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不只有經濟制裁!面對烏克蘭危機,國際科學界正展開行動

Lea Tang
・2022/03/02 ・2270字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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2 月 24 號,俄羅斯軍隊入侵烏克蘭。當世界開始祭出各項制裁時,各國科學界也正在動作——終止與俄羅斯的科學合作計畫

歐洲議會科學談判代表克里斯蒂安.埃勒(Christian Ehler)認為,歐盟委員會應立即停止支付俄羅斯參與歐盟「展望 2020」(Horizon 2020)和「展望歐洲」(Horizon Europe)等研究計畫的費用,並拒絕其參與。圖 ∕ EU Parliament

停止多項與俄羅斯的科學合作

2 月 27 號,烏克蘭教育和科學部青年科學家委員會呼籲歐盟「緊急暫停與俄羅斯機構的各種國際合作」:包括終止俄羅斯參與全球最大型的科研架構計畫「展望歐洲」(Horizon Europe) [註 1] ,並督促將俄羅斯從兩個國際研發企業——法國的國際熱核融合實驗反應堆(ITER, International Thermonuclear Experimental Reactor)和瑞士的歐洲核子研究中心核研究中心(CERN, the European Organization for Nuclear Research)——驅逐。

為期七年的展望歐洲(Horizon 2020, H2020)計劃,目標在投資研究與創新計劃,投資實驗室中具高潛力和前瞻性之技術,協助產業創新與提升市場規模。

歐俄聯合火星任務取消

歐俄聯合火星探測計畫(ExoMars, Exobiology on Mars)是一項調查火星過去居住環境的天體生物學專案計畫。此計畫原定 2020 年啟動,在 COVID-19 疫情影響下延至 2022。如今,俄羅斯的這場軍事行動為這項計畫又添變數。

圖 ∕ ESA Exomars robot

歐洲太空總署(ESA)於 2 月 28 日宣布,「火星探測器」的發射受西方對俄羅斯的國際制裁及其後續效應影響,將至少再延後兩年。

與此同時,美國麻省理工(MIT)也結束了一項與斯科爾科沃科技學院(Skoltech)長達十年,具爭議的合夥關係。 這項始於 2011 年的計畫旨在莫斯科附近打造另一個矽谷。儘管外界擔心該計畫可能以國家安全及人道主義問題換取經濟利益,麻省理工仍在 2019 年同意與 Skoltech 的合作延長五年。

這是在對俄羅斯政府侵略烏克蘭的行動表示拒絕。

過去,MIT 常被指控以金錢導向,專門與有爭議但富有的對象,例如,中國、新加坡和阿拉伯聯合大公國等專制國家、性犯罪者傑佛瑞.艾普斯汀(Jeffrey Epstein) 建立夥伴關係。麻省理工學院院長拉斐爾.賴夫(Rafael Reif)認為,Skoltech 計畫起源於特定的歷史時刻。當時,美國正致力於重設與俄關係,而俄羅斯也正積極尋求建立創新經濟。

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如今,俄羅斯的侵略行為讓西方高等教育機構開始從新審視與俄關係。

對俄羅斯轉讓技術的制裁

除了學術性的計畫受阻,俄羅斯科學事業的附帶損失正在增加。

德國研究部下令暫停與俄羅斯的合作後,馬克斯普朗克地外物理研究所(Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik)關閉了俄羅斯 Spektr-RG 研究衛星上由德國運營的 eRosita X 射線測量望遠鏡。

幾個國家的數學學會也宣布不參加原定於 7 月在俄羅斯聖彼得堡舉行的國際數學家大會,並改以線上方式進行。

俄羅斯科學家的聲援

即使俄羅斯科學家將因為聲援烏克蘭而被指控叛國罪[註 2],仍有超過 6,150 名俄羅斯科學家和科學記者連署公開信。他們認為發動這場戰爭只會把俄羅斯推入絕境(a step to nowhere)且被國際社會唾棄孤立。

根據 2 月 24 日公開信中所言,俄羅斯對烏克蘭的入侵意味著俄羅斯科學家再也無法正常工作。

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畢竟,做科學研究不像走獨木橋,它仰賴著不同國家間的合作。

烏克蘭科學家何去何從?

面對俄羅斯的侵略,烏克蘭科學家則面臨了誓守故鄉、或是到鄰國展開新生活的兩難選擇。

在歐洲,部分機構為烏克蘭科學家提供避難所。波蘭科學院下的青年學院(PAN, Polish Academy of Sciences)安排了數十間願意收容難民科學家的研究所及大學。PAN 生物有機化學研究所的雅切克.科拉諾夫斯基(Jacek Kolanowski)表示:「我們希望協助他們在自己的專業領域找到工作。」

到目前為止,波蘭科學院已經協助了一些人到華沙擔任心理學家、到盧布林擔任癌症研究員,和到波茲南擔任法學教授。

在俄羅斯軍隊持續攻擊下,烏克蘭首都基輔煙硝四起。圖 ∕ REUTERS/Gleb Garanich REFILE – CORRECTING LOCATION

很多烏克蘭科學家誓言捍衛自己的國家。

隨著俄羅斯軍隊持續侵入基輔,堅守家鄉的神經生理學家奧列格.克里斯塔爾(Oleg Krishtal)表示:幾乎所有人都拿起了武器。基輔植物研究所所長謝爾蓋.莫西亞金(Sergei Mosyakin)擁有四國國籍,但他並未撤離,他說:

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我是烏克蘭人。而我認識的大多烏克蘭人並不怕為自己的祖國而死。

註解

  • 註1:截至目前(2/28),俄羅斯仍然是 Horizo​​n Europe 和其它歐洲資助計劃的一部分。
  • 註2:俄羅斯總檢察長辦公室宣布,任何向反對俄羅斯聯邦的國家或組織提供援助的人都可能被指控犯有叛國罪。當局逮捕了數百名街頭抗議者,包括著名的演化遺傳學家 Georgii Bazykin,他於 2 月 27 日在莫斯科市中心手舉「今天就停止戰爭」標語後被拘留。現已釋放正等待進一步的審判。
  1. After invasion, Ukrainian researchers turn into resistance fighters and refugees
  2. EU should sever scientific ties with Russia, says leading German MEP
  3. Horizon Europe
  4. ExoMars2020: how coronavirus played a part in postponement of Mars mission
  5. MIT ends Skoltech partnership over Ukraine war
  6. An open letter from Russian scientists and science journalists against the war with Ukraine
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Lea Tang
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徜徉在極北之海的浪漫主義者。 喜歡鯨豚、地科、文學和貓。

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伺服器過熱危機!液冷與 3D VC 技術如何拯救高效運算?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/04/11 ・3194字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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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。

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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?

為什麼電腦在運算時溫度會升高呢? 圖/unsplash

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。

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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。

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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?

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液冷與 3D VC 散熱技術:未來高效散熱方案解析

除了風扇之外,目前還有哪些方法可以幫助電腦快速散熱呢?圖/unsplash

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。

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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。

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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。

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科學新聞誰來說?當科學家與記者意見相左時!——《是炒作還是真相?媒體與科學家關於真相與話語權的角力戰》
商周出版_96
・2025/04/05 ・4280字 ・閱讀時間約 8 分鐘

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同床異夢:科學家與科學記者間的緊張關係

為了新成立的科學媒體中心負責人一職準備面試期間,我讀到許多科學家的意見,他們指出媒體對MMR疫苗和基因改造等議題的報導削弱了公眾對科學的信任。然而,當我更深入閱讀當時的科學新聞時卻發現情況並不那麼單純,許多嘩眾取寵的報導出自綜合記者或政治與消費的分線記者,消息來源是善於操縱媒體的運動人士而非優秀科學家,反觀科學記者筆下的報導則多數公正平衡。

中心成立後的頭幾個月主要是諮詢,過程中我與一些傑出的科學記者交流,詢問新的科學新聞辦公室如何產生價值,他們花了很多時間回應我接二連三的提問。互動中我清楚意識到科學記者不需要別人教他們怎麼做報導,而且他們其實與科學家一樣苦惱,覺得手機、核能、複製技術等等議題有太多聳動新聞。後來討論焦點就放在科學媒體中心如何改善現況,方法包括鼓勵科學家接受訪問,以及提升科學專業在編輯室內的地位。

一種說法認為科學記者是個特別的記者類型。有人向英國廣播公司前新聞部主任弗蘭.安斯沃思(Fran Unsworth)提出疑問:為何她們的公司高層很少人有科學報導背景?她短暫遲疑後回答:英國廣播公司的科學記者大都熱愛自己的工作,喜歡報導更甚於管理。我在其他媒體也注意到同樣現象,許多科學、醫藥、環境記者在專門領域耕耘超過二十年。湯姆.菲爾登被問到為何熱愛科學報導,他的回答是:

科學報導的內容幾乎都是探索性而非指控性—代表我和科學家都能開開心心回家!而且我能在自由出入實驗室、見到地球上最聰明的一群人、對他們的畢生心血提出各種粗淺的問題,這是多麼大的特權。再來科學新聞多彩多姿,生醫、太空、氣候、生物多樣性、古生物……最後一點,科學新聞很重要,是現代社會不可或缺的一部分。

「要迅速還是要正確?」——新聞編輯室裡的艱難選擇

二○○二年科學媒體中心剛成立時,社會上針對科學和媒體之間為何緊張有過一波辯論,其中一個話題是科學價值觀與新聞價值觀的矛盾。已故的理查.多爾(Richard Doll)爵士教授是發現吸菸與癌症關聯的科學家,他曾經對著滿屋子的記者一語道破:「你們不喜歡老調重彈、報導大家都知道的事情,總想找些新鮮的。但很可惜,科學裡新的事物通常不對,真理需要透過時間慢慢建立。」

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科學追求真理累積,媒體偏好新鮮話題,價值觀自然衝突。圖/unsplash

另一方面,懂得反求諸己的記者通常也不諱言表示媒體反映真相有很多侷限。《華盛頓郵報》資深記者大衛.布羅德(David Broder)一九七九年曾說:「我希望媒體能一再重複、直到大家明白—每天送到門口的報紙,只是記者對過去二十四小時內聽聞的某些事情做出片面、匆促、不完整的敘述,內容不可避免會有瑕疵與偏差。」難怪科學家對記者戒慎恐懼,而記者與科學家合作時也倍感挑戰。曾經有位報紙編輯對著一房間的皇家學會成員說:在他的編輯室內,「要迅速還是要正確」這問題只會有一個答案。那些科學家的惶恐表情我歷歷在目。

我進入媒體關係工作之前拿的是新聞學學位,至今仍記得一位前記者曾在講座中告訴大家:「車禍後無人傷亡」不能成為新聞,「車禍導致五名青少年死亡」才能引起大眾關注。研究媒體的學生辯論新聞價值觀已經辯了數十年,也有人大膽嘗試不同做法,比方說《龜媒體》(Tortoise Media)之類新興平臺就訴求「慢新聞」,旨在建立有別於速度至上的新模型,透過「慢速新聞學」理念以更長時間來更加深入地製作更大、更複雜的報導。但儘管媒體業界發生許多變化,傳統的新聞價值觀仍屹立不搖。

科學媒體中心所有工作都是為了支持科學報導的高標準,不過我們在二○一一年列文森調查期間發現還有其他機會能夠撼動這些標準。該調查由布萊恩.列文森勳爵法官(Lord Justice Brian Leveson)主持,目的是在《世界新聞報》(News International)竊聽醜聞案後瞭解英國媒體業界有什麼慣例。我當時的同事海倫.賈米森(Helen Jamison)建議我們向調查庭提交證據,幾杯所謂的「女士汽油」下肚後,她操著濃厚曼徹斯特口音說:「傷害公眾利益的不是竊聽名人電話—而是糟糕的科學報導。」隔天我們發郵件給幾位科學通訊人員,詢問他們關注什麼議題,一週後就提交多頁書面證據。

我告訴同事自己被傳喚去做口頭證詞時她們還覺得我在瞎掰。小組內部連續幾週密切關注各大媒體如何報導列文森調查案,包含麗貝卡.布魯克斯(Rebekah Brooks)、阿拉斯泰爾.坎貝爾、保羅.戴克瑞(Paul Dacre)和安迪.考森(Andy Coulson)在內很多媒體界大人物都有出庭,而今居然也有我一份,令人興奮又忐忑—被傳喚的人只有我代表科學界,一定要把握好機會。

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標題戰爭:聳動 vs. 精準,誰來決定科學新聞的呈現?

但其實我沒進過法庭,緊張情緒一目瞭然。印象特別深的是御用大律師羅伯特.傑伊(Robert Jay)和列文森勳爵本人一再要我放慢語速。官方紀錄上,提醒我兩次還不見效,列文森這麼說:「不必因為半小時的限制就講很快,時間是可以延長的……而且我有點擔心,總覺得速記員頭上好像冒煙了。」

我的主要論點是媒體長期以來執著於同一套價值觀,在書面證詞中也有所描述:

追求引發恐慌的故事、誇大單一專家從小規模研究得出的結論、不願將令人擔憂的研究結果置於宏觀而令人安心的脈絡、為了平衡而捏造不存在的學界歧見、過分偏愛另類觀點等等。

當天《獨立報》恰好印證我的觀點,一篇跨兩頁的報導標題為:「眼盲者重見光明—患者因幹細胞『奇蹟』痊癒。」然而實際情況是患者並未痊癒,雖然回報視力小幅度改善(他們原本視力極差,已被登記為盲人),但這僅僅是一項安全性研究,而且只有兩名患者參與。當然,研究本身是值得報導的,在幹細胞研究剛起步、真人試驗剛開始的時期,這是個重要的進展。問題在於報導口吻暗示科學研究取得了巨大突破,可能給成千上萬黃斑部病變患者帶來不切實際的希望。

同一天稍晚我揪著心打電話給《獨立報》科學編輯史提夫.康諾,告知我將他的報導當作科學新聞不良案例交給列文森調查庭。他當然談不上高興,但至少沒發飆,所以我鬆了一口氣。原來前一天晚上他提交的原稿內容較精緻,但夜班編輯決定將報導放在頭版,所以文字編輯就對標題進行過加工。康諾將原稿發過來,我們倆就在辦公室玩起「找出不同點」的遊戲了。

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離開法庭時,《太陽報》總編輯攔住我。我在證詞中批評他們前一週煽動恐慌,報導內容是居家用品內的化學物質,但標題卻叫做「商店貨架上滿滿的乳癌『風險』」。原本我以為對方要吵架,沒想到他說《太陽報》真心想改善科學報導品質,邀請我們為報社裡的一般新聞記者開一場科學報導培訓班。隨著列文森調查案持續推進,業界標準似乎終於迎來變革,而且這一次沒有落下科學新聞。

作證時我順便提出有必要為科學報導制訂新的指導方針,還誇下海口表示只需要幾小時就能與記者和科學家共同完成草擬。一週後,調查庭將人召集起來要我們開始,沒想到折騰了整整一天,而且過程中好幾次我都擔心無法達成共識。標題就是特別棘手的項目,記者和文字編輯很堅持標題只追求簡潔和引人注目,沒必要精準總結文章內容,但科學家聽了很火大,認為這是合理化不精準的敘述。

科學家要求標題的正確性,記者堅持要簡潔吸引,雙方激辯不休。圖/unsplash

我感覺自己成了全球和平談判的調解員,必須設法安撫所有人不拍桌走人並達成協議。所幸雙方都有成就這樁美事的意願,最終相互妥協:標題不應誤導讀者對文章內容的理解,且不應以引號包裝誇大的敘述

總體來說,新指導方針鼓勵記者從協助大眾的角度切入,告訴閱聽人什麼證據是可靠的,又有什麼證據還在研究階段。例如其中有幾條的內容是:新聞故事應附上來源以便讀者查詢。應標明研究的規模、性質和侷限性。應指出研究處於何種階段,並從合理角度預估新療法或新技術能為民眾所用的時間點。

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我們將指導方針寄給列文森勳爵,很高興他在最終版本的報告裡也建議採用。調查案結束後成立了獨立報刊業標準組織(Independent Press Standards Organisation)在各大新聞編輯部推廣指導方針,由於制訂過程有編輯和記者的參與所以接受度很高,不至於引起反彈。

為科學家舉辦講座時,我會展示一些因為科學家參與而變得更客觀準確的新聞報導,其中個人特別喜歡的一篇出自二○○八年的《每日郵報》,內容提到一項小鼠研究發現常用的保濕霜與癌症有相關。記者費奧娜.麥克雷(Fiona MacRae)引用兩位不同專家的意見質疑這項研究與人類皮膚的相關性,並指出該研究需要能在人類身上複現才有意義。

專家之一表示:因為這項研究就停止使用保濕霜太「瘋狂」,還補充說明:「小鼠皮膚癌研究其實不太能幫助我們瞭解人類的皮膚癌。」最精彩在於標題是「保濕霜與皮膚癌相關(僅限小鼠)」,而且括號內外用了同樣大小的字體。

從這個案例來看,優秀的記者可以在講述有趣故事的同時確保讀者不會過早丟掉面霜。我還會在講座使用的幻燈片裡摻入一些小報的報導實例來挑戰學術界偏見,比方說《每日郵報》的社論或許爭議頗多,但他們的科學新聞通常品質並不差,不推廣特定立場的時候更是如此,有時甚至優於大報。我還會強調《每日郵報》在英國銷量排行第二,如果連線上版也算進去讀者數超越所有大報,因此務實一點說:如果科學家希望更有效地向大眾傳遞信息,完全沒有不與《每日郵報》合作的道理。

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——本文摘自《是炒作還是真相?媒體與科學家關於真相與話語權的角力戰:從基改食品、動物實驗、混種研究、疫苗爭議到疫情報導的製作》,2025 年 03 月,商周出版,未經同意請勿轉載

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一條 Type-C 線打天下!歐盟規範 13 類產品全面統一,2024 年 12 月底強制生效
宜特科技_96
・2024/12/30 ・3887字 ・閱讀時間約 8 分鐘

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本文轉載自 宜特小學堂,如果您對半導體產業新知有興趣,歡迎按下右邊的追蹤,就不會錯過宜特科技的最新文章!

2024 年底將至,歐盟立法要求 13 類電子產品將強制統一採用 USB Type-C 接口,將在 12 月底強制實施。對於消費者來說是一大福音,對於企業則是重大衝擊,隨著截止日期日益逼近,企業該如何確保自家產品有符合規範,並維持在歐盟市場中的競爭力呢?

點擊圖片收看影片版

早在 2022 年,歐盟就已正式發布有關通用充电器的修訂指令 Directive(EU) 2022/2380,除了筆記型電腦在 2026 年 4 月 28 日才開始適用以外,其他 12 類可充電無線裝置 ( Radio Equipment ),包括手機、平板、數位相機、耳機及耳麥、手持遊戲機、可攜式喇叭、電子閱讀器、鍵盤、滑鼠、可攜式導航設備以及入耳式耳機,從今年 12 月 28 日起,就須統一採用 USB Type-C 充電接口。

這大大提高設備之間的相容性,為消費者提供更方便的充電解決方案,也能減少電子廢棄物的產生。甚至英國政府也考慮比照歐盟規範,開始諮詢是否要求所有新電子裝置採統一充電標準。

歐盟納管的 13 類可充電無線裝置。圖/宜特科技

而歐盟境內將根據這一指令,所有銷售的相關電子設備都需要符合 IEC 62680-1-3:2021(USB Type-C® Cable and Connector Specification)標準。此外,對於充電電壓超過 5 伏特、電流超過 3 安培或功率超過 15 瓦的設備,則須符合 IEC 62680-1-2:2021(USB Power Delivery specification)標準,確保這些設備能夠快速充電,並在各種充電環境下維持高效運作。

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為了不讓OEM / ODM廠商面對新規範無所適從,2024 年 8 月底USB-IF(USB Implementers Forum,簡稱USB-IF)協會緊急推出符合 IEC 62680 測試規範的正式計畫(USB-IF Conformity to IEC 62680 (USB) Specifications Program),針對歐盟關注的 USB Type-C 裝置在「充電功能」上的要求,提供廠商一個簡便且具成本效益的測試流程。如此一來,大家對測試項目就有所依循,能確保自家產品符合規範。

本篇文章我們將火速解讀測項並分享已進行測試的實際案例,想進一步了解規範解讀,或是要帶領產品前進歐盟市場嗎?那就接著看下去吧!

為符合歐盟Type-C規範,USB-IF 公布的 IEC 62680 測試指南

USB-IF 從 IEC 62680(USB)規範繁複的測試項目中,針對歐盟對 Type-C 接口充電效能的要求,去蕪存菁定義了一組最基本的必要測試,測試內容可見 USB-IF 官網連結

Conformity to IEC 62680 測試規範解讀

歐盟Directive(EU)的指令(EU 2022/2380)是對RED(Radio Equipment Directive)2014/53/EU中 3.3(a) 條款的補充,主要確保 13 類無線充電設備統一使用 USB Type-C 接口。宜特整理出符合 IEC 62680 規範的三大測試項目,以便讀者更清楚了解如何達到最新的合規要求。

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USB Type-C 功能測試規範(USB Type-C Functional Test Specification):

此測試項目主要是檢查 USB Type-C 裝置是否符合 USB Type-C 規範要求。測試內容涵蓋多種不同的 USB Type-C 操作模式,包括:

1. UPF/DFP(Upstream Facing Port / Downstream Facing Port):

測試設備在擔任 Host 或 Device 角色時的功能和相容性。

2. DRP(Dual Role Port):

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檢查設備是否能在 Host 或 Device 角色間切換。

這些測試的目標是確保 USB Type-C 裝置能在不同設備間正確運作,並且符合電氣和計時要求,以建立穩定的功能連接。

USB 電力傳送合規性測試規範(Power Delivery Compliance Test Specification):

這部分的測試是確保 USB Type-C 裝置符合 USB Power Delivery 3.1 的規範要求,如果產品支援 Power Delivery,就需要執行這項測試,具體包括:

1. 電壓、電流、電力的要求:

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檢查設備是否符合 USB Power Delivery(PD)規範中定義的不同電壓與電流的要求。

2. 不同模式下的功能測試:

特別是在 PD2 Mode 和 PD3 Mode 下,測試設備的功能和向下相容性,確保設備能夠在不同的 PD 模式中正確運作。

3. USB Power Delivery (PD)

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確保設備能夠正確支持 USB Power Delivery SPR (Standard Power Range/標準功率範圍,簡稱SPR) 或 EPR (Extended Power Range/擴展功率範圍,簡稱EPR),管理電力交換和通信。

這些測試旨在確保 USB Type-C 裝置在提供電力時,能夠滿足規範要求,從而確保設備在實際使用中的安全性和穩定性。

USB 電源測試規範(Source Power Test Specification):

這些測試是用來驗證 USB Type-C 接口作為電源供應端時的各項功能。如果產品具備Source Power能力,就需要執行以下測試,測試內容包括:

1. 負載測試(Load Test):

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檢查設備在不同負載下的電壓和電流變化。

2. 過電流保護(Over Current Protection,簡稱OCP):

檢查設備在過電流情況下是否能夠啟動保護機制,防止損壞。

3. Multi-Port 裝置的電力分配和管理:

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對於具有多個 Type-C Port 的設備,測試其在多個 Port 同時使用時的電力分配和管理功能。

這些測試的目的是確保 USB Type-C 電源在實際使用中能夠安全、穩定、可靠地提供所需的電力,並且在多 Port 裝置的情況下,各個 Port 之間的電力分配和管理也符合規範要求。

案例分享

訊號測試實驗室工程師協助除錯(debug)。圖/宜特科技

宜特訊號測試實驗室透過符合 USB-IF 規範的測試儀器進行測試,並擷取過程中未通過的資訊,提供給廠商進行除錯後(debug)順利取得相關證書。以下分享兩個案例:

案例一 : 合規測試規範變動導致測試誤判的問題排查

在產品測試過程中,可能因為合規測試規範(Compliance Test Specification,簡稱 CTS)更動或是尚未定義,造成測試儀器誤判而未能通過測試。透過側錄的資訊(Trace or Log)檢查未通過的結果與 CTS 似乎有衝突,宜特訊號測試實驗室將此現象反應給儀器商進行討論,確認出真正的問題之外,亦會在每週和 USB-IF 協會的線上會議確認是否有類似問題已被提出工程變更請求(Engineering Change Request,簡稱 ECR),未來是否有機會修正為工程變更通知(Engineering Change Notice,簡稱 ECN),並進而修訂 CTS,減少廠商 debug 時間。

案例二 : 負載測試中 Vbus 電壓過低問題的分析與解決

進行負載測試時(Load Test),Vbus 過低且未在規範要求的時間內恢復到合適的電壓範圍,如下圖,若 Vbus 低於 4.75V(VSrcNew(min))且未能在 tSrcTransient 內拉回至 4.75V 以上。儀器就會判定產品未能通過負載測試,這種情況可能導致裝置無法正常工作。遇到這樣的情形,宜特訊號測試工程師會說明規範,讓廠商了解未通過的原因,協助對症下藥、縮短 debug 時間。

tSrcReady 後,Vbus 可以在 vSrcNew 和 vSrcValid 之間存在的時間不應超過tSrcTransient 所定義的時間限制。圖/USB-IF官網

當負載(load)高於或低於 60mA 時,Source 輸出電壓在應對負載瞬態變化時必須遵守以下規範(見下表):

1. 負載高於或等於60mA的情況:

Source 輸出電壓必須在負載瞬態變化後的 5 毫秒內,回到介於 vSrcNew 和 vSrcValid 之間的範圍內。

2. 負載低於60mA的情況:

Source 輸出電壓必須在負載瞬態變化後的 150 毫秒內,回到介於 vSrcNew 和vSrcValid 之間的範圍內。

當負載(load)高於或低於 60Ma 時,Source 輸出電壓在應對負載瞬態變化時的規範。圖/USB-IF 官網

因 Vbus 過低且未在規範要求的時間內恢復到合適的電壓範圍,因此儀器判定未能通過測試。紅線代表未通過的區段。圖/宜特科技

如何進行 USB-IF Conformity to IEC62680?

USB-IF 為了有效管理和追蹤 USB 產品設備,將審查所有提交的測試結果並提供正式的批准。OEM/ODM 廠商可將其 USB Type-C 產品提交至 USB-IF 授權的獨立測試實驗室(Independent Test Labs,簡稱 ITLs)進行正式測試。廠商需要先取得 Vendor ID(VID),VID 可以透過成為 USB-IF 會員或購買取得。有了 VID 後就能進入 USB-IF 網站中登錄產品,USB-IF 會分配給該產品一個 Test ID(TID)識別碼,用於追蹤該產品的測試和認證記錄,接著就能開始進行 Conformity 測試。通過測試的產品會被公開登錄在 USB-IF 網頁上的 IEC 62680 Conformity 名單中,並收到來自 USB-IF 證明產品符合 IEC 62680(USB)規範的通知信。

產品通過 IEC62680 的測試後,USB-IF 寄給廠商的正式通知。圖/USB-IF 官網

雖然 USB-IF Conformity to IEC 62680(USB)為 OEM/ODM 廠商提供了一個正式的測試途徑,以符合歐盟指令,但需要注意的是,這與完整的 USB-IF 認證計畫有所不同。USB-IF 認證計畫提供了更為全面的測試,不僅能證明產品符合歐盟對充電功能的要求,還能驗證其在數據傳輸、可靠性和互通性方面是否達到 USB-IF 的標準。通過完整認證的產品有資格使用消費者熟知且信任的 USB 認證標章,而僅通過 USB-IF Conformity to IEC 62680(USB)規範計畫的產品則無法使用該標章。儘管如此,該新計畫仍能協助 OEM/ODM 廠商快速測試其產品,進一步推動進入歐盟市場的進程。

宜特科技作為 USB Power Delivery(PD)正式認證的測試實驗室(ITL),已取得 USB-IF 最新的 Power Delivery 3.1 技術授權,並同時具備 USB4 V1 電氣測試(Electrical Testing)、USB 3.2 和 USB 2.0 產品認證測試的資格。這些授權能協助客戶進行各類 USB-IF 產品的認證測試,並幫助驗證 13 類 Type-C 可充電無線裝置是否符合 IEC 62680 標準,順利取得 USB-IF 符合性認證。如需要獲得 USB-IF 標章認證,宜特也提供完整的 USB 相容性測試,為產品提供更全面的保障。

本文出自 www.istgroup.com

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宜特科技_96
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