恭請德前總理梅克爾示範「泡泡認屍法」

本文由 高柏科技 合作，泛科學撰文

林唯耕剛回台灣任教時，曾在清華大學的實驗室裡用一立方公分的「氨」做實驗。沒想到氨氣意外洩漏，那股刺鼻的氣味瞬間瀰漫整棟大樓，引來眾多師生抗議。

「從此以後，我再也不敢在實驗室裡用氨了。」他在《思想實驗室》的訪談中，帶著笑意回憶這段往事。

這段插曲聽來像是一則工程師的寓言：在理論模型中，氨是太空熱控系統的理想介質；但在現實的辦公大樓裡，它首先是逼人逃竄的臭味。公式本身沒有錯，但現實世界永遠比公式更複雜——它包含了人、成本、風險，以及必須為後果負責的工程師。

高柏科技技術專家、清華大學榮譽退休教授林唯耕 ，曾任職於美國 OAO 工程部熱流組，深耕電子構裝散熱與熱管技術多年。隨著 AI 浪潮席捲全球，他鑽研一輩子的老問題再次被推向科技產業的核心：當晶片運算速度無止境攀升，那股伴隨而生的熱，究竟該往哪裡去？

熱不會讀新品發表會

科技巨頭在發表會上熱衷於談論大型語言模型、GPU 規格與驚人的算力。這些詞彙在投影片上光鮮亮麗，彷彿進步毫無邊界。然而，每一次數位運算都紮實地發生在實體晶片上。晶片會發熱、材料會疲勞老化，一旦設備過熱，系統便會降頻保護。在物理現實面前，再動聽的發表會敘事也必須低頭。

回顧個人電腦發展早期，晶片幾乎不需專屬散熱元件。隨後，鋁製鰭片、風扇、熱管到均溫板逐一登場。這段歷程常被視為技術升級，其實更像是對空間的極限勒索：晶片功率翻倍，發熱源的面積卻沒變大，機箱空間也不可能無限擴張。

林唯耕指出，散熱設計的核心只有三要素：功率、熱源面積與空間限制。他舉例，在標準的 1U 機箱中，若發熱面積約為三十乘三十毫米，氣冷系統在達到八百瓦時就會面臨瓶頸。這並非固定的物理常數，而是取決於空間、面積與氣流的動態平衡。最現實的代價在於，風扇轉速提升的背後，是噪音、電力損耗與空間占用。

因此，「液冷技術」的興起並非單純為了追求酷炫，而是算力密度提升後的必然選擇。它能更精準地帶走晶片廢熱，卻也將新的挑戰帶入機房：漏液風險、流道堵塞、材料相容性，以及維運時的難度。工程的進步，本質上鮮少是徹底消滅問題，更多時候是選擇一組「比較值得承擔」的新問題。

太空教他的，不是把答案搬回地面

太空熱控工程之所以迷人，是因為它剝奪了地球上最常見的散熱工具。在真空宇宙中，沒有空氣能讓風扇製造對流；受光面溫度破百度，陰影處卻極度嚴寒。工程師必須純粹仰賴熱傳導、熱輻射，以及熱管與環路型熱管（LHP）來搬移熱能。

熱管運作的關鍵在於「相變」——液體蒸發時吸收大量潛熱，冷凝後重回循環。林唯耕比較了銅與水的熱傳導能力：在他設定的特定條件下，實心銅塊約能傳導 120 瓦的熱能；但若每秒有一立方公分的水發生蒸發相變，移熱量可瞬間拉升至 2.4 千瓦（kW）。他強調「每秒」的觀念，因為散熱談的是動態流動速率，而非靜態的冷卻魔法。

儘管如此，太空科技並不能直接套用到地面。太空元件因考量重量、功耗與維修難度，偏好無馬達幫浦的被動式設計；但地面 AI 伺服器面臨更高的熱負載與環境溫度，往往仍需幫浦驅動流量。當年那場「氨氣洩漏」事故正是最好的提醒：技術是否「先進」，與它是否「適合」當下的場景，始終是兩回事。

好論文，為什麼仍可能造不出好產品

學術研究致力於證明「可行性」，而工業現場則要求「可重複性」——不僅要能運作，還得確保每台出廠的設備都不漏水。林唯耕將此定義為「從 0 到 1」與「從 1 到 100」的差別。後者涉及良率、成本、公差與客戶信任。論文中那次最完美的實驗數據，在產線上往往未必管用。

他從不避談失敗。在高柏科技早期與學界合作時，也曾遇過實驗數據無法複製，或研究方向偏離產業需求。這未必是雙方努力不夠，而是彼此對「成功」的標準不同。為了解決這道鴻溝，高柏科技推動「柏苗啟航創新培育計畫」，每年投入逾千萬資金與成大、中山、台科大等校合作，並指派專業人才在過程中持續微調、校正，確保研發貼近產線現實。

他分享了近期一項液冷工質校正專案。團隊使用非侵入式的超音波流量計進行觀測，但由於儀器預設以「水」校正，換成其他化學流體後讀數便出現誤差。最初嘗試用幫浦壓差推算，卻發現缺乏重複性，數據甚至推導出不合理的蒸發率。最後團隊回歸基本面，改用秤重法搭配能量平衡進行交叉驗證，才讓數據成功收斂。

這個故事真正的價值不在於「產學雙贏」的口號，而在於那段不夠優雅的挫折：假設失效、數據混亂、方法砍掉重練。也正是在這種時刻，企業需要的不只是會算數的人才，而是能洞察研究何時「走鐘」，並有權力喊停、要求重來的關鍵決策者。

林唯耕坦言，過去在校園裡總認為「技術第一、成本第二」，進入商界後才驚覺行銷與信任關係往往才是關鍵。這番話雖然不如科技突破那樣動聽，卻是產品能否進入市場的殘酷真相。再卓越的散熱設計，若無法穩定生產或贏得客戶信任，也僅止於一份精美的報告。

AI 會給答案，誰來負責出貨？

訪談尾聲，主持人國威提出了一個時代難題：假設 AI 能在彈指間生成散熱架構、材料配方與流道設計，企業該選擇全面擁抱 AI 的速度，還是保留緩慢但穩定的工程驗證，以規避潛在的失效風險？

林唯耕拒絕落入二選一的框架。他的觀點是：兩者並存。AI 擅長處理資訊、生成草案；但工程師仍須實作原型，進行嚴苛的性能與可靠度測試，最終由人決定是否出貨。這並非盲目崇拜人類直覺，而是基於一項事實：AI 的資料庫裡，通常沒記載下一次「意外洩漏」或「材料疲勞」的細節，且模型永遠無法為量產結果擔負法律與商業責任。

在 AI 時代，最稀缺的未必是熟練下指令（Prompt）的人，而是具備這種能力的人：能預判答案可能在哪裡出錯、能設計實驗將問題「逼」出來，並且願意為最終的量產品質負起責任。

大眾習慣將雲端想像成輕盈、無重量的空間。但現實中，雲端是由龐大的機房架構而成，裡面裝滿了晶片、管線、泵浦與冷卻液。虛擬算力的每一次擴張，都會在實體世界留下發熱的足跡。散熱工程師的價值，就是不讓這筆物理帳單，被埋沒在光鮮亮麗的投影片背後。

在火山口的岩漿中、在玻璃工廠的熔爐中，也在居家裝潢的油漆桶中。液體表面的泡泡隨處可見，如果以上都沒見過（編按：到底有多少人會親眼看過火山岩漿啦！）那總該玩過吹泡泡遊戲吧，那你有想過為什麼泡泡會破掉嗎？

泡泡會塌陷過去以為是重力，最新研究發現是表面張力

過去科學家認為，泡泡會塌陷主要因素是「重力」，但最新一期《科學》（Science）期刊上有篇研究指出，我們多年來對這些現象的解釋其實並不正確，其實「表面張力」才是主要原因。

當水面的泡泡破裂，泡泡薄膜的形狀還來不及有任何改變，便已經被兇猛的表面張力拉回水面下，整個過程只需幾毫秒。不過濃稠（黏滯係數高）的泡泡可不一樣，光是破裂可以花費整整 1 秒鐘，過程中還出現奇特的皺褶。

上方動畫中濃稠泡泡是用矽油吹製，其黏滯係數是水的一百萬倍。當泡泡上方被刺破，整顆泡泡像是洩了氣一樣向下塌陷，而破洞的大小卻幾乎維持不變。這項觀察讓過去的物理學家認為，主宰塌陷過程的是向下的地球重力。

把泡泡倒過來，發現塌陷速度沒有比正著放還慢

不過這個結論讓波士頓大學的工程學家詹姆士柏德（James Bird）十分不滿意。為什麼重力只對黏稠的液體才算重要呢？然而用理論打嘴砲誰都會，要在實驗上做出結果來才算數。為此，他設計出了絕妙的驗證方法：把重力倒過來。

矽油的黏稠度夠高，讓實驗團隊能夠把整個容器倒過來，並進行同樣的戳泡泡實驗。如果泡泡塌陷真的是因為被重力向下拉，那麼將重力方向倒過來應該會讓泡泡塌陷的較慢。

可是錄影結果和原本泡泡破裂的過程十分相似：頂端的破洞慢慢打開，泡泡快速向液體表面塌陷。接著，實驗團隊還讓裝置轉了90度，讓重力向泡泡的側邊拉。不論重力指向哪個方向，影像分析的結果都沒有顯著的差異，這表示主宰塌陷過程的並非重力。

原版的重力向下實驗在 20 幾年前就有人做過。「那時候會認為重力是主因其實也情有可原，因為泡泡薄膜被戳破時看起來就像是在下落。」論文的共同作者亞歷山卓奧拉蒂斯（Alexandros Oratis）說道。不過進一步的計算顯示，對一顆直徑 1 公分的泡泡來說，作用在薄膜上的表面張力比重力大了幾十倍，而他們的實驗也證實了這個結果。

泡泡塌陷的皺褶怎麼來的？其實是諸多力量較勁結果

表面張力顧名思義，就是隨時想要讓液體表面繃緊；也就是說，讓液體表面盡量保持在平整的狀態。當泡泡在液體表面形成，表面張力想要將凸起的泡泡薄膜向下拉，這時泡泡內外的氣壓差便負責平衡這股向下的力。如果我們戳破泡泡，造成內外的氣壓相同，泡泡薄膜便向下塌陷。

不過如果表面張力這麼強大，那麼泡泡塌陷的後期為什麼會出現這些皺褶呢？

比起完好的半球狀泡泡，破掉的扁塌泡泡表面積較小。當表面張力快速的將破掉的薄膜往下拉，接近周圍的薄膜受到強烈的壓縮力。如果壓縮力夠大，凌駕了想要把液面拉平的表面張力，便會出現表面的皺褶。小小的泡泡能展現出這麼美麗的物理現象，原來是背後諸多力量相互較勁的綜合結果。

這份研究用「顛覆性」的實驗方法，打破了舊有的認知，登上了《科學》期刊的封面。再度顯示科學家最重要的維生工具不是紙筆或試管，而是源源不絕的好奇心與想像力。

參考資料

• A new wrinkle on liquid sheets: Turning the mechanism of viscous bubble collapse upside down BY ALEXANDROS T. ORATIS, JOHN W. M. BUSH, HOWARD A. STONE, JAMES C. BIRD
• New Theory Says We’ve Been Wrong About How Bubbles Pop

• 責任編輯：YP

這當然不是最新續集的片名。

《猩球崛起：黎明的進擊》時間背景設定在黑猩猩凱薩的主人（James Franco飾）死後十年，這十年足以讓人猿社群發展出自己的文明。雖然在真實世界中，這個續集電影距離上集《猩球崛起》不過三年光景，在電影科技的世界裡，卻已相當漫長，長到足以發展出高科技繪圖技術，在工作室中創造一片森林、長到足以讓電影公司捨棄高薪的好萊塢巨星，開發新的票房寵兒－－飾演凱薩卻不曾露臉的Andy Serkis。若他走在路上，絕對只會被當成路人讓你走過路過就錯過，因為不同於傳統電影角色的攝影方法，動作捕捉技術（motion capture）用攝影機捕捉了Serkis的動作當做框架，再以電腦繪出虛擬的人猿凱薩。

動作捕捉技術讓電影團隊能創造出非人類角色，如《魔戒》的咕嚕、《阿凡達》的納美人和《猩球崛起》的人猿，也能改變角色的外貌，像是《班傑明的奇幻旅程》中雞皮鶴髮的Brad Pitt。演員在身上的重點部位（不是那三點）裝上反射標籤，精心校準的單色攝影機追蹤這些標籤的動作，再由內嵌的處理器輸出標籤的確切座標到電腦系統，動作標籤的資料會變成數個互相連接的點，以呈現真人演員如何扮演虛擬角色，然後動畫師將動作標籤的資料連結畫面中角色的肩膀、膝蓋跟腳等部位，將動作調整的更像人猿的生理結構。一部動作捕捉電影同時也會大量使用較常見的高解析度攝影機來記錄整個場景，以作為導演和其他工作人員的參考。

一直以來這件極複雜的工作只在工作室或戶外的小小區域完成，因為要小心控制任何會影響追蹤動作標籤的光照、陰影和反射。但是今年暑假檔的《猩球崛起：黎明的進擊》將動作捕捉技術拉到野外，超過85%的電影都在工作室外拍攝，像是在溫哥華附近的森林和紐奧良周邊的戶外場景，因為電影中有2000隻人猿住在類似雨林的環境，這在技術上是個巨大的挑戰。來自紐西蘭電影特效公司Weta Digital的資深視覺效果總監Joe Letteri說：「我們想要深入下雨潮溼的森林，若想要精準的捕捉動作，這完全就是最爛的狀況。」

為求完美，劇組用了約50台動作捕捉攝影機跟八台高解析攝影機，為什麼要這麼多？Letteri解釋，不像在上集《猩球崛起》中大部分被單獨關在籠子裡的人猿，這集的人猿沒有束縛的四處奔跑，畫面看起來相當擁擠，同時有多位演員在樹叢間移動，不時會擋住單獨一台攝影的鏡頭，有了五十台攝影機，不管發生什麼事，至少會有一台攝影機可以捕捉到最多的動作標籤。工作人員將一些攝影機設置在地上偽裝成苔蘚，其他的放在五公尺高、可以支撐數台攝影機的鋁塔上，將每台攝影機裝設支架，固定在環境中的平台。動作捕捉總監Dejan Momcilovic說，他們精心佈置攝影機，在後製時也仔細移除所有攝影機排列的跡象，但還是可能有眼尖的觀眾在某片葉子或苔蘚下發現攝影機的鏡頭。

為配合拍攝，攝影機的擺設必須每天重新設定和校正，工作人員拿著有動作標籤的桿子在演員會經過的場景走來走去，確定每個地方的攝影機都可以捕捉到動作，一陣強風或是有人拔山倒樹而來撞上攝影機支架，都會擾亂攝影機位置，而讓工作人員必須重新校正。在這個氣候裡，攝影機需要妥善的保護，即使隔天還會回到同樣場景，每天拍攝結束後，還是要將整組設備打包帶走，因為機器不能待在潮溼的森林中。

每個演員在臉部點上白色顏料，由頭戴式攝影機記錄表情，身上穿戴48個標籤，因為無法控制戶外的光線，Weta的團隊無法使用標準的反射標籤，雖然他們先前為了《猩球崛起》的小段外景研發出紅外線LED標籤，但這組裝備不能滿足長期拍攝的條件，所以Momcilovic等人在LED外包裝半透明的塑膠，塑膠強度足以抵擋鐵鎚敲擊而保護內部的LED燈，再將這組設備用維可牢固定在演員身上，工作人員可以遙控LED的開關，或是配合環境調整明暗。

身著LED裝同時出現在一個場景的演員人數可高達13人，攝影機的處理器即時分析完影像中標籤位置後，直接傳遞到場邊的伺服器，當工作人員將伺服器帶出森林並連上網，伺服器將動作捕捉資料寄到紐西蘭的Weta工作室，動畫團隊即可開始製作虛擬人猿。

前幾週在加拿大森林的拍攝已經遇到最艱鉅的技術挑戰，之後電腦處理最困難的場景是全電腦繪圖的紐奧良周圍工業環境，Letteri表示，最後的步驟非常繁瑣，畫面中所有的物件都是電腦繪圖產生的，包括夜晚的燈火輝煌、摩天大樓半成品上頭的無數人猿，處理這個環境下的毛髮、肌肉、臉部表情，都需要耗費極大功夫，每個場景大概需要550個核心處理器小時，可想而知，動畫團隊用了一卡車的多核心電腦，通常有200到1000個處理器同時運作，尖峰時刻甚至高達5000個。至於花這麼多心血值得嗎？就有待客官去電影院鑑定了。

延伸閱讀

• 深度攝影機與即時3D建模技術
• 鋼鐵人－東尼的夢幻3D電腦工作室

資料來源：Motion Capture Technology Goes Into the Wild for Dawn of the Plant of the Apes [IEEE, July 10, 2014]