奧運選手賽後生活

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。

F 編按：本文編譯自 Live Science

是不是常聽人家講「運動天賦」？這種天賦到底是什麼？運動員哪裡跟我們不一樣？這個問題現在科學家或許可以給你一個答案。近年透過腦科學研究發現，運動員的大腦與普通人的大腦存在顯著差異，這些差異塑造了他們在比賽中的敏捷反應、精確動作及卓越判斷能力。

所以現在運動選手不只比體力，還要比腦力了嗎？這些差異具體差在哪裡？

快速反應：視覺處理能力

在團隊運動如足球或籃球中，快速處理視覺資訊並作出決策對勝負至關重要。一項 2013 年發表於《Scientific Reports》的研究發現，職業運動員比起業餘運動員或一般人更擅長處理動態視覺場景，例如追蹤快速移動的物體。這種能力能夠幫助運動員在瞬間解讀賽場上的複雜資訊，並迅速做出反應。

視覺處理能力的測試還可用於判斷運動員是否適合回歸賽場，例如在傷後復健階段，確保運動員在完全恢復判斷能力之前不會貿然上場。

肌肉記憶：動作的自動化編程

對於體操選手或跳水運動員而言，肌肉記憶是完成複雜動作的關鍵。2023 年《Journal of Neuroscience》的一項研究表示，大腦如何通過訓練快速「壓縮」和「解壓縮」動作資訊，最終將動作序列整合成一個流暢的過程。這種訓練過程使運動員能夠無需刻意思考，便能完美執行複雜動作。

肌肉記憶的形成依賴於大腦皮層神經元的網絡活動，這種神經編程能力也同樣適用於訓練有素的音樂家或舞蹈家。

預測能力：球場上的決策利器

運動員擁有卓越的預測能力，例如棒球擊球手能根據投手的動作，快速判斷球的速度與方向。2022 年發表於《Cerebral Cortex》的研究發現，當擊球手預測投手的投球軌跡時，大腦左腹側顳葉皮質的神經元活動會根據預測結果而改變。

這種高效的預測能力源來於運動員在比賽中，學會透過關聯視覺線索與物體運動軌跡的技能。研究還發現，潛水選手等專業運動員的大腦中與動態運動解讀相關的區域，如上顳溝（STS），比普通人更厚，這也反映了運動訓練對大腦結構的塑造。

平衡與空間感：身體控制的高峰

對體操選手來說，擁有非凡的平衡感與空間感知能力，兩者缺一不可，而這在科學上被稱為「本體感覺」（proprioception）。位於小腦的神經網絡讓運動員能迅速調整身體姿態，即使在空中失誤也能及時修正動作。

然而，當這套「安全網」失靈時，可能導致嚴重後果。如 2020 年東京奧運中，體操選手西蒙·拜爾斯（Simone Biles）因「扭轉失靈」而一度無法控制動作，凸顯了平衡能力在高風險運動中的重要性。

注意力與認知靈活性：多任務處理的關鍵

團隊運動要求運動員能快速在不同思維模式間切換，例如足球選手需在控球時預測對手動作並調整策略。2022 年《國際運動與運動心理學期刊》的一項研究顯示，運動員，特別是參與高強度間歇訓練的選手，擁有更強的認知靈活性和注意力分配能力。

研究也指出，這些能力的提升可能與長期訓練相關，但確切機制仍需進一步研究。

抗衰老的秘密：運動對老年大腦的保護

這些運動訓練對大腦的影響，可不是只有相關區域的提升。運動對大腦健康的影響，可能會持續一生。一個典型例子是加拿大田徑選手奧爾加·科特爾科（Olga Kotelko），她在 95 歲時仍保持驚人的腦部健康，其白質結構完好程度甚至接近比她年輕三十多歲的普通人。科學家認為，持續的運動訓練可能是她保持記憶力與認知敏銳的原因之一。

下一代的訓練策略：腦力與體力並重

隨著運動科學的不斷進步，科學家也開始呼籲教練更注重對年輕運動員的腦部訓練，例如提升記憶力與決策能力。西悉尼大學的運動科學家凱莉·斯蒂爾（Kylie Steel）指出，運動員的身體或許會訓練至極限，但在認知能力上仍擁有巨大的潛力提升。例如，足球訓練中可以鼓勵球員使用非慣用腳進行射門，以提升大腦靈活性，幫助他們在成年後更加出色地應對比賽挑戰。

近年研究讓我們重新認識了體育訓練對人體的深遠影響，運動改變的不僅是肌肉，還包括大腦。從視覺處理到肌肉記憶，再到抗衰老的腦部結構，透過運動與科學的結合，將為未來的運動員開啟全新可能性，也提醒我們，持續鍛煉不僅益於身體，也有助於大腦的健康。

性別檢測的歷史與爭議：從脫衣服到口腔擦拭

當然，瑪麗亞．荷塞．馬丁內茲－帕提尼奧（Mar.a Jos. Mart.nez-Pati.o）毫無理由懷疑自己不是女兒身。她的臉瘦長又高貴，有高高的顴骨，肌膚吹彈可破。她是在西班牙北部長大的普通女孩，除了跑跳方面比同齡的女表現還要好之外。

1985 年，具國際水準的二十四歲跨欄選手馬丁內茲－帕提尼奧，抵達日本神戶主辦的世界大學運動會之後，才發覺自己忘了那份聲明她是女性、可參加女子組競賽的醫生證明書。結果，她不得不在神戶按慣例做賽前口腔擦拭取樣，證明她的生物性別。

性別檢測從 1960 年代就開始實行，當時國際田徑總會看夠了肌肉結實的中東歐國家女子選手（其中有很多人參與了煞費心機的禁藥計畫），於是國際田徑總會制定管制辦法，確保沒有男子選手假冒成女性。（從未證實有這樣的情況發生。）剛開始實施的檢測方式很粗暴，女選手被迫在醫生面前脫下褲子，到 1968 年的墨西哥城奧運，這種丟臉的手續就由令人滿意的客觀技術取代了：用採樣棒擦拭口腔組織取樣，再檢驗染色體。女性有 XX 性染色體，男性為 XY。

只不過，有時情況沒那麼簡單。

1985 年 8 月那天很晚的時候，西班牙代表隊的隊醫準備告訴馬丁內茲－帕提尼奧壞消息。她的檢測結果出了問題，沒辦法上場比賽。馬丁內茲－帕提尼奧想知道自己是不是得了愛滋病還是白血病（白血病才剛奪走了她哥哥的生命），但醫生沒再說什麼。

她非常焦慮地熬了兩個月，自己去看醫生，以免麻煩仍未走出喪子之痛的父母。接著，通知信來了，不是愛滋病，也不是白血病，但這個診斷將改變她的一生。信上寫著，分析五十個她的口腔組織細胞後發現，每個都帶有 XY 染色體。你是男人，想不到吧！國家代表隊官員力勸馬丁內茲－帕提尼奧假裝受傷，悄悄退役。

馬丁內茲－帕提尼奧不但拒絕退役，三個月後還在西班牙國內 60 公尺跨欄賽奪冠。然而勝利的榮耀，卻讓她成為公眾的笑柄。馬丁內茲－帕提尼奧的性別檢測結果在媒體上曝光了，她的名聲一落千丈，受到極其殘酷的對待。

能拿走的都被拿走了。西班牙官員取消了馬丁內茲－帕提尼奧的全國冠軍頭銜，把她踢出西班牙運動選手的宿舍，還撤回她的獎學金。他們刪除她的運動成績紀錄，彷彿她不存在似的。她的友人分成兩類，一種是留下來的，一種是離去的。她的未婚夫屬於後者。

馬丁內茲－帕提尼奧感到羞愧，喪失了活力，不過很快就展現出韌性。她在媒體上堅稱她確信自己是女性，誓言要反擊，而隨後她獲得遠道而來的援手。

生物學的複雜性：當染色體不再是判定性別的唯一標準

芬蘭遺傳學家亞伯特．德拉夏培爾（Albert de la Chapelle）看到報導馬丁內茲－帕提尼奧爭取權益的新聞之後，公開發表意見。德拉夏培爾十分清楚，染色體不一定能判定一個人是男性或女性。他最先研究了帶有 XX 染色體的男性。當父母的 X 和 Y 染色體在交換資訊時沒有排列整齊，來自 Y 染色體尖端的基因斷開，最後跑到 X 染色體上，這時就有可能發生「德拉夏培爾症候群」（De la Chapelle syndrome）。

馬丁內茲－帕提尼奧花很多錢找醫生檢查，他們告訴她，她有睪丸，藏在陰唇內的隱密處，而且她沒有子宮，也沒有卵巢。不過這些醫生還發現，馬丁內茲－帕提尼奧的睪丸雖然會產生跟男性同樣高的睪固酮濃度，但她有雄性素不敏感症候群（androgen insensitivity syndrome，簡稱AIS），也就是說，她的身體對睪固酮的需求充耳不聞，因此她完全發育成女性。大多數女性可以善用體內分泌的少量睪固酮在運動方面帶來的好處，但馬丁內茲－帕提尼奧根本無法利用。

性別檢測結果公開後差不多三年，奧會醫學委員會在 1988 年首爾奧運開會，裁定應該恢復馬丁內茲－帕提尼奧的資格。只不過，她的運動生涯那時已經受到阻撓，以十分之一秒的差距失去 1992 年奧運的參賽資格。

受到馬丁內茲－帕提尼奧事件的鞭策，國際田徑總會在 1990 年從各國召集了一群科學家，想要決定如何一勞永逸地辨別女性選手當中的男性，以求競賽公平。專家們的回應是：別問我們！這群科學家反而建議徹底廢除性別鑑定檢測。到 1999 年，國際奧林匹克委員會（簡稱國際奧會）終於決定，只在遇有質疑聲浪時才對女性運動員進行檢測，儘管如此，他們還是沒有明確標準可用來判定何謂合格女性。

問題在於，人類生物學就是不會像體育主管機關希望的那樣，客氣地把人分成男性和女性，而且過去二十年的技術進展完全沒有帶來絲毫改變，未來也不會有任何改變。耶魯大學榮譽教授米隆．吉內爾（Myron Genel）說：「我看不出我們要怎麼提出不同於二十年前所做的結果。」吉內爾也是建議國際田徑總會廢除性別檢測的一員。

醫生群最後判定，馬丁內茲－帕提尼奧受到不公平的對待。他們確定，就競技目的來說她是女性──是個既有陰道也有隱睪，有乳房、但沒有卵巢或子宮，而且體內雖有跟男性等量的睪固酮卻遲緩流著的女性。

不管是身體部位還是體內的染色體，都無法明確辨別男女運動員。那麼究竟有什麼遺傳學上的理由，要把男女分開考慮？

——本文摘自 大衛・艾普斯坦（David Epstein），《運動基因：頂尖運動表現背後的科學》，2020 年 12 月，行路出版，未經同意請勿轉載。