想知道鯨魚健不健康？首先，你需要牠們的「鼻涕」！

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。

• 文 楊善宇｜黑潮海洋文教基金會 實習生 2024.07.26

隨著人類活動對海洋環境的負面影響日益增加，海洋生物生存的狀況令人擔憂。近年生物多樣性下降、大量珊瑚白化、漁具纏繞及船隻撞擊海洋生物等問題層出不窮，這些事件就像是海洋在向我們求救般，而人類要如何減緩我們對海洋的影響呢？

設立海洋保護區是目前國際間共同努力的方向之一。在眾多海洋保育行動中，劃設海洋保護區被認為是成效較為顯著的方式。可以透過劃設大範圍的海洋保護區降低人類活動對於海洋環境的干擾，從而保護海洋生物的棲息地和整體的生物多樣性¹。本篇文章將帶領讀者認識加拿大「Gully 海洋保護區」，Gully 一詞代表沖溝，這個保護區內居住著多達 16 種不同的鯨豚種類。此外，我們將同時探討其中值得臺灣借鑒的經驗與做法，希望此案例能為未來黑潮海洋綠洲計畫在申請「海洋哺乳動物重要棲息地」（Important Marine Mammal Areas）時，提供一些實質的參考。

加拿大位於大西洋地區的第一個海洋保護區——Gully 海洋保護區

約在 15 萬至 45 萬年前，由於大量冰川移動與融水侵蝕，在加拿大東海岸斯科舍大陸棚（Scotian shelf）邊緣形成了一個大型海底峽谷——Gully，最深處的深度超過 2,500 公尺，也是北大西洋至今最大的海底峽谷。Gully 地區生物多樣性極為豐富，不但孕育了 30 種冷水珊瑚（Cold-water corals），目前也已累積了 16 種鯨豚的目擊紀錄，包含北瓶鼻鯨（Hyperoodon ampullatus）、藍鯨（Balaenoptera musculus）、索氏中喙鲸（Mesoplodon bidens）等種類。

其中，北瓶鼻鯨於 1997 年被加拿大瀕危野生動植物狀況委員會（Committee on the Status of Endangered Wildlife in Canada）列為易危物種（Vulnerable）。然而，當時 Gully 地區正面臨石油和天然氣開發工程，導致當地鯨豚長期受到船隻撞擊及工程噪音傷害，使牠們生存遭受嚴重威脅。因此，加拿大政府於西元 2004 年設立 Gully 海洋保護區，以保護瀕臨滅絕的北瓶鼻鯨及當地其他珍貴的海洋生物。

保護區設立前如何評估該棲地重要性呢？

倘若要保護某區域的生物多樣性，保護整個棲地相較於保護單一物種，才是最直接的治本方法。但是，要如何知道劃設的區域是否已納入鯨豚們生存所需的棲息環境呢？我們可以透過海上目視調查及被動聲學監測²等方式，進一步了解鯨豚在該區域出現的位置、時間與頻率等資訊，藉此評估劃設的面積及界線該如何設立。

其實 Gully 保護區在設立之前，政府及學者們對當地鯨豚也做了初步的評估及研究。1994 年，加拿大漁業及海洋部在 Gully 設立了一個無法律效力的鯨魚保護區（Ｗhale sanctuary），簡單來說就是先建立一個示範區測試成效，範圍是圖四中有畫斜線的區域。該單位向海上來往的船家宣導該區域在生態保育上的重要性，並提供了指導方針，教導船長們在穿越該地區時如何減少對鯨豚的威脅，希望盡可能降低船隻與北瓶鼻鯨撞擊的風險。與此同時，當地的學者們也積極地研究鯨豚在 Gully 的分布範圍與族群量。

研究學者透過 1988 至 1996 年間的鯨豚目擊資料，包括種類、數量及目擊經緯度，結合不同的環境因子，如海洋表面溫度、海底深度及坡度等環境資訊做分析，結果發現鯨豚出沒位置與深度有高度的關聯性。Gully 周遭的鯨豚大多棲息在海底峽谷 200 至 2,000 公尺深處，因此學者們建議政府應根據 200 公尺等深線建立一個核心區邊界，並在周遭設立緩衝區，以全面保護 Gully 地區的鯨豚免於受到石油開發和航運的影響。

加拿大政府如何管理 Gully 海洋保護區？

經過長期的調查後，加拿大終於在 2004 年正式成立 Gully 海洋保護區條例《The Gully MPA Regulations》，並在條例中公告了 Gully 海洋保護區邊界。除了法規內允許的特定活動³外，嚴格禁止在  Gully 保護區內「干擾、損害或摧毀任何生物或其棲息地的任何部分，或從中移除任何生物」，包括海床下15公尺深的底土，亦不允許傾倒、拋棄或排放任何物質的行為發生。

此外，加拿大政府也將保護區依照水深劃分成三個管理區，如圖五中的 Zone 1、Zone 2 及 Zone 3。每個管理區有其獨特的生態環境，在管理上的限制也有些微差異，在 Zone 1，也就是鯨豚棲息的核心海域內，是完全禁止漁撈行為的，而在 Zone 2 和  Zone 3 則可進行商業性垂釣，可釣大比目魚、鮪魚、鯊魚和劍旗魚。

成功劃設海洋保護區後，就結束了嗎？

不只保護區設立前需要長期的調查累積數據，設立後仍需持續監測保護區效力。加拿大學者在 Gully 保護區設立 7 年後調查了北瓶鼻鯨的族群動態，他們估計斯科舍大陸棚海域的北瓶鼻鯨約有 143 隻，且發現族群量和性別比自 1988 年起一直保持穩定的狀態，雖然族群量沒有明顯改變，但顯示了海洋保護區的設置確實讓牠們在沒有人為開發衝擊下，族群可以維持穩定。

除了主要保護標的物種外，Gully 地區其他鯨豚也有些微變化。學者觀察到 1988 至 2011 年間，部分鯨豚種類的單位努力量目擊群次下降而部分上升，其中的變化趨勢可能與環境或食物資源改變有關。但值得注意的是另外一種喙鯨「索氏中喙鯨」（Mesoplodon　bidens）單位努力量目擊群次⁴在保護區設立後大幅增加（每年增長21%）。由於缺乏深海鯨豚物種食物量數據的支持，科學家認為較合理的推測是：保護區的存在讓人為干擾減少。船隻與其他噪音的降低，使Gully保護區成為對聲音敏感的喙鯨的棲地之一。儘管保護區的設立已改善喙鯨的棲息環境，但仍需持續進行長期監測，以確保保護區管理有效並及時調整以應對環境變化。

Gully 保護區曾目擊 16 種鯨豚，花蓮海域更高達 20 種！

加拿大 Gully 保護區目前有 16 種鯨豚目擊紀錄，根據黑潮在過去 20 多年賞鯨航程所累積的鯨豚目擊資料統計，花蓮鯨豚種類更高達 20 種！物種多樣性更高！然而，我們發現花蓮常見的花紋海豚身上除了自然的傷疤外，有時也會出現人為因素所造成的傷疤，因此我們在 2023 年做了花紋海豚體表傷疤分析，結果顯示在 50 隻花紋海豚中有 19 隻（38%）身上有出現疑似人為活動所造成的傷疤。臺灣東部海域出沒的鯨豚種類繁多，若遲遲未能提供一片安全的海洋綠洲供他們成長、育幼，只怕未來的日子裡人們無法再跨坐在船頭，在享受海風的同時還能欣賞花蓮鯨豚的美。

加拿大 Gully 保護區成立已滿 20 週年，可作為臺灣未來建立鯨豚保護區的借鏡。而黑潮也持續努力著，透過「海洋綠洲：東海岸鯨類保育計畫」，旨在將臺灣東部海域列為國際認可的海洋哺乳動物重要棲息地，希望未來在與政府相關機關溝通保育政策時，能有更完整的背景資料。

註解

1. 生物多樣性是由基因、物種和生態系多樣性三者所構成，就像一個穩定而巧妙的金字塔。
2. 被動聲學監測為一種使用錄音機記錄自然環境中各種聲音的技術。
3. 法規內允許的特定活動如下：
   ● 在 Zone 2 和  Zone 3 得進行商業性垂釣，可釣大比目魚、鮪魚、鯊魚和劍旗魚。
   ● 船隻過境（須遵守加拿大航運法）。
   ● 搜索和救援、環境緊急應對和清理。
   ● 與國家安全、主權和公共安全相關的活動。
4. 單位努力量目擊群次（Sightings per unit effort, SPUE）=目擊群次數 / 調查努力量。

飛天車的革命性技術：從無人機到 eVTOL

你知道嗎？今年巴黎奧運，大家終於能親眼見證那個在科幻電影中反覆出現的夢幻交通工具——飛天車。這項技術或許會改變我們的通勤方式，讓塞車成為歷史，隨時隨地想飛就飛。

德國公司 Volocopter 將在巴黎奧運期間推出空中計程車服務，來驗證飛天車的可行性。這不僅僅是技術創新，Volocopter 還強調他們的飛天車非常環保，而且噪音極低，不會像直升機那樣帶來城市上空的巨大噪音轟炸。其實，不只是 Volocopter，包括現代汽車在內的多家汽車製造商也都宣布加入這場飛天車的競賽。

那麼，飛天車會是未來十年交通工具的主角嗎？這項技術值得投資嗎？還是僅僅是商業噱頭，實際需求並不大？如果你對這些問題感興趣，那我們就需要先了解一些背景知識。

首先，什麼是飛天車？2023 年 6 月的巴黎航空展上，Volocopter 展示了他們的成品，取名為 VoloCity。雖然名字是由「速度」（velocity）而來，但 VoloCity 其實並不是真正的車，而是一種電動垂直起降飛行器（eVTOL）。這類飛行載具更像是放大版、可以載人的多軸無人機，是私人飛機和直升機之外的另一種選擇。

儘管 eVTOL 看起來像是大型無人機，但它可能徹底改變現有的飛行載具生態系統。傳統飛機和直升機由專業飛行器製造商生產，而 eVTOL 則結合了無人機和電動車的技術，使得更多企業可以進入這個市場，並且設計變得更加多樣化和創新。例如，奧迪和空中巴士在 2018 年推出了一款模組化概念飛天車「Pop.Up Next」，能在汽車和 eVTOL 之間自由切換。

此外，摩根士丹利預測，2040 年全球 eVTOL 市場規模將達到 1 兆美元，2050 年更會達到 9 兆美元。這些數據顯示，投資這個領域可能會是一個明智的選擇。

飛天車的噪音與環境挑戰

飛天車不僅技術上有所創新，它的噪音控制也十分值得期待。與傳統直升機相比，eVTOL 的電動系統使其運行噪音大幅降低，這也是它的一大優勢。然而，儘管如此，我們仍需關注飛天車噪音對環境和健康的影響，尤其是在城市中頻繁起降時可能帶來的問題。

至於飛天車的起降地點，現有的直升機停機坪、大型建築物或停車場的屋頂都可以被改建為 eVTOL 的起降點。一些公司甚至設計出可以在任何平坦表面起降的飛天車，真正實現了「門到門」的夢想。

當然，這一切的實現還有待更多的試驗和技術驗證。目前，歐盟航空安全總署（EASA）規定，飛天車的安全標準必須與大型噴射客機相當。至於巴黎奧運期間的示範飛行，儘管目前仍在等待最終許可，但這已經是朝著飛天車商業化運營邁出的一大步。

飛天車的夢想正在逐漸成為現實，你會考慮搭乘嗎？