有伴的老行星，生命能生存的機會也增高

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。

加熱食物的無線電箱子：微波爐

這種箱子用一種無線電波加熱食物。無線電波讓東西裡面很小很小的水滴搖動，愈搖愈快。當東西裡的很多小水滴都搖得很快， 東西就變熱了。如果讓很強的無線電波穿過水，水會變熱。 有了加熱食物的無線電箱子，你就可以買冷凍食品，在冰箱冰很久，要吃的時候，再用箱子加熱，把冰熔化。這對沒有時間煮飯的人很方便。你也可以用無線電箱子加熱新鮮的食物（例如魚） 做成各種菜，就跟用廚房其他加熱工具做菜一樣。不過用這種箱子做菜沒那麼簡單，尤其是煮肉時要小心一點。

無線電波

這種無線電箱子使用的電波，波長跟家裡電腦的無線網路「熱點」一樣。其實不同種類的無線電機器使用的電波波長都不一樣，但這兩種卻用完全一樣的波長，這是有原因的。 就在加熱食物的無線電箱子愈來愈普遍的時候，用無線電傳送資料的設備也開始變多。由於當時家家戶戶都已經在使用這種無線電箱子，各國決定把箱子用的波長（大約是手掌寬）開放，讓每個人都可以用。於是制定無線網路的人就用了這個波長，因為這是大家都能在家使用的少數波長。 如今全世界電腦傳送資料使用的波長，跟加熱食物的無線電箱子一樣。這不會有問題，除非你的無線電箱子有破洞，那你在加熱食物時，電腦上的影片可能就停了。

為什麼變熱的食物裡面還有冰？

無線電箱子很會把水加熱，對冰卻不大行。箱子可以加熱冰，但是要花很久的時間。 當你把冷凍食品放進無線電箱子加熱，過一會兒後， 有一部分開始變成水。因為無線電箱子很會把水加熱，這些水很快就變得更熱，甚至在冰還沒完全融化之前，這些水就變成水蒸氣了。 要避免這種情形，你可以把無線電箱子的強度調小一 點，這樣加熱過程中會有很多次暫停，因此有多一點時間讓熱傳送到其他部位，就不會有些地方特別燙了。

• 從上文知道微波爐是靠著無線電波讓水滴搖動、使得食物被加熱，但你曾想過微波爐中的無線電波的分布狀況嗎？

本文摘自《解事者：複雜的事物我簡單說明白》，天下文化出版。本書獲選為泛科學 2016 年 11 月選書。

一組歐洲天文學家發現一個非常古老的行星系統，極可能是從130億年前宇宙極早時期就已形成並留存至今的。這個系統包含母星HIP 11952和兩顆行星，這兩顆行星的公轉週期分別為290天和7天。雖然行星通常在含有金屬元素（metal）比較多的雲氣中形成，HIP 11952卻鮮少含有金屬元素；因此HIP 11952行星系統的發現，顯示在早期宇宙金屬元素豐度仍很低的時期，就已經可以形成行星，和現今宇宙內如我們太陽系這樣的行星系統相當不同。

所謂的金屬元素，泛指除了氫與氦兩種宇宙誕生之初就有的元素以外的其他所有元素，又稱為「重元素」。

現行公認的行星形成理論認為行星是在年輕恆星周圍、由氣體和塵埃組成的拱星盤中形成的。但若要探討形成的細節，這個理論就會產生諸多問題，其中一個問題就是：致使氣體塵埃開始聚集形成行星的真正原因為何？

天文學家現在已經在太陽系以外的地方，至少確認750顆恆星擁有一顆以上的行星，且發現這些行星系統的環境差異頗大，但也存在某些特定趨勢，例如：經統計，含有較多金屬元素的恆星，較可能擁有行星。這個現象引出了一個關鍵問題：宇宙誕生之初幾乎不含有任何氫與氦以外的金屬元素，金屬元素是經由一代一代的恆星演化，經由恆星內部的核融合反應或是經由超新星爆炸而產生，之後再回歸到宇宙空間，成為下一代恆星的製作原料；因此愈古老的恆星金屬豐度愈少，愈靠近現今宇宙的恆星則含有比例較高的金屬元素。若按現行的行星形成理論，那麼在宇宙早期，幾乎沒有金屬元素的狀況下，是幾乎不可能形成行星？還是應該可以形成行星，所以下一步應該是要好好想想第一代行星會在何時形成？

德國普朗克天文研究所（Max-Planck-Institute for Astronomy）Johny Setiawan及慕尼黑天文臺（University Observatory Munich）Veronica Roccatagliata等天文學家從數年前開始進行一項研究計畫，搜尋貧金屬星（metal-poor star）可能含有的行星系統，結果發現其中一顆貧金屬星HIP 11952，擁有2顆氣體巨行星HIP 11952b和HIP 11952c。HIP 11952在鯨魚座方向，距離地球約375光年。這兩顆行星本身相當普通，與其他已知的氣體巨行星並無啥大不相同之處；它們的不平凡之處在於它們的母星是顆「極貧金屬星（extremely metal-poor star）」，換言之，是顆非常古老的恆星。

Roccatagliata等人其實在2010年時就發現一顆貧金屬星HIP 13044有行星系統，當時他們還覺得應該是特例。但在HIP 11952如此金屬豐度更貧乏的恆星周圍也發現行星之後，他們開始改觀，認為或許貧金屬星擁有行星是相當普遍的現象。HIP 13044之所以有名，是因為它是「從其他星系來的系外行星系統」，這顆星位在一道星流（stellar stream）中，而這道星流是約數十億年前被銀河系吞噬的另一星系的殘骸。（請參考天文新知2010-11-20 首度發現來自銀河系外的系外行星）

和其他系外行星系統相較之下，HIP 11952不僅僅是極端缺乏金屬元素這項特點而已，還因為估計其年齡高達128億歲，成為目前已知年齡最大的行星系統；而我們宇宙的年齡，估計僅約137億年，所以這個行星系統應該在宇宙還處在幼兒期之時便已形成；而這也意味著，從宇宙誕生至今，任何時期都可能有行星系統形成。這就像在自家後院挖掘出重大考古遺跡一樣，讓眾人莫不興奮不已。這些天文學家打算繼續尋找並研究這類貧金屬恆星旁的行星系統，希望能讓行星形成理論更加完善，並能進一步瞭解生命的起源。

資料來源：A planetary system from the early Universe, [2012.03.27]

轉載自台北天文館之網路天文館網站