從色彩恆常性的兩個實驗，來理解人類怎麼看見色彩

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。

採訪/L編

十幾年前，行動電話要輕巧方便好攜帶；而這個年頭，人們為追求大螢幕的視覺效果，反而接受逼近平板大小的手機。雖然在大螢幕手機上玩遊戲、看影片比較舒服，閱讀文章能防老花，又可以顯得臉小，卻有個麻煩的缺點：實在太大了。若想將大螢幕配件放入口袋說走就走，有什麼好方法嗎？

不如就把螢幕折一半帶著走吧！有別於常見的玻璃螢幕，工研院利用「多用途軟性電子基板技術」（FlexUP），做出紙張般的觸控式螢幕，不僅可以彎曲，也能摺疊，彎曲的特性讓螢幕可以安裝在任意曲面，配備在腕戴式互動裝置，能做成更大螢幕、貼合身體的智慧型手錶，或是裝在衣服上做成天線寶寶裝；摺疊的特性賦予螢幕收納功能，例如以軟性螢幕取代投影機和布幕，或是更棒的：放在行動裝置上，讓平板、手機合而為一。

工研院研發FlexUP技術時，雖然要創造突破性的產品，但也不能太天馬行空，要讓業者的設備勝任新技術，因此工研院以現有的面板生產技術加以開發，在一般製作面板的玻璃載板黏上塑膠基板，讓廠商只需做些微的調整，就能在既有生產線製造軟性面板。製作完成後，再進行塑膠基板切割，從玻璃取下軟性面板。為了讓成品輕鬆與玻璃載板分離，工研院在玻璃跟塑膠基板之間加入「離型層」，讓塑膠基板在加工時維持牢固，完工後又能輕易拆卸。

軟性觸控式螢幕將顛覆使用者習慣

現在智慧型手錶等腕戴式互動裝置的設計，皆因硬式螢幕有所限制，為配合手部曲線，只能做小巧的螢幕，且較不舒適。工研院發表了利用軟性觸控螢幕的腕戴式互動裝置，圓弧的線條可以包覆手臂，做大面積的螢幕，讓腕戴式裝備有更多元的應用。捨去玻璃的FlexUP螢幕厚度只有100微米，如此輕薄的螢幕也讓穿戴式裝置更加舒適。

智慧型手機、平板電腦各有其不可取代性，卻又有許多重疊的功能；滑臉書、上PTT、用Line聊天、看影片、聽音樂、查資料等等，在行動裝置上皆大同小異，差別只在螢幕尺寸造成的使用限制，若能將兩機合體，將會方便許多。配上可摺疊主動有機發光二極體（AMOLED）的可摺疊觸控螢幕，可望讓智慧型手機及平板電腦合而為一：摺疊手機好攜帶、攤開平板防老花。其實任天堂DS遊戲機就有摺疊收納螢幕的概念，但兩個螢幕之前還是有很大的斷層，可摺疊的軟性螢幕讓摺疊機構也是顯示器，形成流暢的大螢幕，不會有銜接的斷層。只有60微米厚的軟性螢幕以塑膠取代玻璃，不僅減輕重量、體積，也能避免玻璃因撞擊造成的碎裂。

電容式觸控面板的原理是感測手指觸摸螢幕時產生的電場，而觸控面板的準確度會被顯示器的電流干擾，當兩者越靠近，干擾會越大。FlexUP觸控板輕薄的優點這時卻成了缺點，FlexUP觸控面板比玻璃面板薄了幾倍，距離下方的顯示器較近，受到較多的干擾而降低觸控螢幕的感應。軟性觸控螢幕雖然很令人期待，但研究人員還在努力突破許多困難，讓技術和成果更加完美。