學校好耗電，從學生宿舍省電競賽可行嗎？─節電新竹市篇

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。

國科會首度向全國高中職及大專院校廣下英雄帖，舉辦「Open Call 科普 創意松」，得獎名單已揭曉，並將於今（112）年 5 月 26 日在臺北松山文創園區一號倉庫進行頒獎及展示得獎作品，當日將結合國科會科普活動計畫及科普產品製播計畫成果一同展出，讓各界能藉此機會相互激盪對科普的想像！

兼顧科普傳播與社會需求，將學生科普創意轉換為未來社會影響力

聚焦校園年輕世代所舉辦的「Open Call 科普創意松」徵件活動，分「科普創意提案」及「科普短片徵件」兩類，鼓勵高職中職及大專院校學生，透過多元科普傳播模式和影音創作發揮社會影響力。

自去（111）年 8 月底啟動徵件，有將近 90 所學校、400 多隊報名、超過 1200 人次的師生參與。在學子創意孵化的過程中，國科會也邀請業界各領域執牛耳的輔導業師，透過業師陪伴及前後世代的交流互動，優化學子的提案創意並強化其作品未來之可行性。

「科普創意提案」獲獎案例展現出青年學子對於科學教育、環境永續、生 態保育、偏鄉孩童心理輔導等議題的關注與熱情，並嘗試透過創新的科普傳播手法為在地社會議題尋求新解方。

大專組金獎由來自臺北醫學大學及中國醫藥大學合組團隊「醫線教育」獲得，該團隊跨區域、跨校號召志同道合夥伴，針對疾病診斷邏輯，設計互動式教具與課程，幫助國內外大學生模擬情境以銜 接基礎知識在臨床的應用，獲評審們一致認同是難能可貴的社會實踐行動。

高中職組金獎，由彰化二林工商的「哇哈哈科學服務團」團隊獲獎，該團隊以在地高中職學生為出發點，率先成立科學服務社團，學習科技教育知識，再教導鄰近國中小學童，達到自助人助，進一步儲備種子志願團，由受助者變成助人者，形成良善循環機制，不僅將科學教育資源帶入偏鄉，培養在地科學人才， 且結合科學教育與地方文化，對地方經濟和社會發展有正面且積極的影響。

科普短片類大專組金獎作品為清華大學「清大天文社」之〈進擊的黑洞：類星體〉，該創作短片從熱門的科學新聞切入，呼應天文迷對於黑洞的好奇心， 片中穿插許多令人會心一笑的譬喻與橋段，風趣又不失其意涵。

高中職組金獎作品，是由虎尾高中「動感光波」團隊所創作之短片〈光通訊〉，主要講述以 發射器（燈泡）產生之光訊號，經由接收、轉換成電訊號，進而發出特定音階， 透過生動活潑的表演和拍攝手法，故事情節可愛清新，搭配簡易動畫和資訊圖卡，讓影片具知識性及趣味性。

當日除了展示 21 個來自校園學子的獲獎科普創意，下午在舞台區會放映獲獎的 11 支科普短片及科普產品製播計畫影片，內容生動更兼具知識性與教育性，讓民眾沉浸於深入淺出的科學知識寶庫與科普視聽饗宴。

精選年度科普活動計畫作品及科普產品製播影片成果同步展出

國科會為持續推動全民科普，使科學教育不僅走入校園、更深入大眾生活，今年首度集結科普相關計畫 45 個團隊共同展出成果，國內長期推動科普、第一線面對學子的科普推手，為本次展覽設計豐富多元的科學演示，將深奧的科研成果轉化為各年齡層易懂的手作互動實驗等，包括循環材料與物件微展覽、 原住民文化數學數位教材、科普桌遊、AI 自駕車模擬行駛、植物染手作體驗、 蝴蝶科普解謎遊戲等有趣又豐富的科普體驗；此外，「數感盃中英文數學詩創作競賽」的創作成果，也將在展場中幻化為 24 公尺長的「數學詩牆」，當縝密精準的數學與柔軟詩意的文學交會，迸發出跨域創作的科普新火花！歡迎大小朋友帶著好奇心一同共襄盛舉！

活動官網

「Open Call 頒獎典禮暨科普成果展」活動資訊

• 時間：2023 年 5 月 26 日（星期五）上午 10:00 ～ 下午 5:00
• 地點：臺北松山文創園區一號倉庫（信義區光復南路 133 號）
• 展覽活動詳情請上活動官網：www.opencall-nstc.org.tw

本文由經濟部能源局贊助

「有人問我，做一個經濟部長，心裡壓力最大的是什麼事？」經濟部部長鄧振中在 4 月 26 日的智慧節電計畫成果分享發表會說：「臺灣的電力問題絕對是其中之一。除了在供應面要持續拓展替代能源、需求面也要鼓勵全民共同養成好的用電習慣。」

為了養成良好的用電習慣，主打「自己的電自己省」的智慧節電計畫志在讓各地方縣市以節電 2% 為目標，這一年來共有基隆市（-1.92%）、新北市（-1.00%）、新竹市（-0.96%）、臺北市（-0.27%）、桃園市（-0.22%）、台中市（-0.00%）六個縣市達成「用電零成長」的成績。

經濟部部長鄧振中表示，雖然這一年來全臺灣的整體用電仍微幅成長 0.05%，但各縣市低度的用電成長仍值得鼓勵，也可藉著「智慧節電計畫成果分享發表會」和節電有成的縣市互相取經。

分享會中的新北市政府分別以節電參與式預算、媽省理工與節電認同券、機關雲端空間和 PFI 採購模式這三個主題向其他縣市分享經驗。

由下而上的草根民主實驗

「節電參與式預算」是嘗試讓公民智慧進入城市治理的新典範，改變了過去「市府請市民配合」的模式，讓市民有機會從政策設計就開始關心、參與自己所在城市的能源未來。

「節電參與式預算重點不在產出偉大計畫，而是讓市民開始學習、關注自己住區的用電情形，整個過程本身就是政策宣傳。」這場由下往上的草根民主實驗，以永和區和蘆洲區的社區大學為示範區，期程共約三個月，兩區市民發展出的提案風格也很不同。

「蘆荻社大節電中」的參與者從小學生到新住民都有，因此提案也充滿不同居民的生活經驗和發想特色——例如巡守隊腳踏車、小學生漫畫、家庭主婦圍裙、新住民野餐等等。蘆洲過去從工業區起家，如今也有不少新住民的加入。說明會開始前，蘆荻社大就深入菜市場、公園、神將腳、市場攤商等「庶民出沒地」進行宣傳，最後的宣傳也結合蘆洲大拜拜和神將文化祭，以「人人來參與、投票審預算」為號召，在園遊會設攤讓民眾親身認識不同提案並且現場投票。

同樣是參與式民主，在以住宅區為主、且上班族和高教育族群居多的永和區，過程中的說明會和工作坊的知識溝通成分也更多，產出不少往公園路燈、集合式住宅等公共場域思考的提案方向。最後的審議形式，除了紙本也開放了網路投票，因此獲得更高人次的參與；在投票設計上，永和區也允許市民一次投給四個中意的提案、並且從九個提案中選出前七名共享經費額度。

同樣著墨於市民參與，臺北市資訊局則以「創意節電黑客松實證計畫」為主打，引進科技圈日益廣泛的「黑客松」活動，吸引許多具有資訊工程背景的大學生參加，發想出許多智慧監測家庭耗電裝置的提案。這些提案多半強調「對使用者友善」，例如利用手機一鍵關燈、以APP統一多個家電的操控介面、或是設計視覺化圖表取代冰冷無感的電費帳單。

節電認同券，比帳單減免更有感

在地的區里是縣市政府嘗試對住宅部門經營節電宣導的必爭之地。「相較於服務業等產業部門可以利用法規去要求節電，一般市民是地方政府比較難觸及和要求的對象。」很多地方政府舉辦以里為單位的節電競賽，新北市環保局則更推出「媽省理工」的頭銜，希望推廣不要集中在里長等少數人的肩上、而能吸引更多婦女和里志工加入節電輔導員的行列，做「有感情」的串門子輔導。

2008 位的「媽省理工」經過培訓和資格認證，對自己節電輔導員的身分更具有認同感、也讓鄰居們更信任他們，2.5萬戶以上的家庭都完成了居家節電輔導。如果做好資源回收，也可以去里長那裡累積點數、免費換取 LED 燈。除了區里，新北市也直接開放所有居住（包括租屋）在新北市的居民參加「節電認同券」計畫。同樣是從電費來評估省電的進步程度，新北市環保局表示回饋超商購物券的方式比電費帳單直接減免「更有感」。

https://www.youtube.com/watch?v=44TMSrhaXJU

「也許只是兩百元的獎勵，但是我太太帶著鄰居好友們一起去超商喝下午茶，好友們好奇問她為什麼有購物券……無形之中讓更多人認識了這個計畫。市民反映這個計畫和抽獎相比更踏實，因為是幾分努力就會換得幾分成果（購物券額度）；有簡訊主動提醒也很貼心有感。有參與認同券計畫者，節電率比起新北市整體平均節電率高了 1~2%。」

新北市環保局也深入分享，節電認同券的參加者以 30~50 歲擅長資訊操作者居多，和媽省理工以 50~60 歲的年齡分布恰好相反；觀察居住型態，套房的節電率可達 37%，遠遠超出華廈大樓，而小家庭與單身者也比起大家庭與三代同堂更容易達成省電目標。

創新採購模式

為了達成機關節電目標，新北市除了為市府建築引進雲段智慧管理系統，還採用了創新的 PFI 採購模式（Private Finance Initiative，民間財務主導公共建設），突破傳統採購限制，徵求民間融資提案、全面換裝 LED 節能路燈，在不增加政府財政負擔的狀況下快速提公共服務水準（6 年縮短為 1 年），在換裝後的一年來已經節省 1 億元的電費、在機關部門創下了 13.5% 的漂亮節電率。

新北市政府分享經驗，過去的採購契約是「多裝多拿」的付款方式，每當遇上天災等不可抗力的路燈維修因素，地方政府就必須無止盡的吸收成本、逐年編列預算分批換裝；現在 PFI 採購模式改採固定支付金額，使承包商在平時就會努力維護路燈壽命、減少重複裝設的成本。市府方採分期付款機制，且依路燈服務效果「先享用後付費」，在全額付款前就可讓全市獲得一次性的換裝成果。

同樣從機關財政的角度切入，高雄市政府重點分享導入 ESCO（Energy Service Company，能源服務公司）採購的推動模式，此模式允許市府機關無需先編列採購經費，而是將節省下來的電費作為支付 ESCO 廠商的費用。因為採「先服務、後付款」模式，更保證節能績效，估計一年可節省 157 萬度電、相當於 486 萬的電費。

汰換水銀路燈，基隆節電第一名

節電總成績以 1.92%（約 2204 萬度電）奪得第一名的基隆市，關鍵就在於汰換全市 80% 以上的水銀路燈為 LED 燈泡。以七堵區為例，換裝 4,818 盞LED路燈後，節電效益可達一年 719.9 萬度電。

基隆市政府同時補助社區及公寓大樓推動節能、為提出需求的單位提供現場輔導的服務、重點診斷市立醫院的用電設備、媒和在地 ESCO 公司替社區與服務業者改善節能效益等等。公家機關為了帶頭示範，也開展屋頂太陽能光電系統、屋頂風力發電系統等計畫，在機關部門取得 16.19% 的節電成績。

新竹市取得總節電率的全國第三名，在住宅部門強調「用電行為改變」和「老久電器汰換」兩大重點，除了從集合式住宅公設的照明系統更新下手，也以各里為單位舉辦節電績優競賽、將節電經驗橫向擴散至各里，在住宅部門達到了 2.11% 的高節電率。

新竹市過去一年來新設的運動中心、水資源回收中心、文化局演藝廳、以及增設實驗機組的國家同步輻射研究中心，共替新竹市增加了約 200 萬度的年用電；但其他政府機關的節電率達到了 2.34%～4.53%。市政府亦推動了 LED 路燈的換裝，新設的 23,736 盞路燈，為新竹市節省了 1,007 萬度電。

因地制宜，鼓勵寺廟汰換神明燈泡

臺南市政府考量到市區和郊區的用電特質差異大，推出「節電 37 區，區區有意思」，讓各行政區各自施展身手，每個月的節電達標行政區也都越來越多。比較有趣的是，因為臺南寺廟多，區公所特地協助寺廟汰換 LED 神明燈泡，讓節電政策更走入在地。除此之外，也鼓勵市民汰換老舊家電即可抽獎送 LED 燈泡、輔導服務業用電大戶和大專校園、協助 40 處低碳社里更換節能燈具。

從服務業能源大戶下手

臺中市在服務部門針對市內能源大戶下手，包括大型量販店、觀光旅館和百貨公司，協助量身打造節能方案；在居民方面則選擇住宅屋齡較高者為優先執行對象、依住宅特性設定照明時間以節省用電；並汰換公有停車場、公有市場、區公所等場所的燈具為 LED 燈，一年下來大幅節省了 14 萬度電，整體節電 0.00%，達成了用電「零」成長的初步成績。

本預期服務業部門比起住宅部門更容易節電的桃園市，針對能源大戶舉辦節能診斷輔導、並且補助智慧節電服務業，不過從全國的服務業部門用電率不減反增了 0.8% 便可窺知，要提昇業者更換老舊設備的意願仍是未來的桃園挑戰。儘管桃園市遇到人口和店家新增，但在住宅部門仍有節電佳績，達成了 0.22% 的整體節電率、成為全台第五名的節電縣市。

開拓替代能源的工作是從供應端控制節電，而使用端無論是一般民眾、服務業或製造業者、甚至是公家機關，也都有能力達成自己能做的節電工作。各縣市從智慧節電計畫中絞盡腦汁薈萃出的方案，證明了節電好習慣不只是隨手關燈這麼單純，地方的智慧自會發展出符合地方條件的節電特色，替遙遠的北極熊敬上一份心意。