台南記錄五：門神機器人

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。

魚類是人類重要的資源，許多古代文化裡魚是日常飲食的一部分，台灣古時候也是如此。一項新發表的研究，調查台南 5000 年來的遺址中有哪些魚，得知古早台南人食用的魚類，受到環境變化的影響。

用耳朵裡的石頭，判斷古代人吃哪些魚

如何得知古代人吃哪些魚呢？魚有骨頭，有機會在遺址中留下遺骸，但是相對其他動物來說，魚類的骨頭沒那麼容易留下。所幸硬骨魚的頭部內，有種負責聽覺的構造「耳石（otolith）」。

耳石成分為碳酸鈣，魚去世後是相對容易留存的部位。不同魚類的耳石型態有別，所以見到遺址中的耳石，可以得知古時候有哪些物種。比較不同年代遺址間，耳石組成的變化，便能推論不同時代吃魚的改變。

• 延伸閱讀：解開古代魚類耳朵裡的「石頭」秘密！專訪古生物學家林千翔

由中研院的生物多樣性研究中心，林千翔主導的研究，算是用魚類耳石回答考古學的問題。自然死亡的魚也會留下耳石，不過這項研究分析的耳石大部分來自貝塚，也就是人類活動造成的垃圾堆遺址，當年應該曾經是人類的食物。

樣本皆來自南科遺址群，也就是南部科學園區的臺南園區的一系列遺址。中研院的歷史語言研究所於公元 1993 到 2010 年，在李匡悌等人率領的挖掘下有許多收穫，魚耳石只是其中一小部分。

從距今 5000 年的新石器時代早期開始，現在是南科的這塊地方便有許多人類活動。南科遺址群的 82 處遺址中，有 17 處出土過魚類耳石，被納入本次研究。考古學上可分為 5 個時期：新石器時代的早期、中期、晚期，鐵器時代，以及歷史時期。

5 個時期中，新石器時代中期只有 1 處遺址 1 件樣本；距今 300 年到現在的歷史時期，也只有 3 處遺址 8 件樣本。用於分析的 1254 件樣本，大部分屬於新石器時代早期、新石器時代晚期、鐵器時代。

新石器時代早期，距今 4200 到 5000 年前的 2 個遺址，總共出土 789 件魚類耳石，分別屬於 24 個分類群（taxa），不論數量或多樣性都最高。

新石器時代晚期，距今 2000 到 3300 年前的 7 處遺址，共出土 112 件樣本，分屬 16 個分類群。而鐵器時代，距今 300 到 1400 年前的 4 處遺址，出土 344 件樣本，分屬 13 個分類群。

新石器時代最有存在感的是大黃魚（Larimichthys crocea），早期占 57.29%，晚期占 41.96%，皆為當期最高比例的魚類。鐵器時代變成海鯰（sea catfish）最多，占 61.24%。

台南環境變化，影響食用魚種

地處台南同一個地區的遺址，魚類的數量和多樣性都漸漸減少。之前有個論點主張，這是由於過度捕魚所致。但是這項研究充分利用耳石分析的優點，判斷出土魚耳石組成的變化，並非人為捕撈，主要是自然環境變化的影響。

同一種魚，耳石的型態不會改變，但是大小會變，耳石大小又正比於魚體的尺寸，耳石愈大，魚體也愈大，反之亦然。

大黃魚在現代也是常見的食用魚類，最近卻由於過度捕撈（過漁），使得野生族群大福縮水；在此之下觀察到，多數個體的身體及耳石也明顯變小。由此推測，倘若古時候發生過漁，遺址中大黃魚的耳石應該會縮小。

新石器時代早期、新石器時代晚期，鐵器時代，三個時期都有大黃魚。比較發現大黃魚的耳石並沒有變小，鐵器時代的耳石雖然數量大幅減少，尺寸還變大一點。表示至少從新石器時代早期到鐵器時代，也就是從 4000 多年到幾百年前，大黃魚並沒有面臨生存危機。

大黃魚在台南遺址的存在感之所以下降，更合理的論點是：海岸線和沿岸環境的改變。

台南的地貌不斷變化，陸地向海延伸。如今南科遺址群位於內陸，離海岸有相當距離；但是在新石器時代早期，南關里、南關里東遺址的年代（屬於小有知名度的大坌坑文化），這塊地方位在海邊；新石器時代晚期陸地範圍前進，不過依然位於海邊。

大黃魚住在岸邊海域，而新石器時代的台南人住在海邊，使他們不難獲得大黃魚之類的海產。魚類以外，這些遺址也出土不少貝類，表示當時的居民，善於利用沿海的水產資源。

隨著泥沙持續淤積，原本位於海邊的南科地區，鐵器時代成為內陸，淤積和河道後來形成台江內海。南科到台灣海峽之間有潟湖存在，鐵器時代的台南人，不用太靠近海邊便能取得水產資源。也許就是如此，大黃魚不再那麼流行，住在河口、潟湖環境的海鯰，變成這個時期遺址中最常見的魚類。

耳石只代表一部分古代魚類

不論古今，耳石都是識別魚類的好材料。比較不同年代魚類耳石的改變，可以判斷自然環境與人類文化的變化，但是也要注意，考古遺址中的耳石，無法代表古代食用魚的全貌。

見到某種魚的耳石，那種魚一定存在過，可是曾經存在過的魚，不一定會留下紀錄，耳石組成也不完全等於實際比例。這兒最明顯的例子是，不同年代的多個遺址有出土鯛科魚類（Sparidae）的骨頭，然而其耳石只有 1 件。或許還有些魚類，不論魚骨或耳石都沒有留下，我們根本不知道它們存在過。

我們見到大黃魚在新石器時代早期占 57.29%，晚期占 41.96% 這項數據，並非意謂當時真的有 57%、42% 食用魚為大黃魚；合適的解讀大概是，大黃魚是新石器時代主要的食用魚種，晚期的比例有所降低。

大黃魚的古老傳承與當代危機

有趣的是，一直到中國漁民近期過度捕撈以前，野生大黃魚在東亞的東部沿海都很常見。古代台南人捕食不少大黃魚，可謂有偏好也具備技術，他們對大黃魚的偏愛和捕捉技術，或許能追溯到還在對岸海邊的日子。

綜合考古、語言學等方面的資訊推敲，台南在新石器時代的大坌坑文化，應該是台灣初期的南島族群，他們很可能是更早以前來自東亞沿岸移民的後裔。這群人的生產方式包含農業，會種植稻、小米等馴化植物，不過仍然有不少採集和狩獵，以及利用水產資源。他們捕食大黃魚的文化，也許在祖先尚未渡海移民前已經養成。

古代人吃進不少大黃魚，現在大黃魚也是受到歡迎的食用魚，一度族群龐大的魚群還因為濫捕面臨滅團危機，至今沒有從過度捕撈的打擊中走出去。無疑，人類如今也成為影響魚類生態的要角。

延伸閱讀

• 林千翔實驗室網站
• 吃魚頭常常啃到的那兩顆「魚耳石」，對古生物學相當重要
• 耳中乾坤─魚耳石
• 從台灣魚類耳石化石研究 談海洋生物多樣性的變動與困境
• 台灣海洋化石與魚類化石的研究、回顧與展望
• 野生大黃魚的滅絕危機
• 背後中箭、大啖貝類，史前南科住了誰？
• 東亞南方、北方，還有台灣的古代DNA──東亞遺傳史（上）
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• 短篇  住在地中海邊，靠海吃海的尼安德塔人
• 短篇 秘魯海岸15000年前已有人居，他們技術簡單，菜單多元
• 短篇 最早吃鮭魚的人類，在11800年前的阿拉斯加
• 8000年前賈湖遺址，最早養殖鯉魚

參考資料

• Lin, C. H., Wang, Y. C., Ribas-Deulofeu, L., Chang, C. W., & Li, K. T. (2022). Changes in marine resource consumption over the past 5000 years in southwestern Taiwan revealed by fish otoliths. Journal of Archaeological Science: Reports, 42, 103400.

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。

泛泛泛科學Podcast這裡聽：

棲身於都市的我們，可曾自問理想的居住環境應該是什麼樣子呢？科幻電影中，不論是《黑豹》的烏托邦科技之城，還是《銀翼殺手》賽博龐克式的頹廢，他們時而嚮往未來世界、時而批判當代問題。《國家地理雜誌》曾於 2019 年推出「未來城市」專題，指出全球將於 2050 年達到 98 億人口，並且將有 70% 居住於城市。專題中勾勒出「未來城市」的十項關鍵原則，包含：生態、經濟、基礎建設、水資源、廢棄物、食物、移動性、文化、能源、適居性等。

回到台灣，你心中的理想城市應該如何？科技新潮、舒適宜居？還是通勤方便、適合就業？你知道現在就有一座「科技之城」正朝這樣的路上邁進嗎？

位於台南的「沙崙智慧綠能科學城」將成為研發綠能科技的重鎮，不僅有全台唯一的自駕車測試實驗場、綠能科技示範場域，更與南科並駕齊驅，成為推動台南前進的「雙引擎」，引發青年「南漂」的熱潮。本集節目，P 編、y 編將與臺南市政府經濟發展局長陳凱凌，一起探索未來城市的可能性！

• 03:26 科幻題材的城市想像

許多科幻作品對「未來城市」有相異想像，y 編、P 編大致分為以下三種類型：第一種為「烏托邦」型，科技已發達進步，城市發展完善，生活、交通便利，能源問題已被解決，如：電影《關鍵報告》、《黑豹》中的城市面貌。第二種為更為常見的「賽博龐克」（Cyberpunk）型，資本大企業掌控城市，機器人取代人類的功能性，不顧工業造就的環境污染、破壞，城市的一切以「獲利」為最高原則。第三種則如同《瓦力》、小說《月球城市》，人們被迫離開地球，重新在其他星球另闢疆土，重建起新的城市風貌。

延伸閱讀：

在科幻與科學之間，寫一座充滿故事的月球城市──《月球城市》作者 Andy Weir 訪談

• 08:37 科幻反映現代城市的 bug

相較之下，y 編、P 編認為上述的第二型、第三型「糟糕」的城市面貌，在科幻題材更為常見，藉此也顯示題材背後對於現代城市的批判。y 編形容科幻題材荒涼的城市景觀，像是對人們「敲響警鐘」，希望大眾意識到現實城市中的 bug 在哪，若不早點解決問題，城市未來即可也變得如此「糟糕」。

• 09:47 建築師眼中的「未來城市」

《國家地理雜誌》曾於 2019 年推出「未來城市」專題，指出全球將於 2050 年達到 98 億人口，並且將有 70% 居住於城市。專題中更邀請美國 SOM 建築設計事務所，列出設計「未來城市」的十項關鍵原則，包含：生態、經濟、基礎建設、水資源、廢棄物、食物、移動性、文化、能源、適居性等，並強調循環利用水資源、發展再生能源、在地生產食物、建設高速鐵路作為城市間的聯繫等，都會是規劃、設計城市的取向。

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未來城市 – 都市垂直農場供你溫飽

• 14:55 未來房子的設計「因人而異」

《國家地理雜誌》「未來城市」專題指出，以後人們所居住的房屋應「因人而異」，依據每個人的條件（如身高差異、對不同空間的需求量），更有效利用居所中的空間；P 編也再提到，專題也強調「關聯就業」（Connected Employment）的重要性，希望能拉近城市「就業中心」與「居住中心」的距離，因此建設高速鐵路，成為減少通勤時間的解方。

• 18:28 「沙崙智慧綠能科學城」在做什麼？ 

「沙崙智慧綠能科學城」位於台南，目前為南部重要的研發中心，也是政府「5+2產業創新計畫」中綠能科技產業的發展重鎮。園區內更有許多「全台唯一」的建設，包含：自駕車測試實驗場、綠能科技示範場域、台糖智慧綠能循環住宅，另也有中研院、科技部的研究機構進駐，提升台灣南部的科技研發能量。

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「自駕車智慧之眼」守護行車安全

• 20:59 「軟硬兼具」的台南動起來

臺南持續推動「雙引擎」計畫，一為南部科學園區（南科）光電產業的發展，近年亦有台積電設置 5 奈米製程工廠，目前已可量產，3 奈米製程生產也如火如荼的進行中，皆有助帶動硬體與光電業的成長；另一大「引擎」即是沙崙智慧綠能科學城，帶動綠能科技、資安智能的研發。陳凱凌局長也表示，兩者「軟硬兼具」的發展，將為光電、科技與研發帶來巨大的演進。

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半導體廠奈米級的奇「積」！科學家挑戰突破電晶體大小的極限

• 23:47 「南漂」人才回流的原因

過去台灣南北區域發展不均，導致高階人才往往「北漂」工作。陳凱凌局長指出，南科、沙崙科學城的興起，已讓南部產業產生巨大變化，工廠人才需求量爆增。不論是低階作業員、高階研發人員在台南皆能有不錯起薪，更以 ASML 於南科設立的 EUV 研訓中心為例，大學畢業生即有年薪兩百萬薪資，培訓完更可能達到三至五百萬，與北部同等工作薪資無異，加上台南的生活機能佳、消費相對北部平價，都是吸引人才「南漂」的關鍵。

• 28:25  「雙引擎」發展下硬體設施夠嗎？

目前，台南「雙引擎」穩定推動，人才大量湧入，城市的硬體發展與空間規劃，能否隨產業變化而跟進也頗為重要。陳凱凌局長舉例，目前台南的水電供應十分穩定，供電部分更積極發展「太陽能發電」， 備案容量更已達 2.24 GW，在六都中的首屈一指。

科技部更預計在沙崙科學城設置資安中心，並增設第二條南到北的光纖網路，另也有海底電纜預計將於安平港上岸，皆是促進發展的網路資源。陳凱凌也指出，科學城三井Outlet、台南會展中心都將於明年陸續開幕，讓台南的商業、休閒機能更為完善。

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永續綠能發展，台灣難以忽視的挑戰——專訪清大科法所副教授高銘志

• 33:01 科學城「造鎮ING」

陳凱凌局長表示，沙崙科學城的研發機能漸趨成熟，日後也希望引入更多生活、商業、生態、醫療的軟硬體設施，讓沙崙科學城的「造鎮」發展更為完整，一步步實現「未來城市」的藍圖。科學城內的中研院南部院區、國家高速網路與計算中心臺南分部，也各自持續在農業生技、量子科學、人工智慧等領域穩定發展。他也提及，台南是文化古都，現在更是科技新城，伴隨新一批研發人才「南漂」，必能讓這座新舊合一的城市更具魅力。