生物律動-住在身體裡的音樂家特展

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。

• 文／林懷亞

音樂，是人類身體的本能。我們的談吐語調、呼吸、器官與細胞的週期以及心跳，都擁有自然和諧的韻律。這些原始的「生物律動」是人類創作、欣賞音樂的基底，當我們不僅僅以耳朵接收或創作音樂，而進一步以身體參與音樂的高低起伏、快慢跌宕，你也許會發現，音樂與我們的生命原來「聲聲相依」。

音樂結合生物體感、觸覺及心理的相關研究近年備受關注，許多跨界音樂創作者更以人類與音樂互動的關係為創作元素。音樂不僅僅是藝術領域的一環，也提供了身心調適與治療之用。本文將從人類的心跳講起，認識音樂與人體的種種美好連結。

人類的「節拍偏好」

2002 年比利時根特大學的 Dirk Moelants 的研究發現，人類的「節拍偏好」（Preferred Tempo）速度為 120 至 130bpm（BPM全稱為「beats per minute」，即每分鐘節拍速度） ¹，像是走路、鼓掌皆是這個速度。同時，Moelants 統計了「1960 至 1990 年中最流行的七萬四千首歌曲」，其中最多的速度也落在 120 bpm，兩者不謀而合。

在 Moelants 之後，2016 年音樂串流公司 Spotify 統計了美國該年五至九月一萬首熱門歌曲，發現多數歌曲速度落在 70 至 180bpm，與一般人的安靜心率 60 至 100bpm 範圍十分接近，更值得注意的是，這一萬首歌的拍速也以 120 至 130bpm 為大宗。²

跟著音樂動次動！音樂真的能幫助我們增加運動效率嗎？

音樂與運動的研究最早可以追溯到 1911 年，當時的科學家就已發現自行車騎士在聽音樂的情境下，踩踏板的速度比平時快。³  2012 年，英國雪菲爾哈倫大學實驗顯示，若自行車騎士與背景音樂的韻律同步，相較沒聽音樂或是沒與音樂同步的騎士，耗氧量少了 7% 之多。在這樣的情境下，音樂就像身體的節拍器，穩住節奏並減少耗損體力。⁴

以上的實驗結果，都是源於聽覺神經元與運動神經元的直接連結。當我們接收聲音時，兩種神經元會互相牽動，使我們自然而然想跟著音樂擺動身體，這在對音樂毫無認知的嬰幼兒身上就可以看到，並非後天習得。

近年有氧舞蹈課程、韻律課程越來越熱門多元，健身房裡不是大聲放著動感音樂，就是人人一副耳機栽在自己的世界裡，「運動音樂」隨著人們對音樂調適身體韻律的認知漸漸成為音樂產業大熱門。Spotify 的〈Groove in the Heart〉計畫，就集結該年前一萬名熱門曲目，依速度排列為極輕、輕、適中、強、極強五個級別，讓使用者根據自己的運動型態搭配音樂（例如適中級音樂適合有氧，強度音樂助於激烈的短程周期式運動等）。只要輸入自己在該運動狀態下的最大心率，便能從中找到適合歌曲，編輯個人專屬的運動歌單。

另外，運動品牌 Nike 也曾與美國獨立唱片公司 DFA Records 旗下樂團 LCD Soundsystem 合作，於 2006 年在 iTunes 推出為跑者量身打造的 Original Runs 系列音樂，譬如〈45:33〉這支 45 分鐘半的作品就是根據慢跑完整週期心率製作；從堆疊的暖身、穩定的高峰再到漸緩沉澱的音樂。⁵

聽莫札特不會變聰明，但聽音樂確實可以治療你我

我們身體對音樂本能性的連結與反應，使音樂成為了調適身心的利器，音樂治療的研究與應用越為普及，並常使用於心臟疾病治療。

例如美國醫療機構 Mayo Clinic 的團體 Healing Enhancement Program 與音樂家 Chip Davis 合作，鼓勵病患在手術過程與手術前後聆聽音樂。⁸柏克利音樂學院音樂治療系的 uzanne Hanser 及其團隊研究更證實音樂對於心臟疾病治療復原期間的身體與心理狀態有所幫助，可以穩定血壓、睡眠品質、舒緩壓力與焦慮。⁹

音樂不僅應用在病況控制，也可以協助病人親屬處理情緒。美國音樂治療師 Brian Schreck 曾與醫療中心暨小兒科醫院 Cincinnati Children’s 合作，替失去孩子的家人製作音樂，協助他們面對孩子離世的悲傷。Schreck 認為心跳聲是世上最美的聲音，而所有韻律都由此而生，因此他錄製病危孩童的心跳聲，根據心跳的節拍改編他們生前最喜歡的歌曲，讓親屬仍能感受、回憶與逝去親人的親密互動。

當心跳與音樂相遇：既能翻轉音樂又能科普！

除了研究既有音樂與生物律動的關係，也有許多人結合兩者創作多媒體藝術，打破藝術與科學的藩籬，為彼此增色。最後，我們來認識兩個讓你意想不到的跨界作品！

「聽你」創作的歌：音樂的樣貌由你的心跳決定！

儘管我們每個感官接收到的訊息都由大腦的不同部位分別處理，但我們聽音樂當下接收到的視覺、觸覺甚至嗅覺，卻可以影響我們對音樂的感受。Luciano Bernardi 與他的團隊在 2011 年研究發現，不僅音樂引起的情緒會造成心血管運動的改變，音樂對心血管的生理影響也會改變我們的情緒。⁶因此不僅文化、時空背景會影響人對音樂的感受，人的身心狀態也會。同一首曲子，不只一百個人聆聽會有一百種感受，一個人聽一百次也可能次次感受不同。⁷

紐約音樂家 J. Views 就以音樂和生理、心理的連結，創造了音樂實驗計畫〈The DNA Project〉，解構組成音樂的元素之一——節奏，反轉聽者只能「聆聽」的立場，讓他們成為創作的一分子。 2016 年以實驗成果集結發行的專輯《401 Days》，歌曲〈#Almostforgot〉，便使用聽者心跳為節拍，創造出各種版本。聽者只要將指頭置於手機鏡頭，讓它偵測隨心跳細微改變的指頭顏色，就能以心跳作為歌曲的 BPM，改變歌曲的節奏。偵測心跳後，螢幕也會出現搭配的動畫，並隨著聽者的心跳決定播放節奏。⁸這支作品不僅強調了聽者為音樂不可或缺的角色（若沒有「聽者」，仍會有音樂嗎？），也具體呈現了每個人對音樂的不同感受。

音樂沒有絕對，心跳也是：音樂與醫療聯手讓心律不整不再難以理解

穩定的節奏使我們得以跟上音樂的韻律，但有時來點不規律，也充滿驚喜。2017 年英國倫敦大學瑪麗王后學院教授 Elaine Chew 與她的團隊進行了一項計畫〈Arrhythmia Suite〉，收錄了不同心律不整的心電圖數據做為節拍依據，再尋找有相似節奏的音樂，並將音樂調整成與對應心跳節拍完全相同的歌曲。¹¹最後這個計畫集結成一系列的鋼琴曲目，例如 Larsen〈Penta Metrius〉便被改編成〈Mixed Meters〉；Piazzolla〈The Grand Tango〉也變成了〈III Tango〉。其實 Chew 自己也有心律不整，她與心臟專科醫生希望藉此計畫認識更多心律不整的情狀，並透過曲子改編的對比，幫助病患及家屬認識這個疾病，進而有益於醫生判定病情的不同階段，制定療程。

出生之前，我們從心跳開始認知世界；出生之後，我們從心跳開始認知音樂，甚至創作音樂。原始的「生物律動」使我們天生就能與音樂連結。因此，我們除了能利用音樂調適身心，也能透過音樂更深刻地傳遞彼此的話語、情感、記憶，與人同理、共感。

注解

1. Rob, M. (2016, November 01). Groove is in the Heart: Matching Beats Per Minute to Heart Rate.

2. Moelants, D. (2002). Referred Temo Reconsidered. Proceedings of the 7th International Conference on Music Perception and Cognition.
3. Ayres, L. P. (1911). The Influence of Music on Speed in the Six Day Bicycle Race. American Physical Education Review, 16(5), 321-324.

4. Bacon, C. J., Myers, T. R., & Karageorphis, C. I. (2012). Effect of music-movement synchrony on exercise oxygen consumption [Abstract]. The Journal of Sports Medicine and Physical Fitness, 52(4), 359-365.
5. Leone, D. (2006, October 20). LCD Soundsystem: 45:33.
6. Bernardi, L., Porta, C., Casucci, G., Balsamo, R., Bernardi, N. F., Fogari, R., & Sleight, P. (2009). Dynamic Interactions Between Musical, Cardiovascular, and Cerebral Rhythms in Humans. Circulation, 119 (25), 3171-3180.
7. Szendy, P., & Nancy, J. (2011). Listen: A history of our ears. Preceded by Ascoltando / by Jean-Luc Nancy. New York, NY: Fordham Univ. Press.
8. Blake, E. (2016, April 07). See the first-ever music video controlled by your heartbeat.
9. Hanser, S. B., & Mandel, S. E. (2005). The Effects of Music Therapy in Cardiac Healthcare. Complementary and Integrative Therapies for Cardiovascular Disease, 320-330.
10. Mayo Clinic. (2007, November 05). Complementary Therapies Help Patients Recover After Heart Surgery.
11. Chow, E. (2018, October 24). The Music of Arrhythmia.

希望看展覽也能像看戲劇一樣，同時進行視覺與聽覺體驗，最好還能動手實作？現在國立台灣科學教育館展出的「設計我們的世界-科技性別化創新」展覽（以下簡稱「設計我們的世界」展）就能滿足你的需求！

細膩布置，帶你看見蒙塵微光

策展人暨科教館「跨領域策展小組」組長林怡萱表示，團隊花了一年的時間收集資料、規劃主軸、設計教具、動畫與歌曲，打造亞洲還很少見，同時結合科學工程領域女性議題、性別化創新觀念與實作體驗坊的展覽。

「設計我們的世界」展除了能讓未來想投入 STEM 領域（科學、科技、工程與數學）的女孩認識科學歷史上的女性典範，也適合自認不擅長數理或不具備創新能力的大朋友與小朋友，通過展覽發現新的學習方法與自己的創新潛能。

第一大展區「關鍵少數」除了精細的布置與真跡複本，策展團隊更用心安排燈光、音樂、動畫與多媒體互動等豐富元素，讓參觀者更容易融入時代氛圍。透過劇場式的體驗帶你走進雅典時代、文藝復興、啟蒙運動、十九世紀至二十一世紀等不同的時空，認識當時的女性典範與她們面臨的困境。

科學是眾人之事，並非只靠單一明星

提到對科學領域有重要貢獻的人，一般人都能隨口舉出好幾個科學家的名字，但其實科學知識能順利進展與傳播，並非只是靠科學家的努力，還需要協助研究的研究助理、製作儀器的工程師、紀錄動植物圖像的科學插畫家，製作解剖模型的工藝家，科普工作者等人的付出，才能讓科學社群蓬勃發展。

在「設計我們的世界」展，你將看到這些鮮少出現在科學主流的女性研究者身影。例如生活於十七世紀的瑪麗亞．西碧拉．梅里安 (Maria Sibylla Merian)，因為對昆蟲感興趣，開始系統性觀察、紀錄昆蟲並畫下牠們不同生命階段的樣子。梅里安曾花兩年的時間，帶著女兒前往荷蘭殖民地蘇利南 (Suriname) 進行生態觀察之旅，完成記錄當地動、植物的重要《蘇利南昆蟲變態圖譜》。

而啟蒙運動時期的夏特萊侯爵夫人 (Émilie de Châtelet) 作為熱愛科學與哲學知識的沙龍女主人，曾於 1740 年出版一本介紹牛頓等當代知名科學、哲學理論的科普教科書《基礎物理》 (Institutions de Physique)。

為什麼科技需要性別化創新？

被譽為現代解剖學之父的維賽留斯 (Andreas Vesalius) 曾因為當時社會分工影響，缺乏臨床經驗，簡化了對男女生理器官差異的認知而提出「除了生殖器官以外，男性與女性的器官並無差異」的誤解。而這類未察覺的性別偏誤，仍存在於現代科學工程研究與生活環境中，讓我們產生錯誤判斷或忽略可能的創新機會。

在「見維知著」展區，策展團隊結合史丹佛大學的「性別化創新」(Gendered Innovations, GI) 專案研究與國內外實際案例，從科學、健康醫學、工程或環境四大角度，帶參觀者了解「性別刻板印象」、「忽視性別差異」與「僅專注於性別」等習慣所可能產生的問題。

此外，這裡也介紹了許多納入不同性別與不同年齡層使用者需求的創新案例。例如維也納政府在設計無障礙道路設計時，如何從性別的角度切入，讓無障礙道路同時提供行動不便者、提著購物袋、推娃娃車或照顧其他家庭成員的人更安全且舒適的行走空間。

數理真的很難，還是我們把它教得太難？

奧瑞岡科學與工業博物館的 Design Our World (DOW) 教案發現，如果想要吸引女孩投入工程與科技領域，在教案設計上需要注意幾個要點：提供女性榜樣、生活化、說故事、吸引感官、凸顯利他主義、個人化，使用包容性的語言，以及設計開放式與沒有標準答案的活動；這樣的教案設計同時適合不擅長通過傳統考試與競爭來學習的兒童。

策展團隊以 DOW 教案的精神打造出「匠心獨運」展區，規劃「與樹共生」、「手術解決方案」、「地震緊急救援」等遊戲，讓大小朋友直接根據任務目標，運用現場的材料，發想創意並動手打造原型 (prototype)，體驗科學家與工程師創新的過程。例如在手術關卡，你將拿著細小的工具，嘗試在有限的範圍內取出物件，感受在人體內開刀的困難以及好用的醫療器材對外科手術有多重要！

如果參展者看完展覽有任何的感想想交流，可在最後的「集思廣益」區聽演講、玩桌遊、留下意見回饋，激盪出更多的思緒與創意火花。

保持對世界的好奇，找到自己的專長

對於想要投入 STEM 領域，但擔心自己數理不好、無法成為科學家的年輕女性，林怡萱分享道：

除了知識和理論外，實作能力、同理心、好奇心以及企圖心，都是科學家不可或缺的精神。

如果現在覺得不擅長某些科目，可能是沒找到適合的學習方法，她建議大家先設定想解決的問題，再收集需要的相關知識，讓學習並非單純為了考試與成績。此外，如同展覽要傳達的，現代科學工程領域包含了各式各樣的工作，也許你擅長的專業就是團隊需要的人才也不一定呢！

《設計我們的世界-科技性別化創新》展期 2019.02.26-11.24，在國立台灣科學教育館七、八樓東側展廳。

本文感謝林怡萱小姐、鄭鴻旗先生