魚兒也看天吃飯？

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。

台灣最近（1月23~26日）的超級寒流不僅造成災害，農漁業損失慘重，還讓低海拔地區甚至平地雪霰紛飛，台北、新竹、嘉義氣象站更是設站以來首度下霰。大家可曾知道，在清朝的太平盛世時代，台灣平地是經常下雪的！

小冰河期

清康熙35年（1696年）出版的《台灣府志》中，雞籠積雪為台灣八景之一。雞籠在當時大部分為尚未開發的蠻荒之地，位於當時的諸羅縣，除了現今的基隆之外，也泛指台灣北部台北、淡水等地區。

根據《台陽見聞錄》：

「雞籠山在基隆廳治。台地氣候，南北迥殊。北境冬寒，與內地無大異。茲山為北境盡處，山大而高，下逼巨海，名為大雞籠。至冬常有積雪，台人取以列郡治八景焉。」

因此雞籠積雪的確切地點，可能是現在的基隆山（海拔588m），或者海拔超過一千公尺的七星山、大屯山一帶，至今無確切說法。同治年間《淡水廳志》的「淡北八景」也提到「屯山積雪」，可以推知陽明山以及台北其他沿海山區，在清治時代是經常下雪、積雪的！

原來，約在16世紀至19世紀，也就是明清時代，全球氣溫明顯下降的現象，稱為小冰期或小冰河期。氣溫最低時正巧是清朝地康熙、雍正、乾隆盛世。不僅雞籠山白雪皚皚，許多史書也都記載台灣西部平地下雪。

康熙22年（1683年）十一月，《台陽聞見錄》提到「是冬，北路降大雪，寒甚」、《諸羅縣志》記載「雨雪，冰堅厚寸餘」。乾隆53年（1788年）二月，《淡水廳志》表示「大雨雪，饑，斗米千錢」，顯見寒害對農作物收成的負面影響。咸豐7年（1857年）一月，《淡水廳志》和《苗栗縣志》都有大雪的記錄。1892至1893年的冬天台灣更是嚴寒，地方史料記載不僅澎湖「奇寒」，雲林崙背「大雪，五穀、豬羊多凍死」、嘉義新港「雪下數寸，六畜凍死」，北部的新竹竹東更是「大雪連下三日，平地高丈餘」。

馬偕博士（George Leslie Mackay）在1872至1901年旅台期間，也留下許多台北地區的天氣記錄。馬偕於日記裡也記載1893年1/17-18日，大廳裡只有華氏42度（攝氏6度），連觀音山（海拔616m）都下雪，他甚至還上觀音山裝滿兩大桶的雪，帶回平地給孩子看。1892-93年的冬天，可能是台灣有史以來最冷的一個冬天！由此可見，雖然雞籠山、大屯山積雪景色優美，但小冰河期的低溫造成糧食作物生長季縮短、產量降低，農牧業損失慘重，造成全球各地饑荒連年，死亡率上升，造成的災害不可小覷。

台灣近代降雪記錄

全球氣溫在進入20世紀後逐漸恢復正常，日治時期以及民國時期平地幾無降雪記錄，但當時的台灣氣溫依然比現代低，台北大屯山（海拔1093m）降雪依然是稀鬆平常的事情。日治時期比較可觀的記錄，包括《臺北縣志大事紀》中記載1917/1/8 「大屯山降雪為歷年來罕見，淡水線火車開賞雪加班車」、1919/3/2大屯山春雪、及1934/1/29 「天氣驟寒，七星郡大屯山降雪盈尺」。1896年2月，日本在台灣設立台北、台中、台南、恆春、澎湖五個氣象測站，台灣氣候才開始有正式的科學記錄。

台北測站在1900/2/13測得零下0.2 °C，戰後的1963/1/28測得零下0.1 °C、前一天台中最低溫更達零下0.7 °C，各地普遍結霜，但以上幾次都沒有降雪記錄。1962-63年台灣冬天在近代大概是數一數二的嚴寒，其中1963年一月的台北市，有28天達到寒流標準（最低氣溫10度以下）！但當時天氣多為乾冷，也沒有下雪。倒是1958/2/13台北氣溫低達2.6 °C，空軍氣象官李富城先生（現為氣象主播）回憶：

我跟一個老長官，我們倆一起出空軍總部大門，我們倆一出，下雪了，台北市天空有飄了幾片雪，我說：「啊，下雪了。」

那天陽明山大雪紛飛，景象跟前幾天的寒流相當雷同，但當天氣象局在台北市並沒有正式降雪記錄。

現代受全球暖化以及都市熱島效應的影響，台灣氣溫節節上升，但全球暖化的後果，不僅僅是氣溫上升而已，更可能造成極端氣候頻率增加。這場讓台灣遍地下雪的超級寒流，是否表示著未來包括寒流在內的極端氣候會更加頻繁呢？是值得大家省思的一個問題。

• 民視節目《台灣演義》，2013年8月25日。
• 許玉青，《清代臺灣古典詩之地理書寫研究》，國立中央大學碩士論文，2005年6月17日。
• 《臺陽見聞錄》，維基文庫。
• 維基百科小冰期。
• 李禎祥，1893年雲林嘉義大雪：台灣史上最冷的冬天。
• 那年淡水有多冷，淡水導覽旅遊暨文化活動手記。
• 台北氣象站，中央氣象局網站。
• Mata Taiwan，永和汐止都下雪下霰了！那台南到底會不會下雪？

這個週末，相信大家都有一個很難忘的回憶，台灣各地的氣象測站，都測到破紀錄的低溫。很多海拔高度較低的地方，也下起了雪來。一時間，整個台灣的新聞台焦點已經從蔡英文要不要提前組閣，整個轉移到白雪紛飛的歡樂世界。一位在新聞台任職的新聞主管還打趣的說：「今天最大的新聞，應該是台北哪裡沒下雪？」

媒體的報導多著重現象，缺乏事件背後的剖析。

台灣的媒體競爭很激烈，為了收視率只能用力拼下去。然而各家電視台的人力畢竟有限，別家電視台有下雪的畫面，自家怎麼可以沒有。別人出了SNG車，輸人也不能輸陣。資源投注在最血淋淋新聞戰，自然就無法空出人力開闢戰場，只能跟隨別家的議題。在我看來，除了「何處下雪？雪積多深？賞雪人潮？車陣多長？」之外，寒流背後的成因更值得探討。少數有新聞媒體深入解釋了「北極震盪」讓大家知道為什麼會有這一波寒流。但是，很抱歉，如果以科學家的標準，我還會在多問一句，「北極震盪」年年發生，怎麼今年會有如此嚴重的寒流。如果我的資訊沒錯，台灣自1897年有氣象記錄已來，還沒有平地下雪的紀錄發生。很可惜，真正深入的資訊，大多來自外電報導，實在是一大遺憾。

不該發生的事情，卻有不一樣的處理標準

台灣地處副熱帶和熱帶，依照常理來判斷，低海拔地區下雪，其實是「反常」的事件。這就跟十幾年來不該淹水的地方淹水，一月不該有颱風侵襲台灣，小林村不該滅村一樣，都是反常的天氣（或災害）事件。然而，台灣的民眾似乎對下雪有追求的熱情。於是輿論風向變得相當歡樂，開始討論起日本、台灣哪個氣象預報比較準，氣象主播之間的舌戰。這些資訊無疑增添了八卦的氣氛。但是，容我多嘴，當我們覺得日本的播報很準確的時候，是不是想過日本投注多少的人力物力在基礎科學的研究上面。氣象是一門科學，而科學的進步沒有捷徑，就是找到一群稱職的科學家，給他們需要的資源。

下雪是天氣現象，平地下雪是天氣災害現象

相對於其他高緯度地區，台灣對於寒害幾乎是沒有準備的。舉例來說，一般辦公大樓不一定有暖氣設備，有些建築為了通風，連冬天也只能開啟冷氣。一般超過20年以上的住宅大樓，更不會裝設暖氣，只能靠住戶自己購置，如此低溫對壯年人來說已經接近體力負荷的邊緣，更何況是老年人與小孩。如此寒害，對心血管疾病的病人都是嚴峻的考驗。可以想見，凍死的案例一定會上升，而接下來，台灣的民眾就要面對過年前的農產品漲價。說實話，這波寒流帶來的雪，不是瑞雪，是災害啊！瑞凡！

回歸科學面來說，根據科學家的研究證實，在可以預見的未來，人類必定要面對這一類型的「極端氣候」。尤其是位於海島的台灣，暴雨、暖冬、寒流、強颱，以後都會成為我們生活的一部分。媒體的力量，就跟水一樣，水能載舟，也能煮粥（咳～～），對不起，是亦能覆舟。當輿論能夠喚起大家對這類極端氣候的重視，就會發現這些現象多少肇因於全球暖化。簡單來說，地球已經存在超過45億年，什麼樣的大風大浪沒見過。相對的，人類只有短短一百萬年左右的歷史。地球系統的失衡，不會讓地球消失，反而會是人類這個族群存亡的關鍵。