四張海濱夕照，哪個是地球？

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。

美國航太總署（NASA）噴射推進實驗室（JPL）天文學家Lewis Roberts等人發現第2顆位在四合星系統內的系外行星。其實以前就已知這顆行星的存在，只是當時認為它是在一個三合星系統中，直到最近才確認這個系統中其實有4顆恆星。這項發現將有助於天文學家瞭解多重恆星系統會如何影響行星的發展和它未來的命運。

我們太陽系中只有太陽一顆恆星，行星們都只繞太陽公轉。但目前已知有些行星環繞的母恆星不只一顆，Roberts等人利用裝置Robo-AO和自適應光學系統（adaptive optics system）的帕洛瑪天文台（Palomar Observatory）進行觀測，每晚可監測數百顆恆星以便能探查它們是否有伴星。結果發現了一個位在四合星系統白羊座30（30 Ari）中的系外行星，及另一個在三合星系統HD 2638中的行星。之後再利用帕洛瑪天文台中解析度更高的PALM-3000儀器予以確認。

編號為KIC 4862625的行星是第一個在四合星系統中發現的系外行星，它是公民科學家於2013年時利用NASA釋出的克卜勒任務（Kepler mission）資料庫發現的。相隔這麼久，才又再度發現一個四合星系統中的系外行星，以目前系外行星發現速率而言，這樣的狀況顯示四合星系統的系外行星數量相當稀少，至少，比之前認為的還要少，反倒是環繞遠距雙星的系外行星數量比原本設想的還多，畢竟銀河系中雙星系統是相當普遍的。天文學家估計約有4％的類太陽恆星位在四合星系統中，比以前的估計數量還高一些，主要是因為觀測技術穩定改善的結果。

白羊30四合星系統，距離地球約136光年，位在白羊座方向。這個系統中發現的行星是顆氣體巨行星，質量約為木星的10倍，繞其母恆星白羊30B公轉一周約為335天，比地球繞太陽一圈稍短一些。Roberts等人新發現白羊30B附近有個很近的伴星，只有23AU遠，不過行星本身並沒有環繞這顆伴星公轉。而這對近距雙星和另一對近距雙星白羊30A又互相環繞公轉，兩組雙星相距約1670AU，所以整個白羊30是個4合星系統。（註：AU為astronomical unit的縮寫，1AU相當於1億5000萬公里，為地球到太陽的平均距離。）

如果可以站在這顆行星表面看天空，那麼看到的景象，應該是一顆小型的太陽，加上兩顆非常明亮、即使在白天也能看到的星星。而若利用夠大望遠鏡觀察其中一顆恆星，將發現這是一對會互相環繞的雙星。Roberts等人認為在這樣系統中的這顆行星，或任何可能環繞這顆行星公轉的衛星，都不太可能適合生命生存。

銀河系內有單星、雙星、三合星、四合星等各種不同的恆星系統，行星在不同的恆星系統中發展時，會受到不同的影響。觀測證據顯示伴星會影響行星的軌道，甚至讓某些行星可以長得更大更重，例如：熱木星（hot Jupiter），即那些木星等級質量且非常靠近母恆星的氣體巨行星，可能會受到伴星的重力擾動而被推得離母恆星更近一些。

而在HD 2638三合星系統中發現的行星，也是顆熱木星，距離母恆星非常近，公轉一周僅需3天左右。科學家已經知道這顆作為主星的母恆星和另一顆恆星間有重力束縛，兩者相距約0.7光年，相當於44000AU，以雙星觀點而言，這兩者的距離算是有點遠的。但近期觀測發現這個系統中還有第3顆恆星，離擁有行星的這顆主星只有28AU，約比太陽至海王星軌道小一些，近得足以影響這顆熱木星的軌道與未來的發展。

好玩的是，白羊30新發現的第4顆恆星和主星行星的距離，比HD 2638的第3顆恆星與主星行星的距離還近，但白羊30系統卻未見這第4顆恆星對主星行星的軌道有任何影響。這些天文學家無法解釋為何會出現這迥異的結局，只好期待未來持續的深度能讓他們解惑，進一步瞭解恆星的精確軌道，以及整個恆星系統複雜的動力狀態。

資料來源：

1. Planet ‘Reared’ by Four Parent Stars. [NASA, March 4, 2015 ]

本文轉載自網路天文館。

我們的太陽系中，分佈著大小不等、以幾近圓形軌道繞太陽公轉的行星，不過根據由波昂大學（University of Bonn）Pavel Kroupa領軍的德英天文學家的最新研究：在這個宇宙間，我們太陽系的狀況可能是非常特殊的，因為一般行星系統在形成過程中，若受到鄰近的物質團塊衝撞，很可能就會讓行星的軌道傾角變得很大，或是質量較小、甚至剛好位在適居區中的行星，會因此被踢出這個行星系統外，使得原本可能在此發展生命的機會就此滅失。

包括地球在內的太陽系行星，都以正轉方向繞太陽公轉—即公轉方向與太陽自轉方向相同，絕大部分公轉軌道幾乎接近圓形，且公轉面幾乎都在黃道面附近、離太陽赤道面不太遠。但其他恆星周圍的行星系統顯得與太陽系相當不同，有些系統中的行星公轉方向是逆轉，有些則遠離母恆星的赤道面。面對差異性如此之大的情況，Kroupa等人認為，他們已找出一個合理的解釋。

太陽系各行星的公轉形狀和方向，完全是太陽系在約46億多年前，從一大片氣體與塵埃組成的星雲，受到重力影響而逐漸向內收縮，形成一個轉動的扁盤的結果；在這個被稱為「原行星盤（protoplanetary disk）」的扁盤中，比較密集的物質逐漸積聚而形成行星。如果行星形成過程沒那麼平順，就可能形成比較奇怪的軌道形狀。Kroupa等人經研究後指出：若原行星盤隨母星運動，恰好衝進另一團星雲物質中，很可能會奪取這團雲氣中約30倍木星質量的氣體與塵埃物質；這多出來的物質加入原行星盤後，將使得盤面傾斜，最終就使得行星的軌道傾角變得很大。科學家認為：絕大多數的行星系統可能為星團中的恆星所擁有，這裡的恆星們距離相當近，所以這類衝撞事件應當相當頻繁。

研究小組成員之一的波昂大學Ingo Thies利用電腦模擬進行測試，發現原行星盤加入多出的物質後，不僅可能傾斜，甚至可能翻轉，讓原行星盤轉動方向相反，變成所謂的「逆轉」型態。在此同時，與另一星雲衝撞的結果也會造成原行星盤較內側的區域被擠壓，可能加速行星的形成過程。

在這些環境中，任何形成的行星軌道將變得高度傾斜或甚至成為逆向軌道。某些特殊案例中，行星軌道甚至相對於彼此都是傾斜的，整個行星系統相當不穩定，質量比較小的行星因而被一個個彈出系統外，只剩下少數質量較大的熱木星死守這個行星系統且軌道遷移至非常靠近母星的地方。

在沒那麼極端的案例中，原行星盤只從另一團星雲中搶到一點氣體和塵埃，盤面傾角改變不大。這可能是我們太陽系發生的狀況，平均軌道面相對於太陽赤道面只有傾斜7度而已。Thies相信：太陽和它的行星們應該是處在一個比較有秩序的系統環境中。如同絕大部分恆星一樣，太陽應該是在某個星團中形成，所以極可能經歷過和其他雲塊衝撞的過程。但好險，此番衝撞事件很溫和，因此太陽系盤面受到的影響不大。若非如此，太陽周圍的行星系統將非常不穩定，地球可能被彈出太陽系外，那我們這些地球上的生物可能就都不存在了。

如果Kroupa等人的論點正確，那麼我們太陽系之所以成為現今地球處在個穩定軌道、大型行星處在離太陽比較遠的地方的問題就有解了。這些研究成果甚至可以幫助科學家縮減尋找宇宙他處的生命的區域範圍。

資料來源：Interstellar crashes could throw out habitable planets [18 August 2011]

引用自臺北天文館之網路天文館網站

子曰「三人行必有我師」，「三」是代表「多數」的魔力數字。今天我們的太陽系中，只有一個適合人類居住的星球，古早以前，火星曾一度有水，如此說來，以適合人類居住的星球來講，也可把火星算在內．但即使這樣，太陽系裡的適居星球還是只有兩個。以已知情形來說，恆星要是擁有超過一個以上符合適居條件的行星，那算是非常罕見，較著名的有 Gliese 581，Kepler 62，動動兩根指頭就數完了。因此，能夠發現哪顆恆星擁有三個適居行星的話，那真是像中樂透一樣，很值得開心。因此本篇天文新聞的焦點就要報導一個 Göttingen 大學 Guillem Anglada 等人取得的最新結果 — 他們真找到了一個！

Gliese 667C 是這顆恆星的代號，接下來我們以編號來稱呼它。它距離地球僅 22 光年，相當近。據研究團隊最新的發現，Gliese 667C 恆星可能有至少六個以上的行星，且其中三個位在適居區，同時這三個位在適居區的星球，質量都並沒有比地球大太多，換句話說，環境條件和地球類似。Gliese 667C 一夕走紅，它所隸屬的整個恆星系統也成為人類科學家探索外星生命有沒有可能存在的重量級標的。

目前為止，偵測到的 898 顆「系外行星」（根據 EXOPLANET，直至2013/7/2，確認系外行星數量為 723 顆），有 100 顆位於母恆星附近「不遠不近、不冷不熱」的位置。你或許發現天文學家一向很注意強調某某系外行星有著在溫度範圍上「不多不少剛剛好」的特色，因為人類要找到和地球的條件一樣適合自己居住的星球，其實是非常挑剔的。

（譯註：多挑剔呢？就像20世紀的英國童話故事「歌蒂樂與三隻小熊」的歌蒂樂（Godilock）一樣，有一天闖入了森林裡一棟三隻小熊在住的房子，她先把爹地熊、媽咪熊和小小熊的燕麥粥一一吃光，後又一一評價說，「這碗太軟、那碗太硬，只有這碗剛剛好」，接著試坐三隻小熊個別專屬的三把椅子，照樣繼續發議論說：「這個太大、那個太小，只有這個剛剛好」，還把椅子給坐壞了，結果被三隻小熊趕出森林，再也不受歡迎。Goldilock Zone 因此在英語中，變成適居區的另外一個暱稱。）

溫度剛剛好，首先，意味著該行星距離母恆星不能太遠或太近；其次，溫度剛剛好，水才會以液體的形態存在。不過，即使適居區的條件符合了，地球人對質量大小，也還是很有意見！譬如：質量要是像木星的話，那就太大，並且星球表面不是固態，也不可能乘載液態的水，不合格。這麼一來，大小剛好像地球的岩質行星，數量屈指可數。

Habitable Exoplanets Laboratory 是評估系外行星適居條件如何的一個由天文學者組成的組織，在他們所公布的「適居系外行星表」中，列出的是最熱門的適居星球的排行榜，目前一共 12 個獲選。此外，再說到 Gliese 667C，它還因擁有眾多行星而著稱，是目前行星數量達 6 個以上的恆星系統之一。像這樣行星數量破 6 的恆星系統，目前一共只找到四個，另外三個是：Kepler-11、HD 10180、HD 40307。（Lauren譯）

相關資料：

• ESO天文台所發布的新聞稿：Three Planets in Habitable Zone of Nearby Star (Spanish Version)
• 正式論文：A dynamically-packed planetary system around GJ 667C with three super-Earths in its habitable zone
• 適居系外行星目錄：Habitable Exoplanets Catalog

資料來源：

• A Nearby Star with Three Potentially Habitable Worlds, 2013.07.01, Seline Hu

本文原刊載於中研院天文網，轉載於網路天文館