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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。

本文由 國立臺灣師範大學 委託，泛科學企劃執行。 

在現代社會，如果我們到咖啡廳或其他公共場所，打開筆電坐下來後，通常的第一句話都是「請問這裡有 Wi-Fi 嗎？」。

沒除了 4G、5G 行動通信以外，Wi-Fi 是我們日常生活中常用的上網方式。那麼，Wi-Fi 到底有什麼特點呢？

首先，來解釋一下幾個常見的名詞：Wi-Fi、WLAN、802.11。

你或許都聽過這些詞，特別是 Wi-Fi，但它們之間有什麼差別呢？

LAN 是 Local Area Network，區域網路的意思。通常指的是像一間網咖這樣的範圍。而 WLAN 就是 Wireless LAN，無線區域網路，這是現在的主流用法。而 802.11，則是專門針對區域網路中無線部分的技術標準。而 Wi-Fi 呢，則可以看作是 802.11 這個技術標準的口語化說法。而 Wi-Fi 的 logo 一黑一白，與太極圖非常相似並非巧合，其 logo 衍生自太極圖，就是想取其相容於任何設備、平台，不管在哪裡都能順利連上網的意象。

有人說 Wi-Fi 在現代已經像空氣、陽光、水和電一樣，成為不可或缺的基本需求。

除了 Wi-Fi 我們還介紹 MIMO 這個關鍵技術，如果對更多技術細節感興趣，或是想聽聽像 Bluetooth 是以國王名字命名的科技小故事，都歡迎在留言告訴我們，期待與你們繼續分享更多有趣的科技知識！

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參考資料

• https://www.facebook.com/photo.php?fbid=10167518354985072&set=pb.679030071.-2207520000.&type=3
• The History of WiFi | Purple
• 無線網路將取代有線網路－802.11n 簡介

她是全球知名好萊塢影星，同時也是發明「展頻技術」（Spread Spectrum；過去稱為秘密通訊系統）的關鍵人物，更被人尊稱為「Wifi 之母」、「藍牙之母」，鮮明的性格、亮麗的外表（她真的很漂亮）、才能與智慧，造就了海蒂．拉瑪戲劇性的一生。

海蒂．拉瑪（Hedy Lamarr，1914－2000）的原名為海德薇希．愛娃．瑪麗亞．基斯勒（Hedwig Eva Maria Kiesler），是個出生於奧地利的匈牙利猶太後裔，父親是維也納知名的銀行家，母親則為一名鋼琴家。

為夢想勇敢前進電影產業

少女時期的海蒂．拉瑪被電影吸引，便毅然決然放棄了當時仍在學習的通訊專業，退學後的她學了鋼琴、芭蕾，幸運地被導演馬克斯．萊因哈特挖掘，將她帶到了位於柏林的表演學校，先是由場記員做起，闖蕩電影界。

1930 年，年僅 17 歲的海蒂．拉瑪出演了她的第一部電影，之後陸陸續續拍攝了多部作品，其中讓她從此聲名大噪的，是在 1933 年的捷克電影《神魂顛倒》（Ecstasy），劇中她不畏世俗眼光，為戲裸泳及全裸在森林奔跑，這也使她成為了第一位在螢光幕前全裸出鏡的女主角。事後海蒂．拉瑪回憶起這部作品：「你用你的想像力，便可以看到任何女演員及她的裸體。」

成名不久後，她便結識了第一任丈夫——弗里茨．曼德爾，是一名奧地利的軍火商。由於生意上的往來，海蒂．拉瑪因此可以在招待客戶時，從旁聽聞丈夫與買賣方之間的交談，這便促成了她擁有無線電通訊知識的機緣。

儘管生活富裕，然而婚後的海蒂．拉瑪並不快樂，處處遭受限制，甚至連熱愛的電影產業也被禁止涉足。1930 年代納粹滲透奧地利，海蒂．拉瑪堅決反對納粹，但身為猶太人的丈夫卻與希特勒及墨索里尼等法西斯主義份子做交易、打交道，終於讓海蒂．拉瑪下定決心逃離不愉快的婚姻生活。

在逃離到倫敦後，結識了老牌電影公司米高梅創始人之一路易．梅耶，他與海蒂．拉瑪簽訂了一份長達七年的影視合約，前往美國踏上好萊塢演藝之路。她由於電影《神魂顛倒》受到不少批評，也是在此時將名字改為我們所熟知的海蒂．拉瑪。隨後便在好萊塢參與多部影視作品，出演許多受人歡迎的電影，成為家喻戶曉的女星，紅極一時。

1940 年海蒂．拉瑪在聚會上認識了鋼琴家喬治．安塞爾，就在兩人聊天時，她想起了軍火商前夫曾與納粹官員談起如何操控魚雷的內容……。

發明展頻技術

就在某次聽安塞爾彈奏鋼琴時，看著按壓不同琴鍵就能使聲音有所變化，於是海蒂．拉瑪聯想起，直接用無線遙控魚雷，就很容易使之被相同頻率的信號干擾，造成魚雷偏離目標，既然改變鋼琴鍵能直接改變聲音，那麼同理，如果是直接改變無線電信號的頻率就能改變發出的信號！若不停地隨機改變信號頻率，因敵人干擾而影響魚雷的機會就會減少很多。

做為專業且優秀的音樂家，安塞爾想出了具體的實施方法，他曾使用了 16 架自動演奏鋼琴創作了《機械芭蕾》（Ballet Mecanique）一曲，而自動鋼琴的原理為，以打孔紙卷來記錄音譜，透過裝置捲動紙軸，紙卷上的孔位與驅動機械連動，使相對應的裝置擊琴鍵，從而演奏出音樂。

運用自動演奏鋼琴的原理，在魚雷的接收器和艦船發射器內安裝相同編碼的滾筒，在兩者同步運轉時調整頻率，就可以達成透過載波快速切換不同頻率，使得接收端與發射端產生偽隨機（後稱此技術為跳頻展頻；Frequency-hopping spread spectrum, FHSS）。

兩人在 1941 年時向美國專利商標局（USPTO）提出專利申請，並將這項技術發明命名為「秘密通訊系統」（Secret Communications System），隔年順利通過，專利號為 2292387，就是我們現在的展頻技術（Spread Spectrum），值得一提的是，他們共使用了 88 種頻率，而鋼琴鍵數就是 88。

由於該技術是由演員與音樂家所發明的，期望為戰爭貢獻心力的兩人，此項發想在當時難以說服軍方使用。但兩人還是將專利無償提供給美國軍方使用，也自行支付相關的專利維護費用，而當時的電子科技發展仍無法支持這樣的技術，一直到冷戰時期，電晶體發明後才真正被運用於軍事上。

成為無線電通信技術發展的基礎

日後展頻技術被應用到眾多無線電通信中，分碼多工存取（Code Division Multiple Acces, CDMA）、無線區域網路（WLAN）、Wi-Fi 與藍牙都是基於此技術發明出的。

海蒂．拉瑪與安塞爾並沒有繼續深入研究他們的發明，而上述新技術與海蒂與安塞爾的專利雖有相通之處，但都沒有觸及其專利權，兩人終其一生未因此專利獲得任一分錢，即便至近年 ，這項技術還是被許多專利所引用。

在這項發明專利公布的 56 年後，1997 年兩人的成就才終於獲得電子前線基金會（Electronic Frontier Foundation；EFF）榮譽技術獎章殊榮，2014 年兩人被選入美國發明家名人堂，直到現代，海蒂．拉瑪才真正獲得世人廣泛的認同。

後記：

在讀完海蒂．拉瑪的故事後，筆者思考起，儘管海蒂．拉瑪不像大眾所熟悉的發明家、科學家，擁有豐富的學識背景，甚至是圈子裡優秀出眾的學者，然而她從生活中發現了他人不曾想過的，也確實把它實踐了，讓以為距離遙遠的科學發明，也有了浪漫親近的一面。

• 維基百科—海蒂．拉瑪
• 好萊塢美麗影星與秘密通訊技術的發明者—海蒂．拉瑪
• United States Patent and Trademark Office
• 維基百科—展頻