污染。如果只找到水蠆，沒找到蜉蝣幼蟲，表示水質輕度污染。如果找不到水蠆，那就表示中度或重度污染。

如今平地的河川或湖泊大多遭到中度或重度污染，難怪蜻蜓已難得一見。章老師小時候可不是這樣，那時溪流大多水質清澈，連最不耐受污染的蜉蝣幼蟲也到處都是，孩子們稱蜉蝣幼蟲為「水蟲」，還抓來當魚餌呢。

那時候，到了夏季，白天蜻蜓和豆娘在居家附近出沒。到了夜晚，拖著兩根長尾鬚的蜉蝣，因趨光性飛到紗窗上，有時飛進屋裡。這些昆蟲隨處可見，一點兒也不稀奇。

蜉蝣的幼蟲在水中約生活一年，羽化為成蟲，只能再活幾小時到幾天。成語「朝生暮死」，指的就是蜉蝣。其實，如果連同連牠們的幼蟲期，在昆蟲中壽命並不算短。

話題拉回蜻蜓。到了夏季，蜻蜓在水面上飛行時，常用尾部輕觸水面，古人不明白其用意，於是產生了「蜻蜓點水」這個成語，用來比喻做事膚淺或不深入。讓我們試著造兩個句吧。

讀書要多溫習多思考，不能只是蜻蜓點水。

學習要踏踏實實，不能蜻蜓點水敷衍了事。

其實對蜻蜓來說，點水是為了產卵。蜻蜓的幼蟲水蠆，在水裡生活 1-2 年，長大後爬出水面，羽化成蜻蜓。蜻蜓和豆娘的產卵方式大致分為兩類，一類產在水生植物上，一類邊飛邊把卵產在水裡。古人所觀察到的蜻蜓點水，指的就是後者。

昆蟲綱的蜻蛉目，包含蜻蜓和豆娘兩類，兩者的形態和習性相近。那麼蜻蜓和豆娘怎麼區分？蜻蜓的身體較為粗壯，兩個複眼距離較近，停棲時翅膀平展。豆娘的身體較為纖細，頭部似啞鈴狀，兩側為明顯的複眼，停棲時上下翅疊合在一起。兩者的幼蟲都稱作水蠆，以捕捉孑孓、小魚、蝌蚪或其他水生昆蟲為食。
蜻蜓和豆娘的幼蟲屬於肉食性，成蟲也是。蜻蜓體型粗壯，除了捕食小型的昆蟲，也捕食蒼蠅、蜜蜂、蝴蝶、蛾、蟬等較大型的昆蟲，部分甚至捕食魚類。豆娘體型較小，飛行速度較慢，以捕食體型小的蚊、蠅和蚜蟲、介殼蟲、木蝨、飛蝨等為主。

Female dragonflies fake sudden death to avoid unwanted male suitors. (Photo: André Karwath.) pic.twitter.com/pyjkVmhCfB

— Quite Interesting (@qikipedia) 2017年4月30日

前陣子網路上出現很多關於「雌蜻蜓會裝死來躲避雄蜻蜓性騷擾」的文章、連J.K.羅琳都發了相關的Twitter，這個梗其實是出自於蘇黎世大學的 Rassim Khelifa 博士 2017 年 4 月發表於 Ecology 的短訊，標題翻成中文大概是：

「透過裝死來躲避雄性的霸王硬上弓：蜻蜓對於極端性衝突的解決辦法」。 （Faking death to avoid male coercion:extreme sexual conflict resolution in a dragonfly.）

到底這個短訊是在說什麼呢？研究者又是如何發現雌蜻蜓有這樣的行為的呢？先讓我們從頭開始說起吧！

蜻蛉目的交配競爭

蜻蛉目（Odonata）在交配後時常會在附近馬上產卵，這時多數種類的雄蟲會在雌蟲產卵時，在雌蟲上方巡弋以護衛雌蟲，防止其他雄蟲來嘗試與該隻雌蟲交配；也有些種類的蜻蜓雄蟲，在雌蟲產卵時，會持續的用攫握器抓住雌蟲，以防止其他雄蟲來把雌蟲搶走。

而在這篇研究報告中卻發現，天藍晏蜓（Aeshna juncea）的雄蟲沒有護衛的行為，在交配完後會直接飛離；雌蟲會透過裝死的方式來躲避其他雄蟲的性騷擾。

研究的契機其實是起源於 Dr.Khelifa 所屬的實驗室的另一個關於蜻蜓稚蟲對溫度反應的研究；由於這個研究需要去阿爾卑斯採集蜻蜓卵，而採卵需要將雌蟲抓起來、將腹部插入水中才能促使雌蟲產卵，因此在當時他花了非常多的時間在池塘邊捕撈正要產卵的雌蟲。 某天，Dr.Khelifa觀察到了一個有趣的現象：在產卵的天藍晏蜓雌蟲發現在空中的雄蟲時，會飛離原本的產卵環境並墜落到地面上。當時研究者猜測雌蟲可能是無意識甚至是已經死亡，而就在他靠近這隻雌蟲時，神奇的事情發生了：雌蟲迅速飛離剛剛墜落的地點。於是Dr.Khelifa就懷疑，這種晏蜓的雌蟲難不成是透過裝死行為來躲避雄蟲的性騷擾嗎？

觀察發現：超過八成會雌蟲會「裝死」

Dr.Khelifa 選了兩個地點來做實驗，實驗過程中總共紀錄了 35 隻產卵的個體，其中有 31 隻（88.6%）有裝死來躲避雄蟲的行為，而另外4隻沒有墜落裝死而繼續飛的雌蟲都被雄蟲攔截交配了。墜落的 31 隻個體中，有 22 隻（71%）的墜落地點是灌木叢及茂密的草叢中，另外 9 隻（29%）則墜落在空曠的地點。作者也同時觀察了27隻墜落的雌蟲個體，發現其中有 21 隻（77.7%）在墜落後，成功的欺騙雄蟲，讓雄蟲放棄飛離。

為檢測雌蟲是否真的為無意識狀態，作者也嘗試用手去抓墜落的雌蟲，在嘗試用手抓 31 隻個體後，有 27 隻（87%）成功的逃走了，結果支持裝死中的雌蟲仍是有意識的狀態且能躲避掠食者的攻擊。 這種為了同種異性而裝死的行為在動物界中並非首例，但仍不常見，過往僅在一種蜘蛛、兩種食蟲虻及一種螳螂被記錄過，這種行為被認為是擴展適應（exaptation）的結果。在過往的案例中，這種裝死的行為都只在節肢動物中被記錄（好啦其實我覺得人也是），究竟是調查過少、或是這種行為本身就不容易被觀察到，仍需後續的研究來證明。

原文亦刊載於作者粉絲頁蟲言蟲語&生態筆記，原文為《已讀不回算什麼，裝死才是王道》。

參考資料：

• Rassim Khelifa （2017） Faking death to avoid male coercion:extreme sexual conflict resolution in a dragonfly. Ecology. America: Ecological Society of America. pp. 1-3.