從古代烽火到未來 6G！《通信科技大解密》帶你全方位探索通信技術的演變

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。

本文由 國立臺灣師範大學 委託，泛科學企劃執行。 

摩斯發明電報和貝爾發明電話，這些似乎是上古時代的科技，其實都發生在過去兩百年內。而手機，作為近五十年來的產物，又經歷了怎樣的演變呢？

讓我們來探討行動通信是如何從 3G 發展到 6G 的。

1989 年，一張名為《The Great Radio Controversy》的搖滾專輯發布，迅速走紅，登上告示牌熱門榜。雖然專輯的歌詞與通信無關，但它的名字「偉大的無線電爭議」確實讓人聯想到無線通信的歷史。而這張專輯的樂團名為 Tesla，沒錯，這正是向那位傳奇的天才科學家特斯拉致敬。特斯拉對無線通信的貢獻可謂奠基石般的重要，而從 3G 到 6G，行動通信技術又經歷了哪些突破和變革呢？讓我們一起深入了解。

行動通信的歷史雖然只有短短幾十年，但其中包含的豐富內容實在說不完。從精彩的發明故事到商業競爭，再到行動通信所帶來的社會變革，每一個環節都值得深入探討。而在這集影片中，我們僅僅觸及了冰山一角。

下一集將深入探討 WiMAX 那成功的哥哥——Wi-Fi，也就是大家熟悉的無線區域網路技術。讓我們繼續探索這些改變世界的科技！

更多、更完整的內容，歡迎上數感實驗室 Numeracy Lab 的 YouTube 頻道觀看完整影片，並開啟訂閱獲得更多有趣的資訊！

參考資料

• Nikola Tesla predicted smartphones in 1926 like a boss – GeekWire
• Who Invented Radio? https://www.pbs.org/tesla/ll/ll_whoradio.html
• ITU-R FAQ on International Mobile Telecommunications (IMT)
• 你有聽過台灣納稅人的血淚 WiMax 嗎？中離王 Intel 與榮景不再的高通——4G 篇 – 寫點科普Kopuchat
• WiMAX 業者：政府騙了我們

• 本文轉載自 LIS情境科學教材

他是賴以威，台灣師範大學電機系副教授，數學推廣平台——數感實驗室共同創辦人，同時也是一名小說家，出版過多本著作，在這些斜槓身分之外，他還是三個孩子溫柔的爸爸。

一路順遂的求學歷程，「成為教育者」的志向，不曾出現在這位資優生的人生選項裡，直到 27 歲那年父親驟逝，他決定傳承爸爸推廣趣味數學的遺志。

如何從一位數理資優生走向教職，賴以威的故事和教育觀點，邀請你一起往下閱讀>>>

一生重要的影響

談起自己的求學歷程、性格態度，賴以威的父親——賴雲台老師無非是他生命中的關鍵影響。在賴以威心中，爸爸是嚴師也是慈父、是教練也是最好的玩伴，下棋、玩牌是父子倆共同的日常興趣，他們一邊鬥智，也一邊鬥嘴，自己的數學興趣和能力也在其中逐漸養成。

「我的爸爸是一個自我要求很高的人，受他的影響，讓我開始督促自己要努力，給自己高標準，發揮最大的潛力。」賴以威憶起高中就讀師大附中科學班的日子，在高手雲集的班上，當時的成績並不出色。準備大學聯考的那年，父親慎重地表達對他的期待，但賴爸爸以一種溫柔的方式寄予厚望，每天都接送他上放學，賴以威笑說當時自己就像廢人一樣，「父親表達關心的方式，是盡可能幫我處理掉一些雜事，讓我能專心在唸書上，也因為這樣讓我覺得更應該要好好念書回應他」，於是他開始制定讀書規劃並紀律落實，重新把基本功打好，起初成績並無太多起色，但經過一學期的醞釀，最後大學聯考錄取了台大電機系。

內在的求知欲、外在的期待和眼光

作為一位擅長讀書的孩子，成長過程不免背負著家長和學校的高度期待，賴以威不諱言：「其實學生時期兢兢業業追求更好的課業表現，也是希望能夠滿足周邊大人們的期待，不想讓他們失望」，即使是一位盡力滿足大人期待的乖乖牌資優生，他也深知「樂於求知」的內在動機，才能一直支持他熬過伏案苦讀的聯考時光。

「我一直對求知很有興趣，遇到不懂就想要去搞清楚，喜歡把事情想透徹。當遇到數學問題，如果學到新方法，我會想要搞清楚為什麼，A 方法不能做嗎？一定要用 B 方法嗎？學到 C 方法，也會想著能不能用來解決過去碰到的問題。」看似活在他人的期待，但賴以威在學習、解題的過程，保有著自己的小叛逆！好奇、挑戰中得來的「融會貫通」，讓他發自內心獲得成就感，「把事情搞懂，對我來說是很有意義和開心的事情」！

數感爸爸，把數學帶進孩子的日常生活

在某個平凡日子，遠在德國當客座研究員的賴以威，突如其來的接到父親患肺腺癌末期的噩耗。

即使賴以威立刻飛回台灣陪伴爸爸，但一心只想把握僅剩時間的賴爸爸，仍持續不輟的為推廣趣味數學奔走，虛弱的身體終究不堪過勞，不到兩個月的時間即離開人世。

沒人接下賴雲台老師生前的重大託付，賴以威在父親離開後試著投入，沒想到從中做出興趣，也找到與爸爸連結的實感，於是他決定創立「數感實驗室」，繼承爸爸臨終前最用心投入的事 。

因為父親離開的突然，現在賴以威透過與孩子在一起的時光，把過去跟父親連結的吉光片羽找回來。

「寫作」一直是賴以威品嘗回憶、保存記憶和的方法，除了想念父親時書寫，現在他也在臉書上分享自己和孩子的日常互動、生活對話，其中四歲的二兒子「君君」有著極高的出鏡率，有位有問必答的數感爸爸，即使小小年紀，君君已經學會數數和基本運算。問起如何造就君君如此超齡的數學程度，賴以威分享：「關鍵在於把數學應用帶入孩子生活的大小場景」，每當孩子提出好奇和他討論，賴以威會反射性的將問題與數學連結，比如喜歡恐龍和太空的君君常常會突發奇想的問爸爸：「開車去月球要花少天？」、「木星和太陽誰大誰小？」，這些童言童語的問題，即使 Google 搜尋不到答案，父子倆也能藉由數學「自己算答案」。

人們喜歡把學過的、自己會的數學叫「常識」，沒有學過、不懂的數學叫「數學」

和以威老師談到四年一度「國際數學與科學教育成就趨勢調查 (TIMSS)2019」結果，台灣的孩子不管在數學、科學都名列前茅，學習的興趣及信心卻敬陪末座，賴以威說：「很多人不喜歡數學，是因為討厭數學課，而不是數學本身」，考試、代公式確實是數學的一部分，但不是數學的全部，科學也亦然。

「其實我們會的數學已經很多了，人們往往把數學想得太困難，與現實脫節」，數學無所不在，生活正應用著大量數學，如：買賣交易、存款、辦信用卡（基本運算、百分率、複利…等數學概念），然而這些生活中運用的數學，卻被自動化的被歸類於「常識」。

對於台灣教育的觀察與想法

這些年投入教育創新推動，賴以威認為現階段的台灣教育已明顯優於以往：「以前根本不會問小朋友喜不喜歡科學和數學，你先學就對了，到現在慢慢會強調孩子要有學習動機，關心他們喜不喜歡」，但賴以威深知，在升學主義的主旋律中，「學習動機」往往不是教育體制或家庭教育優先重視的部分，而我們都共同期待在未來的某一天「學習動機的重要性，將不再亞於學習知識本身」。

響應本次「LIS 第二季大科學計劃」，賴以威分享給我們的大科學人宣言：

❛❛ 如果人們不相信數學是簡單的，那麼他們只是不明白人生有多麼複雜。 ❜❜  ── 約翰．馮．諾伊曼

賴以威說：如果你是個大量使用數學的人，一定會知道「數學比起人生，簡單很多」，我們利用數學「探索知識」、「解決問題」，但現實世界中能真正被數學解決的問題還是有限，面對著未知的世界，數學能做到的僅僅是「預測」。

每個人天天面對著生離死別，即使有數學作為預測工具，仍得臣服於命運安排。

面對生命無常，現在賴以威更珍惜著每一刻與家人的平凡日子，在推廣趣味數學教育的同時，跨越時空和爸爸、孩子活在一起！

邀請您一同成為各行各業中的大科學人，您的捐款將支持「科學公益教材」的穩定開發，一起支持台灣科學教育，讓孩子從小開始像「科學家一樣思考」，帶著自信長大成為各行各業中「永保好奇」、「邏輯思辨」的大科學人！

【LIS 大科學計畫 ✦ 第二季】｜​928 教師節暖心上線 ▸▸▸▸▸▸▸

❛ 教育不只是老師的事，這是我們的任務，下一個世代的科學史，現在就得開始寫起！ ❜

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現代生活中的通信科技，從手機、電腦到 Wi-Fi，無所不在。《通信科技大解密》是一檔國科會科普產品製播計畫支持，並由國立臺灣師範大學賴以威副教授與泛科知識股份有限公司攜手合製。節目將帶領觀眾一窺通信科技的發展歷程，並讓大家了解這些技術是如何改變我們的生活。此外，節目除了在民視台灣台播出，因應現代人的收視習慣改變，節目也同步上架至數感實驗室的 YouTube 頻道，讓大眾能隨時隨地觀看。

通信科技不僅是日常生活的基礎，未來的 6G 技術更是全球科技競爭的焦點。臺灣政府已開始布局 6G 市場，其它國家如美、中、歐盟也紛紛備戰此領域。想維持臺灣的科技優勢，不能只專注於半導體或 AI 的發展，通訊科技同樣不可忽視。賴以威老師想透過《通信科技大解密》這個節目，為大眾建立通訊科技的基礎知識，讓更多人了解它的重要性，同時為未來的產業培養跨域人才，確保臺灣在全球通訊科技競賽中占領先地位。

《通信科技大解密》節目分為四大主題：

【第一部分：通信的起源】首先帶領觀眾探索通信技術的起源，從書信、旗語到古代烽火臺，介紹古代社會如何傳遞訊息，了解通訊技術如何一步步演進，形成現代通信的基礎；現代3C產品不可或缺的靈魂－－晶片和電話的發明，如何改變資訊的傳遞速度與範圍。

【第二部分：通信科學家的故事】聚焦改變通信歷史的關鍵人物，從摩斯發明電報，到貝爾創造電話，再到喬治·布爾與克勞德·香農為現代通信技術奠定數學與理論基礎。此外，還介紹展頻技術的發明者海蒂·拉瑪的故事，讓觀眾了解這些偉大科學家的生平與如何影響通信科技的發展。

【第三部分：生活中的通信名詞】觀眾將進入一個與日常生活息息相關的通信世界，了解 Wi-Fi、頻寬、物聯網、6G、衛星通信、Li-Fi 等名詞的意涵及其應用，並介紹環境通信和氣球通信等前瞻技術的潛力，深入淺出地解釋看似複雜的技術名詞。

【技術部分：解密通信技術】節目也會帶領觀眾進入核心通信技術的解密過程，例如通信模型、錯誤更正碼等，介紹數學是如何影響現代通信技術、如何確保訊息傳輸的準確性。

《通信科技大解密》一共 16 集，觀眾可在數感實驗室的 YouTube 頻道（https://reurl.cc/GpOy9p）隨時重溫完整內容。無論是對通信科技充滿好奇的學生，還是對未來技術感興趣的社會大眾，都能透過這系列節目輕鬆獲取知識。