從鋼板到負壓系統：骨折治療的新時代讓復原更輕鬆！

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。

輕微的擦傷，其實不用消毒？

以前如果有擦傷或是割傷，第一步一定是消毒。不論家裡或學校的保健室，必備外傷用的消毒液，諸如酒精製劑、碘酒、白藥水、俗稱「紅藥水」的紅溴汞等，商品種類繁多。

但是近年來已經發現消毒液不利於傷口痊癒。因此除了特殊的狀況，基本上傷口不用消毒，用自來水仔細把砂土、泥巴之類的異物洗乾淨就夠了，不用拚命忍受消毒液碰到傷口的疼痛。

在醫院也是一樣。一般而言，較深、需要縫合的傷口會事前消毒，如果不是就不用消毒。因為長久以來的習慣，很多人都認為「傷口需要消毒」，所以或許會有人不滿「都特別去醫院了，竟然不幫我消毒」，不過輕傷「不消毒」才是正確的做法。

可能會有人懷疑「不消毒的話傷口不會化膿嗎？」的確，如果細菌從傷口處侵入並繁殖，就會引起感染（化膿），但就像前面提到的，皮膚本來就常態性會有細菌和我們共生，消毒的瞬間會把這些細菌都殺死，之後就無法防止旁邊的細菌進入傷口，倒不如定期把傷口清洗乾淨還比較重要。

傷口保持「濕潤」有助於傷口癒合？

一般而言，輕傷不使用抗菌藥物，是因為在預防感染上沒有作用。

傷口在剛開始被感染時，以「治療」為目的使用抗菌藥物是合理的，但是以「預防」為目的是無效的。在還沒感染之前就趕盡殺絕，就像還沒發生犯罪之前就把人逮捕一樣。

但是汙染嚴重的傷口例外。例如被貓狗等動物咬傷，相較於普通的傷口來說感染風險很高，因此會以預防為目的使用抗菌藥物。此外如前所述，在確認傷口汙染程度和疫苗接種時間後，也有可能需要注射破傷風疫苗。

傷口管理上的想法已經大為改變。以前是認為要「乾乾的」，讓傷口保持乾燥比較好；但近年來卻發現讓傷口維持濕潤比較快痊癒，所以通常會在傷口抹上軟膏，以維持濕潤的環境。

外用藥的軟膏和乳膏常常會被搞混，其實完全不同。軟膏類是由藥物成分及基劑所構成，並不是將藥物成分塗抹在皮膚上，而是將藥物成分溶於基劑中再抹上去。

此外，軟膏的基劑是油性成分（凡士林等），乳膏在油性成分之外還含有水分。因此軟膏黏性較強、保濕力較高，對皮膚刺激也比較少；而乳膏水潤滑順、黏性較差、對皮膚刺激性較強，不能使用在傷口部位。所以要塗在傷口上的話，要選用軟膏。

漱口可以沖掉喉嚨的病毒嗎？效果有限！

在醫學的世界裡，有些過去以為是正確、大家都深信不疑的事，在之後的研究中才發現是錯誤……這樣的例子不少，傷口處置正是最典型的例子之一。

其他還有類似的案例，例如漱口藥。

以前像碘酒之類的漱口藥，被認為有預防感冒的效果，但近年發現用自來水就綽綽有餘。

現在用自來水就能有效預防感冒已經成為「理所當然」，實際上，醫院除非有特殊理由，否則不會以預防感冒或治療為目的地開立漱口藥。

漱口藥本身的效果也被認為是有限的。在新冠肺炎對策中，也不斷宣導「勤洗手、戴口罩、避免密集密切接觸」，但並沒有「漱口」這項。

漱口或許可以將附著在喉嚨上的病原體沖刷掉，但是在下一個瞬間吸入飛到眼前的飛沫，那漱口的效果就前功盡棄了。這就是為什麼在傳染對策上，漱口的優先順位不高的理由。

雖說如此，像這種「感覺原因很合理的說明」，在之後的研究被翻盤，醫學史上也經常發生。即使現在手邊的材料看起來很合理的說明，那也不過是「暫時的正確答案」而已。

——本文摘自《了不起的人體：如此精妙，如此有趣，說不定還能救你一命》，2022 年 7 月，如何出版，未經同意請勿轉載。

1865 年 8 月，英國格拉斯哥 (Glasgow) 皇家醫院的李斯特醫生檢查了一位 11 歲小男孩的傷勢後陷入沉思。小男孩左腿的複合性骨折恐怕只能截肢了，然而截肢的死亡率高達五成，面對小孩母親驚惶中充滿祈求的眼神，他下定決心：那就放手一搏吧！

其實不只截肢，當時手術後的病患有四成以上都會因為感染而死亡，但大家都不清楚為什麼會感染，只能歸咎於污氣、瘴氣，認為是無可奈何之事。但李斯特意識到傷口化膿是個重要指標，他發現沒有傷口的閉合性骨折，都沒發生感染；相對地，即使傷勢輕微，只要有傷口就很容易化膿感染，因此一定是空氣中有什麼東西從傷口處引發感染。但推論至此他就束手無策了，直到年初他讀到法國化學家巴斯德的論文，一切終於豁然開朗！

巴斯德證明發酵作用與食物腐敗都與微生物有關，他建議三種殺死微生物的方式：過濾、高溫、或是化學溶液。前兩者顯然不適用於人體，因此李斯特只能從化學溶液著手。他先用小動物做實驗，但試了幾種化學物質都不理想，後來聽說石碳酸可以防止污水發臭，一試之下果然有用，如今或許該試試看能不能救這小男孩了。

李斯特用石碳酸溶液擦拭手術器具，並噴灑於手術室四周與空氣中。開完刀後再用浸泡過石碳酸溶液的紗布一層一層的敷在傷口上，與空氣隔絕。結果男孩的傷口果然完全沒有化膿感染，健康出院。李斯特自此手術都用這樣的消毒措施，在三年之內所做的 40 例截肢手術之中，只有 6 例感染死亡，死亡率從將近五成降到一成五，已足以證明消毒的成效。

然而儘管李斯特大力鼓吹同事在開刀之前洗手、換上乾淨的手術袍，但大多數人對於細菌說仍嗤之以鼻，因此依然故我，不願改變習慣，遑論還要麻煩地進行消毒。他於 1867 年在《柳葉刀》(The Lancet) 期刊上先後發表了六篇論文，但是自己英國同胞卻冷淡以對，反而是德國醫界大力推廣，並積極改善消毒方法。隨著各地引進消毒措施的醫院因手術感染的死亡率明顯下降後，李斯特終於在十幾年後獲得各國一致的讚揚，並獲頒男爵的爵位。

李斯特沒忘記飲水思源。他於 1874 年寫信給巴斯德感謝他的研究與創見，而巴斯德也積極將李斯特的臨床實驗介紹給法國醫界。兩人成為一生至交，共同推廣微生物學的觀念。因為李斯特，醫護人員才懂得消毒的重要，而讓手術變得更加安全，拯救了無數人的生命，李斯特也因此享有「現代手術之父」的美譽。

本文同時收錄於《科學史上的今天：歷史的瞬間，改變世界的起點》，由究竟出版社出版。