把小孩吞進胃裡的青蛙

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。

狐狸的育幼行為

對於生物來說，離開親代的意義是什麼？

放手讓子代獨當一面的意義又是什麼？

肉食性動物的親子分離是很絕情的，下面要介紹的例子是狐狸。

狐狸是很重感情的動物。

童話故事中的狐狸總是給人狡猾的印象，不過實際上狐狸家族之間的情誼相當牢固。

狐狸採一夫一妻制，雄性也會參與育幼，由夫妻一起照顧小孩。

母狐狸會躲在挖得很深的巢穴中待產，雄狐狸則會勤奮地替在巢穴中的雌狐狸覓食。即便小孩出生了，雄狐也不能進洞裡。據說曾有人觀察到在巢穴附近坐立難安的雄狐，好像很想見見自己的小孩，讓人不覺莞爾。

狐狸媽媽生產完之後，雄狐狸要持續替牠送食物。

狐狸以老鼠或兔子為食，覓食對牠們而言並不容易。就算生活在食物豐富的里山環境（編按：里山指環繞村落的山林和草原，經人類適當耕耘，可提供動植物多樣性的棲地），也需要一平方公里的領地。若是在食物匱乏的地方，領地可能要五十平方公里。為了家人，狐狸爸爸必須在遼闊的領地間徘徊覓食。

況且老鼠與野兔相當敏捷，獵捕起來並不容易。狐狸需要高超的狩獵技巧。

牠們的基本狩獵方式是跳躍，畢竟以追捕的方式捉老鼠與野兔有一定難度，因此狐狸選擇靜悄悄靠近，再一口氣跳高，由上往下攻擊獵物。

牠們還有一種特殊的狩獵方式，稱作「誘捕」（charming）。鎖定獵物的狐狸會維持著一個不會讓獵物溜走的距離，然後狀似痛苦地不斷打滾，老鼠和兔子看到狐狸的模樣心生好奇，就會忘記要逃命。此時狐狸一邊劇烈扭動、一邊慢慢靠近，趁獵物不注意的時候偷襲。據說牠們還懂得裝死讓獵物放下戒心，這也是需要高超的演技。

在獵捕水鳥時，狐狸也懂得把水草或雜草纏在身上，透過偽裝的方式靠近獵物。這種狩獵方式需要高度的智能。進行高階的狩獵行為需要深度的學習。所以小狐狸出生三個月左右，親代就會把牠們帶到遠方，傳授生存需要知道的重要事項，包括如何狩獵。

讓小狐狸離巢的狐狸爸媽

等到教會孩子怎麼狩獵之後，狐狸爸爸就不再替小孩覓食了，透過這種方式督促小狐狸自立。乍聽之下很無情，但牠們並非放任小孩自生自滅。有時候狐狸親代似乎會事先把食物藏好，再讓小狐狸自己去找，表面看起來嚴厲，實則處處有愛。這種愛在心裡口難開的表現，實在很有父親的育幼風格。

然而進入夏天的尾聲，就是別離的時刻了。

小孩不能永遠待在父母身邊。進入離巢期，親代會開始驅趕子代。狐狸是很寵小孩的動物，養育小孩時也關愛有加。在小狐狸眼裡，媽媽和爸爸都無比慈祥和藹。小狐狸也很依賴父母。可是在離巢期的狐狸爸媽會突然翻臉就不認小孩了。

小狐狸會困惑地無法理解，像平常一樣回到父母身邊。但是親代不允許子代回來，選擇強力恐嚇並驅趕小孩，狐狸媽媽甚至還會開咬。

儘管如此，小狐狸還是想回來，不過每次都會遭到恐嚇與攻擊。最終小狐狸會死心離開父母家園。

這就是孩子的自立，也是親代放手讓小孩獨當一面的時機。狐狸親代就是為了這一刻才不斷教導子代各種生存策略，最終子代也會擁有自己的領地並為人父母。

這一切都是為了讓小孩學會獨立自強。這就是狐狸的育幼方式。

——本文摘自《生物轉大人的種種不可思議：每一種生命的成長都有理由，都值得我們學習》，2023 年 8 月，商周出版，未經同意請勿轉載。

R. silus 蛙媽媽嘴裡帶著一隻小蛙. 影像來源: Arkive.

全世界的兩生類裡面，大概就是澳洲的 Rheobatrachus 這一屬青蛙養小孩的招數最奇特。這屬青蛙一共只有兩種，分別是住昆士蘭北邊的 R. vitellinus 和住昆士蘭南邊的 R. silus。它們住在雨林和硬葉森林的溪流裡。交配後母蛙會把受精的卵吞進胃裡，讓小蛙在胃裡長大。蛙卵很大顆，裡面灌滿卵黃，有充足的養份讓它們在媽媽肚子裡長大。

這段時間裡想必媽媽是得餓肚子的。不過過去研究裡發現母蛙胃裡的蝌蚪數大概只有產卵數的一半，不知道是媽媽只選一半的小孩吞下肚來保護，或者是有半數的受精卵預計就是要犠牲來做為讓媽媽活下去的養份。 胃裡的受精卵孵出來變成蝌蚪，把胃撐大佔掉身體裡大部份空間，最後甚至讓母蛙的肺都沒地方撐開，害母蛙只能靠皮膚呼吸。蛙媽媽好辛苦，要一直支持到小蛙一隻隻嘴裡離開才算完成使命。

到底在胃裡從卵到蝌蚪到小蛙的這段過程發生了什麼事，科學家已經沒有機會再做深入研究了，根據 IUCN Red List 的記錄，這個屬的兩種青蛙  R. vitellinus 和  R. silus 都在 2002 年絶種消失。這個世界再也沒有能在胃裡養小孩的青蛙了。

而就在幾天前，多家科學新聞網站都報導了關於這種青蛙的新聞，澳洲新南威爾斯大學的研究團隊進行的「拉撒路復活計畫」(Lazarus Project)有了重大突破。這個計畫的目的是想要讓 R. silus 復活。關於這個計畫，我在新南威爾斯大學的網站上沒發現官方網頁，只找到公關稿，所以更進一步的細節資料要等研究論文發表了才能得到了。

根據校方發佈的消息，這個研究團隊從冷凍庫找出一九七零年代冷凍下來的成蛙標本，從組織裡取得細胞核，然後再找一種相近種類的青蛙，借它的受精卵，去掉細胞核後種入 R. silus 的細胞核。結果這個細胞居然成功開始複製，還一路長到胚胎早期才死。沒能成功養出絶種青蛙其實不意外，太難了。 可是至少這次能從冷凍成體細胞前進到完成早期胚胎發育，已經是重要的進展。 這個結果當然給了生物學家很大的想像空間，因為絶種的生物可能有機會再次出現在眼前，甚至可以開始幻想讓劍齒虎猛瑪象都排隊試試看。我們需要擔心這樣下去會創造出變種人嗎？我猜現在技術上的困難還很多，應該不用現在就開始傷腦筋吧。

我真的很想看看小蛙怎麼從母蛙嘴裡蹦出來，可惜在網上找到的影片都沒有拍到這個闗鍵時刻。不過倒是找到 Darwin’s frog (Rhinoderma darwinii) 的影片，可以跟大家分享。這種青蛙在產卵後，爸爸會把受精卵放進嘴裡，正確點說應該是放進鳴囊裡養大。影片裡可以看到一隻隻小蛙被爸爸「嘔吐」出來，也是一絶。

參考資料

• Dan Nosowitz. Scientists resurrect bonkers extinct frog that gives birth through its mouth. PopSci, 03/15/2013.
• Gastric-brooding frog. Wikipedia.
• Darwin’s frog. Wikipedia.

人類對螞蟻可謂無比熟悉，許多人還不識字就認識螞蟻了；相關的科學研究也十分豐富，產出如威爾森（E. O. Wilson）這類科學大師。2022 年底問世的一篇論文，卻出乎意料地報告一條普遍存在，此前卻一直受到忽視的現象：

螞蟻的蛹會分泌液體，作為成蟲與幼蟲的營養液。

螞蟻社會的內循環營養液

螞蟻是完全變態的昆蟲，有卵、幼蟲、蛹、成蟲 4 個階段。眾所皆知螞蟻是社會性昆蟲，整個蟻巢運轉精密，但是蛹有好幾天固定不動，除了佔空間以外，在蟻巢裡好像沒什麼存在感。

這項研究主要的對象是畢氏粗角蟻 (Ooceraea biroi) ，近年成為探索螞蟻奧秘的主力。照論文的寫法，一開始目的很單純，就是把蛹從蟻巢中移出，看看孤獨對螞蟻有什麼影響。

被移出巢穴的蛹，羽化成蟲的比例有 90% ；即使周圍沒有同儕，絕大部分的蛹似乎也能成功轉大蟲。然而過程沒這麼簡單。

蛹在成功羽化的前幾天會黑化，論文觀察到當蛹開始黑化不久，也就是羽化的 6 天之前，每天都會分泌出液體。留著液體會害蛹被自己淹死，人為將液體移除，蛹才能順利羽化。

如果是在原本的蟻巢中，蛹排放的液體還來不及把自己淹死，就會慘遭黴菌入侵感染而亡。所幸慘劇實際上不會發生，因為成年螞蟻會將液體去除。

將藍色染劑注入蛹，一天後觀察到成蟻的消化道都出現藍染，可見蛹產生的液體，都隨即轉移進入前輩同儕的肚子。分析蛹產生的液體，得知營養十分豐富。

完全變態的昆蟲，從幼蟲到成蟲的過程中經過蛹的階段，將幼年的身體砍掉重練。螞蟻蛹分泌的液體顯然來自蛹期分解的身體，可謂原汁原味的液化螞蟻。這些容易吸收的成分，在巢穴中直接轉移給同類，毫不浪費。

這些幼體原汁原味形成的液體營養豐富，其他會化蛹的昆蟲也會產生類似的產物，為什麼不會把自己淹死，或是被黴菌感染？應該是由於那些昆蟲會將其回收利用，轉化為成年身體的建材。社會性生活的螞蟻卻是直接排放出去，變成其他個體的食物。

同時餵養更老與更小的同儕

成年螞蟻以外，蛹產生的液體也是寶寶的營養補充液。螞蟻幼蟲移動能力有限，成年螞蟻會將寶寶放到蛹的旁邊，方便它們液來伸口。沒有液體也能正常長大，不過有得吃的幼體，生長速度更快、存活率更高。

近來在台灣出名的紅火蟻（Solenopsis invicta）雖然兇狠，卻也是畢氏粗角蟻的菜單美食之一。有個實驗是給予紅火蟻和蛹，讓成年蟻選擇，結果大部份都優先將寶寶放在蛹旁邊，可見它們認為蛹提供的善液，是更佳的育幼食品。

換句話說，螞蟻在幼年階段到成年之間的蛹，同時支持更老與更小的同儕。

奧妙還不僅如此，和一般印象不同，畢氏粗角蟻沒有特定蟻后，也缺乏男生，所有成員皆為工蟻，再透過孤雌生殖進入生殖時期。

• 延伸閱讀：蟻生online上線：如何決定成為要生寶寶或是做工的螞蟻？

奇妙的是，蟻巢中處於不同階段的螞蟻，時程非常協調。當卵孵化出寶寶的一天後，蛹也開始分泌液體。也就是說寶寶從出生以後，馬上就能獲得營養補充液，概念實在很像哺乳動物的哺乳。

畢氏粗角蟻只是一種螞蟻，論文還調查螞蟻分類上其他 4 大群的成員，發現各種螞蟻的蛹都會分泌液體，而且內容物極為相似。由此推敲，這是螞蟻大家族的普遍現象，可能在眾蟻尚未分家之前已經存在。

螞蟻巢穴的內部循環如此協調，充分反映出社會性昆蟲的優點，但是同為社會性昆蟲的蜜蜂沒有。這應該是螞蟻演化為社會性的重要一步，卻不是其他社會性昆蟲的特徵。

想來也很奇妙。人們對螞蟻很熟，研究螞蟻、養螞蟻的人一大堆，可是這回報告的現象儘管普遍，卻只是首度被明確指出。我猜以前應該有人發現這件事，只是沒有深入鑽研。

等待探討的問題，無所不在，只要有心。

延伸閱讀

• 如何用CRISPR 技術，揭開螞蟻複雜社會行為之謎？——《科學月刊》
• 台灣紅火蟻防治司令部——王忠信與他的千軍萬「螞」
• 對抗紅火蟻新兵法：破解關鍵基因，讓工蟻對蟻后下剋上？

參考資料

1. Snir, O., Alwaseem, H., Heissel, S., Sharma, A., Valdés-Rodríguez, S., Carroll, T. S., … & Kronauer, D. J. (2022). The pupal moulting fluid has evolved social functions in ants. Nature, 1-7.
2. A fluid role in ant society as adults give larvae ‘milk’ from pupae
3. Anatomy of a superorganism: Ant pupae secrete fluid as ‘milk’ to nurture young larvae
4. Pupating ants make milk — and scientists only just noticed

本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁。