「軌跡體」重複滾出任何的特定曲線

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。

身為一名訓練師，你真的了解你的寶貝們嗎？寶可夢圖鑑讀熟了沒？

其實圖鑑告訴你的比想像中的還多喔！每個星期周末跟著 R 編一起來上一門訓練師的科學課吧！來跟大家分析這些寶可夢們是如何使用科學力來戰鬥的。

體重成謎、上山請小心#76 隆隆岩

雖然標題只寫著隆隆石，但這一個「小拳石–隆隆石–隆隆岩」的石頭三人組值得更多檢視。因為當我一如往常在檢視每一隻寶可夢的基本數據時，馬上遇到了一個……不～三個問題。

沒錯～又是身高體重出事了。

圖鑑中，這三隻神奇寶貝的數據如下：

我們先假設牠們都是一顆完整的球體，以方便計算牠們的體積（註1），並直接以牠們的體重除以體積來求密度。你覺得這些數據看起來很正常嗎？

別說一般岩石的密度 2,515 kg/m³ 了，我們的石頭三人組中密度最大的小拳石才只不過比水的密度一半大了一點點而已，連木材（700 kg/m³）都比不上！最悲劇的是進化之後連軟木塞的密度（240 kg/m³）都比牠們大。注意！我們這裡的單位是公斤/立方公尺（kg/m³），水的密度在這單位下是 1,000 kg/m³。

這該怎麼解釋呢？有幾個可能，一個是小拳石、隆隆岩牠們的表面是石頭構成的沒錯，但牠們骨子裡其實是由某種密度相當低的物質所組合的；二是圖鑑根本寫錯了。

我們先拿第一個假說來檢驗一下，並只以形狀最接近球形的隆隆岩作為範本。為了滿足體重 300 公斤的結果，貨真價實的岩石只能覆蓋隆隆岩全身 2 公分厚，而這一層石頭就重 250 公斤，剩下的 50 公斤則是留給半徑 0.68 公尺的球形身體。經過計算，這種情況下構成隆隆岩身體的物質密度為 37 公斤/立方公尺。

就連保麗龍的密度都有 70 公斤/立方公尺喔~ 這樣子在山上橫衝直撞真的好嗎？先別說薄的可憐、毫無岩石系寶可夢尊嚴的 2 公分厚岩石身體，只要隆隆岩稍微碰撞一下，體內器官不會就這麼碎一地嗎？只好打消 300 公斤的念頭、打臉這位記錄隆隆岩的博士，用紙筆重新判定隆隆岩的體重。

一樣拿隆隆岩為範例，既然身為一脈岩石系神奇寶貝的最終進化版，我想外皮至少有 20 公分厚的岩石應該算蠻合理的，而身體為剩下的半徑 50 公分圓球。這樣隆隆岩體內肌肉和岩石體積比例剛好差不多是 1:1，分別為 0.7 和 0.737 立方公尺，所以乘上密度、相加之後隆隆岩的理想體重應該要是 2553.56 公斤，他圖鑑體重的 8 倍多。（註2）

可以請這位負責的博士出面一下嗎？你的飯碗岌岌可危啊~

討論了一大堆之後，回歸到這次的主角隆隆岩，就算體重成謎，牠的圖鑑敘述中還是有幾個輕忽不得的點。（註3）

隆隆岩的豐功偉業之一是牠「能夠爆發出很強的能量，從這座山跳到另一座山」（銀、魂銀）

在不過度誇張的情況下，筆者從大屯火山群的地圖中找到了理想的地點：從七星山頂（1,120 公尺）飛越中湖戰備道路，跳到七股山頂（890 公尺），這兩座山頭只相差 1.2 公里，相對於從玉山跳到合歡山、從聖母峰跳到 k2 峰我想這是比較「合理」的情況了，所以這下子隆隆岩要怎麼跳呢？

根據拋物線運動公式，我們能夠得出如果隆隆岩要飛過這 1.2 公里的距離，牠必須以 108.4 m/s 的速度呈 45⁰ 起跳，整個過程費時 18.2 秒後，落在七股山頭，牠著地時時速為 127 m/s，釋放出 2,430,000 焦耳左右的能量。如果有一個不幸的傢伙剛好站在七股山頭看著冷水坑的美景，他會被相當於 2 輛 2 噸重的汽車以時速 115 公里同時撞上，或是 2 公斤的 TNT 炸藥爆炸的能量，而隆隆岩自己這樣還能毫髮無傷的話，那就表示牠是貨真價實的堅硬啊！（註4）

另一個隆隆岩的特性是牠 「時常從山上滾下來，留下一道深溝」（紅寶石、藍寶石、珍珠、終極紅寶石、始原藍寶石）

其實這是個一脈相傳的特性（註5），不管是小拳石還是隆隆石的圖鑑中都有如此記載，應該說從山上滾下來這件事對他們而言在正常不過，但牠們之中最重的隆隆岩從山上滾下來是會造成多大的影響呢？

既然會危害到人類表示隆隆岩經過的地方應該是道路，所以首先我們得知道山坡段到底該有多陡。一段道路有多陡有個時常出現的說法為「坡度」，如果你是單車愛好者一定知道。「坡度」並不是指道路的角度，而是這段道路每前進 100 公尺會上升多少公尺，再換算成百分比，跟斜率相當類似。而從台灣交通部的資料中我們知道一旦道路的坡度 >7% ，就會設下警告標示，所以我們就當隆隆岩沿著坡度 7% 的道路滾下，在水平移動 100 公尺之後撞到某個不幸的路人。

經過計算之後，隆隆岩帶著 0.684 m/s² 的加速度衝下道路，當牠在 4.523 秒之後到達道路尾端時，時速為 11 公里，帶著總能量 55,350 焦耳，這能量差不多是高速公路上行駛的車子的一半，人直接被撞上大概會內傷吧….好消息是時速 11 公里跟腳踏車差不多，所以要閃開應該相當容易。

但別忘記這只是 7% 的路段，如果是新竹五指山的 17% 斜坡又另當別論了（註6）。如果隆隆岩從這裡滾下，在 100 公尺之後牠的時速會高達 85.5 公里，能量高達 334,400 焦耳，相當於被 3 輛 2 噸重的汽車以時速 115 公里同時撞上。

而且以上的狀況都是在只有一隻隆隆岩的情況下，如果加上牠的後輩們，成群的小拳石、隆隆岩一起沿著斜坡滾下來…….在寶可夢世界登山或騎單車真的是在玩命啊！真希望牠們的實際體重在少一點，一點點就好～

註解：

1. 大家我沒忘記牠們都有手，隆隆岩甚至還有腳，小拳石更有跟自己臉一樣大的拳頭，但這樣只會徒增體積而已。
2. 這裡我們假設構成隆隆岩身體的物質跟肌肉相似，也就是密度約等於水。經過一樣的計算之後隆隆岩的理想體重應該為 909 公斤，而最不球形的小拳石我沒有計算，但可能也是 8~9 倍，想像一下小剛把小拳石抱在手上…
3. 除了以下會提到的幾點之外，8 成的隆隆岩介紹是 「每年會退一次皮，然後身體會迅速硬化」（黃、金、火紅、綠寶石、鑽石、心金、….等）、 「連炸藥都無法對牠造成損傷」（紅、藍、水晶、鑽石、葉綠、白金、鑽石….等），從這些介紹我們可以得知兩點：隆隆岩真的是生物；牠的皮應該不只是岩石，可能是更堅固的東西，但在更堅固只會讓牠的體重更不合理。
4. 從註 3 我們提到了炸藥對隆隆岩一點用都沒有，所以這圖鑑敘述完全合乎常理，全寶可夢世界可能只有這傢伙能這樣玩了。
5. 小拳石的介紹幾乎圍繞著牠「長得很像一般的石頭，登山客常踩到牠，小心牠會生氣」和「用粗壯的手臂爬到山頂」，至於爬到山頂幹嘛呢？我們從隆隆石的介紹知道了「時常從山上滾下來，路上壓過任何東西，停不下來」、「慢慢走回山頂，在滾下來」，還有最有趣的介紹是「牠一天能吃下 1 噸的石頭，尤其喜歡長滿苔蘚的」，從這個介紹我們知道牠們是貨真價實的動物，要吃下 1 噸的石頭大概是要過濾苔蘚吧~這樣根本多此一舉啊，直接肯苔蘚不就好了，幹嘛沒事吃比自己體重多那麼多倍的石頭啊~ 不會消化不良嗎？大便怎麼辦？
6. R 編隊單車一竅不通，所以有任何讀者想要補充的嗎？似乎台灣還有 27％ 的坡道，但那基本上少數人才會經過吧～

參考資料：

1. Pokemon Database
2. Wikipedia（能量數量級、密度、坡度）
3. CalculatorSoup
4. Simetric 密度表
5. 陽明山國家公園官方網站（交通系統圖）
6. 單車 01 論壇