你會為了鮭魚改名嗎？人們如何決定要「同鮭魚盡」｜【科科齊打交】

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。

那是個典型的炎熱的加州夏日，我剛剛從阿拉斯加釣鮭魚回來。這次的釣魚之行跟之前比不算成功，我的嚮導說，外海的商業漁船過度捕撈及氣候的變化，現在越來越少鮭魚回到河裡，他們擔心未來的魚只會越來越少。非常應景的，我一回來就訪談了一家在舊金山叫 Wildtype 的生物新創公司，他們成功在實驗室生產出鮭魚片。

這個公司是由心臟科醫師/細胞生物學家 Aryé Elfenbein 及耶魯商學院的 Justin Kolbeck 共同創立的。之所以成立這個公司，原因是 Aryé 在醫學領域見識到了，細胞全能性所帶來的可能，也看到了目前海洋及河川污然及過度捕撈的現況。而 Justin 則是因為在阿富汗的經歷，親身體驗過 food insecurity 這件事情有多麽嚴重，進而思考是否有辦法讓資源匱乏的地區也能夠獲得新鮮的食物。

在這樣的前提之下，讓他們重新思考，是否人類真的需要透過動物才能獲取肉？於是，他們在 2019 年一同成立了 Wildtype 這間公司，希望在這海洋、河川資源逐漸匱乏、到處都是塑膠微粒、重金屬的環境下，可以提供一個更永續、更安全、更人道的方式來獲取肉。

而當他們決定這個目標後，他們開始思考要往哪個方向去做，而最後選擇鮭魚主要有三個考量：第一，鮭魚是世界第二大的消費魚種，若能生產鮭魚，對於減少濫捕的會有顯著助益；第二，身為心臟科醫師的 Aryé 認為若要生產商品，也希望將世界帶到比較健康的方向去。富含 Omega-3 的鮭魚，將對大眾的健康更有助益；第三，鮭魚目前市場價格約在每磅 8 美元，比起每磅 1 美元的雞肉，鮭魚的市場價格能提供他們更多的研發空間。

用「啤酒槽」養出鮭魚細胞？

美國人吃鮭魚，其實只有魚側面的兩塊菲力，其他的部分包括魚頭及內臟，大約有五成的魚體都會在處理後丟棄。於是 Aryé 與 Justin 思考，是否可以生產需要的部位就好？

答案是肯定的，而且其實製作起來更可行，生產魚片還是比生產魚頭來的單純很多。

實驗室鮭魚有兩個主要步驟，第一步在生物反應器（bioreactor）放大細胞數量。就像啤酒發酵槽，在生物反應器裡面放入細胞生長所需的最佳營養，並透過不間斷的打氣循環，讓細胞在裡面懸浮生長。

這個過程，細胞數量通常呈指數性的生長，短短幾週可以生長到萬倍之多。不過有一點要非常注意，整個細胞培養的過程必須是無菌狀態。如若不然，即使只是一個細菌、一顆黴菌孢子，在這麽營養的生長環境之下，也會跟著目標細胞一起被放大數萬倍。

第二步是讓細胞在支架裡生長。這裡他們利用植物纖維製作出支架，將細胞循軌跡生長，進而成為漂亮的魚片。不過我很好奇，那個鮭魚肉典型的白色紋理是怎麼做到的？Aryé 說那是脂肪細胞。

簡單來說，在生物反應器生長的這群細胞，就像是幹細胞一樣，尚未分化成不同功能的細胞^[註1]。他們發現，透過改變支架的軟硬程度，及調整培養基的成分，可以誘導尚未分化的鮭魚細胞，分化成肌肉細胞或脂肪細胞，進而產生橘白相間的鮭魚肉。

培養出的魚肉品質如何？味道好嗎？

由於這個產品從收穫到包裝幾乎沒有時間差，我很好奇這個魚肉到底味道如何？一般市場買到的魚，即使處理得非常快速，還是跟現釣的相去甚遠，魚腮、黏液、內臟、血液，都會帶有腥味。Aryé 笑著說，沒錯啊就像現釣。

現在人其實非常少能接觸到極新鮮的魚，所以大家習慣的魚其實都是有點魚味的。所以他們在試吃的過程，很多人的反應都是他們的魚肉沒有味道，因此後來他們還特別去研究，增加一點空氣接觸，讓肉熟成一下，產生魚味。

關於保存期限，Aryé 表示，由於魚肉是在無菌狀態下生產的，所以非常非常耐放。他們目前還沒有做過完整的儲藏性實驗，但合作的廚師把他們的魚肉（未拆封狀態）放在冰箱一個月之後，吃起來還是超級新鮮。

甚至放置在室溫之下，目前的結果顯示幾天之內都不會腐敗。雖然仍需要更進一步的實驗，但如果結果屬實，短期運輸就能不需要冷鏈，除了降低運輸成本，也可以運送到冷鏈不發達的地區。

根據一篇 2019 年的訪問^[註3]，因為結構的問題，這個魚肉產品煮完會散掉，因此只能生食，在我看來這樣可能會降低消費者的購買興趣。Aryé 表示這點已經克服，只需要多培養一些時間，讓細胞間的結構比較扎實，就可以正常烹煮了。所以他們的產品現在可以做各種烹調法，不再局限於生食而已。同時，他們也正在規劃試吃間（tasting room），之後有進一步消息會再行公告。

潛在的吃素市場

我在進行這個訪問之前，先在我的個人臉書做了市調，結果反應最熱烈的是吃素的朋友。除了天生吃肉會過敏、一輩子要吃素的族群以外，很多人吃素是因為抱持著不殺生、不剝削動物、環境保護的原則。

雖然還有一些道德性的思考需要去界定到底吃鮭魚細胞算不算殺生，但普遍吃素的朋友都會願意去嘗試這樣的商品，並非常期待這樣的商品能夠趕快出現在市場上。

目前 Wildtype 的鮭魚，仍在小量生產的試驗階段，所以價格還是很高。目前做一盤六片的鮭魚握壽司，要價 50-100 美金。但他們很有信心，在持續的研發跟改良之後，他們最終希望售價可以降到一磅 10 美金左右，讓消費者可以在 Trader Joe’s（美國的平價超市）之類的商店輕鬆購買。

人造鮭魚還算是「魚」嗎？

目前 Wildtype 尚未拿到 FDA 核准上市的認證，因為這是一個非常嶄新的產品，法規和食品標準都尚未成形。但 Aryé 透露目前的溝通都算順利，他們被要求提供的資料及數據都算合情合理。

我繼續問，那這樣的商品可以被標示為鮭魚嗎？他說這個問題也在討論之中，但應該不會直接就寫鮭魚肉，畢竟和傳統捕撈的鮭魚不同，而且他們也希望告訴消費者這是鮭魚細胞製作而成，並不是源自於傳統的鮭魚。

但根據耶魯消費者中心的市調^[註3]，由於這個概念太新了，無論是「實驗室鮭魚」、「人造鮭魚」、「人工培養鮭魚」等等，目前並沒有一個名詞可以讓消費者馬上理解。

所以 Aryé 覺得最後可能會像 Impossible burger 那樣，在商品名稱下直接加一個描述句「使用植物製成的漢堡」。而他們公司希望可以在商品名稱 Wildtype salmon 之下，標註「本產品使用鮭魚細胞並在食物加工場域製作」。

最後，他也補充一個很有趣的點：根據他們內部的市調，成人消費者對於這個新概念很難理解，但五歲小孩們卻都能馬上領會。可見以人工培養鮭魚細胞對於下個世代而言是很自然的事。

文獻資料

1. Wild Type’s Cell-Based Salmon Costs $200, But Not For Long
2. Allan, S. J., De Bank, P. A., & Ellis, M. J. (2019). Bioprocess design considerations for cultured meat production with a focus on the expansion bioreactor. Frontiers in Sustainable Food Systems, 3. 44-44.
3. Labeling the future: ______ salmon

S編按：【科科齊打交】是我們希望與大家一起進行的對話形式，期待在討論的過程中，我們能離知識更近一些。

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