防疫宅在家的三個科學抒壓提案

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。

從惡夢到創意靈感的奇妙旅程

1987 年，美國塔夫茨大學醫學院（TuftsUniversitySchoolofMedicine）的恩尼斯特・哈特曼（ErnestHartmann）帶領了一項深入研究，比較了十二名終身受惡夢所擾的人、十二名夢境生動的人，和十二名既非惡夢受害者也不是夢境生動的人。每位受試者均接受了結構式訪談、心理測驗和其他措施，以評估他們的性格。研究人員發現，受惡夢困擾的人比起其他兩組受試者，具有更強烈的藝術和創作傾向。換言之，在夢中想像邪惡或危險力量的心智，清醒時也可用其豐富的想像力發揮創意。

惡夢曾為許多知名作家的作品提供靈感。聞名全球的恐怖小說作家史蒂芬・金（StephenKing）在飛機上睡著，夢見了一名瘋狂女子囚禁並殘害了她最喜愛的作家，結果成了《戰慄遊戲》（Misery）一書的靈感來源。

《鬼店》（TheShining）的構思也來自於一個夢。史蒂芬・金和妻子是一山中度假飯店僅有的兩位客人，當時飯店由於季節即將關閉。他在夜裡夢見自己三歲的兒子尖叫著跑過大廳，被消防水管追趕。他從惡夢中驚醒，滿頭大汗。史蒂芬・金回憶，當時他點了一支菸，望向窗外：「菸抽完時，這本書的架構已經在我的腦海裡成形。」

我們如何看待法國和其他處的史前洞穴壁畫及其他古代文物？世界各地所描繪的許多生物，都是人獸混合的動物形象，使得考古學家不禁心想，這些奇特的圖像是否可能是受到了夢境的啟發？惡夢既是人最容易記住的夢境，這些會不會是最早對惡夢的藝術描繪？我同意此種看法。我們有理由認為，說故事本身也許源自於分享夢和惡夢的渴望。

如何引導夢境來激發創意？

古埃及人建造了睡眠神廟，讓人可以在此處睡覺，希望能誘發夢境，幫助他們治癒疾病或做出重要決定。古希臘人也會去特殊的神殿祈禱，希望做一個能解決問題的夢。希臘人稱此作法為「孵夢」。現今研究顯示，孵夢不僅僅是建立在信仰上的古老方法，它背後有真正的科學依據。

研究人員發現，做夢的人可以透過暗示來影響夢境發展。雖說這不是萬無一失的過程，但他們發現，光是表達你想夢見某個人或特定主題的意圖，通常就能將夢境推向此方向。透過此種方式，我們也許能引導自己的夢境，來幫助激發創意、思考社交難題和考慮重大決定。哈佛大學夢境心理學家芭瑞特要求她的學生在睡前十五分鐘思考一個情感相關的問題。結果，半數學生表示，他們做了與此問題有關的夢。

由於夢境如此視覺化，所以，入睡時在腦海裡設想某個人、想法、地點或問題，將有助於你孵夢成功的機率。正如我們在關於惡夢的章節中所了解，我們可以運用意象預演療法改寫反覆出現的惡夢，重新編排夢境情節，使其變得無害，甚至給它更好的結局。這種方法聽來雖然簡單，但相信你也記得，研究也證明此法常常能成功幫助人們擺脫惡夢。孵夢也一樣，聽來雖像是一廂情願的想法，但嚴謹的研究已證實了此種方法引導夢境的效用。

MIT 前沿科技助力夢境設計

麻省理工學院媒體實驗室（MediaLab）的研究人員，一直致力於開發睡眠和夢境設計技術，希望藉此大幅提升創造力。研究裝置會感知受試者進入睡眠的情況，並提供口頭提示，詢問受試對象在想什麼，然後記錄對方的反應。如我們將在第8章所見，現今還有其他方法可利用感官來設計夢境內容。

正如我們探討如何減輕惡夢時的方法，你也可以在紙上寫下自己的意圖，放在床邊，或將希望夢見的事物相關圖片、物件放在床邊。這不僅僅是某種象徵儀式，而是人們見證能啟發他們夢境的有效方法，就好比我們將原料放進鍋裡，等待夢境以全新、意想不到的方式將它們混合。

當解決方案能在腦海以視覺呈現時，孵夢最容易成功，原因是視覺皮質在快速動眼睡眠期間十分活躍。睡前請回顧一下你想夢見的問題或主題，想像自己夢見了這個問題後醒來，然後在床邊的紙上寫下夢境。

芭瑞特的學生選擇了學術、醫療和個人方面的問題，並記錄哪些夢境為他們的問題提供了潛在的解決辦法。其中一名學生搬到了一間較小的公寓，無法找到不顯雜亂的家具擺放方式，結果他夢見將五斗櫃搬到客廳，這名學生實際嘗試了一下，果真有效。另一名學生在選擇麻州或其他地方的學術課程時陷入兩難，他夢見自己乘坐的飛機需要緊急降落，夢裡飛行員說降落在麻州太過危險，做夢的學生一想到這個夢，便意識到了選擇其他地方課程的決定。

即便不記得自己的夢，它們也能影響你清醒時的想法。你也許會突然靈光一閃、腦海瞬間蹦出想法或沒來由地想到解決辦法，這些靈感很可能來自於我們的夢境。不論記不記得，我們每晚都會做夢，而我們的夢夜夜都在為我們從事創意工作。

——本文摘自《我們為何會做夢：睡夢中的大腦如何激發創造力，以及更好地改善清醒時的生活》，2024 年 11 月，悅知文化出版，未經同意請勿轉載。

本文由 財政部國庫署 委託，泛科學企劃執行。

你注意到了嗎？在品酒時，品酒師不會一口乾，而是充分觀察、品嚐後才會下肚。這些動作可不是單純裝模作樣，而是有科學根據的。品酒有五個基本動作：觀察、搖晃、聞、啜飲與漱口、吞嚥，究竟我們的感官跟大腦是怎麼接收酒的訊號呢？

從最簡單的「嗅覺」開始，酒杯湊近口鼻、進入口腔，我們可以聞到「外部」和「內部」的香氣。外部指的就是用鼻子聞到的香氣，是先穿越鼻孔到達嗅上皮組織，形成我們所熟悉的正鼻嗅覺。而內部呢？那些已經在我們嘴巴裡的酒液，會走鼻咽和後鼻孔這條路，最終到達嗅覺粘膜。即使這口酒已經被喝下去，只要輕輕呼口氣，也依然能「聞」到酒味。

另外，口鼻之間的通道，也就是鼻咽，在吞嚥的過程中會關閉，所以在吞嚥時會有一種「味道好像弱掉了」的錯覺，但其實只是你暫時無法靠鼻間的任何通道呼吸而已。這也是為什麼品酒師會要把酒液含在嘴巴裡漱口，甚至還會打開嘴巴吸一口氣。

緊接在嗅覺之後的「味覺」，則是重頭戲！食物進到嘴巴，溶解在唾液中，啟動了味覺受器。人類可以透過味蕾的受器感受到「鹹、酸、苦、甜、鮮」五種味道。不過，也有部分的人不喜歡酒的原因，正是因為味覺。美國賓州大學農學院過去研究發現，人體中的苦味受體來自基因 TAS2R13 和 TAS2R38，辣椒素受體則來自基因 TRPV1。因此不同的基因表現，影響著人們對這兩種味道的感受，也決定了他們的攝取喜好。

講完了嗅覺和味覺，別忘了品酒前的「觀察」。事實上，人們對風味的知覺基礎，來自多重感官的整合。當我們在觀看一杯酒的色澤和濁度時，大腦已經在默默「品嚐」它了。就像是望梅止渴、看到好吃的大餐肚子就先餓了起來。

除上述提到的「身體」感官，其實喝酒的時段、溫度、聲音、順序也會影響我們「心裡」的感受。但話說回來，在品酒前，最重要的應是選擇安全以及衛生的酒品來源，就是要慎選合法的販售業者，並挑選標示內容清晰、完整的酒品。

財政部自 2003 年起委託專業執行機構共同推動「優質酒類認證」制度，從原料、製程、品管、後續追蹤等層層把關，最後通過優質酒類認證技術委員會審查的酒品，才能被授予使用 Ｗ 字型認證標誌。因此，選購有 W 認證標誌的優質酒品，可以讓我們在品飲時更加安心！

 資料來源：財政部國庫署 廣告