哪來的狡兔有三窟？

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。

修長的雙耳、無辜的眼神、強勁的後肢、柔順的絨毛、蓬鬆的短尾，以及鼓起的腮幫子…他都沒有。但是止不住的口部運動，仍使他像極了嚼草的兔子。^[1]他不可愛，應該說現在可愛不起來。這不全然基於中年大叔的外型，更因為那藥物副作用所帶來的無奈。

雙極性疾患

還是個 20 歲青春少年兄的時候，他有陣子心情緊張，睡眠需求銳減，出現視聽幻覺以及關係妄想（referential delusions）。^[1]深信一些隨機遇上的事物，跟自己有特定關係。^[2]當時的醫師診斷他處於雙極性疾患（舊稱「躁鬱症」；bipolar disorder）的躁期（manic episode）。從此他屢次住院，接受各式治療。二十年來，總共經歷 8 次躁期；與 2 次狀況相反，情緒低落的鬱期（depressive episodes），更在墜至谷底時試圖自殺。^[1]

40 歲那年，他又陷入躁期：具攻擊性、亢奮少睡、躁動不寧、被害妄想，並且無法控制心中怒火。住進土耳其科尼亞研究暨訓練醫院（Konya Research and Training Hospital）前，他理應每日服用情緒穩定劑lamotrigine和valproic acid，以及抗精神病藥物risperidone。然而最末項，卻被他自行停藥。醫師決定保留前二者，再加上口服的抗精神病藥物aripiprazole，稍後又將其改為同成份的長效型肌肉注射。^[1]

Aripiprazole

Aripiprazole（阿立哌唑；商品名：Abilify、安立復）是第二代抗精神病藥物，主要用於思覺失調症（schizophrenia）與雙極性疾患；也能治療泛自閉症障礙（autistic spectrum disorder）、重度憂鬱症（major depressive disorder）以及妥瑞症（Tourette syndrome）。^{[3, 4]}療效來自對多巴胺和血清素受器的作用，能降低精神科住院機率。比起第一代以及其他第二代的抗精神病藥物，aripiprazole比較不會在運動和代謝方面，造成副作用；^[4]也不容易因為阻斷多巴胺受器，而導致肢體不受控制的錐體外症狀（extrapyramidal symptoms，簡稱EPS）。^{[4, 5]}

在採用肌肉注射前，必須先口服同成份的藥物，建立耐受性（tolerability）。^[4]確保病患於可容忍的副作用範圍內，安全地獲得療效。這對將來長期使用此藥的成功與否至關重要。^[6]從口服轉換至注射的頭14天，仍得持續使用口服藥物。在施打第一劑aripiprazole後，約 5 至 7 日左右，藥物會達到最高血漿濃度。 ^[4]

兔子症候群

打完那劑aripiprazole的一個月後，男子的嘴巴不由自主，又開又閉，速度之快，猶如忙碌進食的兔子。^[1]

兔子症候群（rabbit syndrome）首見於 1972 年，是一種罕見的錐體外症狀。^{[1, 7]}通常是第一代抗精神病藥物所致；不過偶有第二代的案例出現。^{[1, 8]}整體來說，影響約 1.5 至 4.4% 的抗精神病藥物使用者。^[9]病患嘴巴的肌肉會以每秒 4 到 6 次，也就是平均 5 赫茲（Hz）的頻率，規律地垂直運動，神似兔子咀嚼。^{[1, 7, 9, 10]}嘴唇開闔時，多少會發出「啵、啵」聲。^[10]此症不涉及舌頭，^{[8, 10]}亦不妨礙口語溝通，甚至在講話時會暫時消失。（請見下方影片。）^[9]

治療雙極性疾患固然重要，也不能放任惱人的副作用不管。醫師逐漸減少男子 aripiprazole 的劑量，直到完全停用。^[1]同時，開立對付動作障礙疾病的抗膽鹼藥物 biperiden，以及能鎮靜神經的苯二氮平類藥物 diazepam，讓他每日服用。^{[1, 11, 12]}花了二個月的時間，兔子症候群的症狀才完全消失。

1. ‘11th International Congress on Psychopharmacology & 7th International Symposium on Child and Adolescent Psychopharmacology’. (2019) Psychiatry and Clinical Psychopharmacology, 29:sup1, 129-263.
2. Startup M, Startup S. (2005) ‘On two kinds of delusion of reference’. Psychiatry Research, 15;137(1-2):87-92.
3. ‘Aripiprazole’. (15 JAN 2022) MedlinePlus.
4. Gettu N, Saadabadi A. (21 MAY 2022) ‘Aripiprazole’. In: StatPearls. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing.
5. D’Souza RS, Hooten WM. (01 AUG 2022) ‘Extrapyramidal Symptoms’. In: StatPearls. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing.
6. Stanulović V, Hodolic M, Mitsikostas DD, et al. (2022) ‘Drug tolerability: How much ambiguity can be tolerated? A systematic review of the assessment of tolerability in clinical studies’. British Journal of Clinical Pharmacology, 88(2):551-565.
7. Rissardo JP, Caprara ALF. (2020) ‘Cinnarizine- and flunarizine-associated movement disorder: a literature review’. The Egyptian Journal of Neurology, Psychiatry and Neurosurgery, 56, 61.
8. Gundogmus I, Tekin S, Tasdelen Kul A, et al. (2022). ‘Amisulpride-induced late-onset rabbit syndrome: Case report and literature review’. European Psychiatry, 65(S1), S712-S712.
9. Aniello MS, Altomare S, Difazio P, et al. (2021) ‘Functional Rabbit Syndrome: A Case Report’. Tremor and Other Hyperkinetic Movements, 11(1):56.
10. Catena Dell’Osso M, Fagiolini A, Ducci F, et al. (2007) ‘Newer antipsychotics and the rabbit syndrome’. Clinical Practice and Epidemiology in Mental Health, 3, 6.
11. U.S. National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Diseases. (20 JUL 2017) ‘Biperiden’. LiverTox: Clinical and Research Information on Drug-Induced Liver Injury.
12. Dhaliwal JS, Rosani A, Saadabadi A. (03 SEP 2022) ‘Diazepam’. In: StatPearls. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing.

友站科學松鼠會的作者瘦駝發表了一篇應景的「兔文」，在進入兔年之始，也讓我們更全面了解兔子這種跟人類非常親近卻複雜的動物。2300年前的中國本土兔子真的懂得「狡兔三窟」嗎？只吃含纖維質的草，兔子該怎麼消化？兔子也吃肉嗎？兔子的體型可以有多大、多小？人人都知道兔子很會生，但你知道兔子在生第一胎之前就可以又懷上第二胎嗎？…各種關於兔子的知識，請見「狡兔」有段穿越史

大部分的哺乳動物可以隨意地轉換不同的姿態，例如步行、跑步、小跑及奔跑，有利於改變移動的速度，並且可以適應地形的改變。協調的肢體運動對於動物的生存及繁殖相當重要，位處於脊髓的中樞神經網絡則是負責調控四肢運動的能力，例如：左右腿的協調。不同動物會使用不一樣的運動方式。兔子可以跳躍，當他們進行跳躍運動（saltatorial locomotion）時，前肢會有節奏地向前移動，後肢則協調的雙側運動（bilateral movement），後肢的肌肉會同時收縮，產生移動的力量，袋鼠及其他齧齒類動物也會使用類似的動作跳躍。

會倒立的兔子「sauteur d’Alfort」

研究團隊觀察到某些馴化的家兔不能正常地用四肢跳耀，而是將後腳抬離地面僅用前腿來行走移動，看起來就像是「倒立」一樣。而這個會「倒立」的兔子，就名為 sauteur d’Alfort（後續簡稱為 sauteur）。相較於野生型（wild-type）兔子的跳躍運動，他們的運動行為很不尋常。他們經常僅使用兩隻前腳來移動，而不是使用四隻腳跳躍。在緩慢運動時，sauteur 兔子會將後肢大幅度地舉起且離開地面，來進行擺動。在高速運動時，牠們的後肢並不會和前肢協調地同步移動，而是後肢會產生偏移。這前肢與後肢不一致、不協調的擺動造成 sauteur 兔子無法有效率進行跳躍運動，因此他們在快速或長距離運動時僅會由前肢支持身體，看起來就像是人類倒立或是耍雜技。

不但不能正常跳躍，還有盲眼的缺陷

sauteur 兔子除了無法正常跳躍之外，同時擁有視網膜缺陷的問題，牠們的眼睛天生雙盲，並且在出生的第一年就會罹患白內障。研究團隊藉由將公的 sauteur 與母個野生種兔子進行雜交。sauteur 和野兔皆為同型合子^[註1]。sauteur 為（sam/sam），野生兔子則為紐西蘭白種兔（+/+），並將其產下的後代進行基因比對。進一步地，藉由基因圖譜（genetic mapping）分析，並將 sauteur 兔子與野生型的紐西蘭白兔進行雜交來了解可能突變的基因區域。進而了解之所以發育缺陷，是因為 RORB 基因突變。

倒立兔子的外表型，與基因突變相關

從基因圖譜分析中，發現 sauteur 兔子特別的行為及外表特徵，可能與 RORB 基因有關。RORB 基因為 NR1 核激素受體家族的成員之一，先前已報導 RORB 基因缺陷的老鼠，具有視網膜退化並有運動障礙，走路的型態會像一隻鴨子般。在 RORB 基因的剪切位置（splice site）突變，會影響 RORB 正常剪切。因此，RORB 基因可作為最好的候選名單，來解釋 sauteur 兔子不正常的運動行為，及視網膜缺陷。

RORB 基因無法正常轉錄

僅發現倒立兔子們不正常運動的基因，當然無法滿足研究人員的好奇心。他們進一步想了解的是，RORB 基因剪接位的突變，會對於 sauteur 兔子有什麼樣的影響？

研究團隊藉由 PCR 的方式，將野生型以及 sauteur 兔子脊髓及視網膜的 RORB 序列片段放大，並比較在野生型、sauteur 兔子及野生型和 sauteur 交配後所產生的後代，其體內的 RORB mRNA 片段，藉此可了解 sauteur 兔子 RORB 基因剪接位的突變對於體內生成 mRNA（信使核糖核酸）的影響。從下圖結果可發現野生型的兔子，其 RORB mRNA 不管在脊髓或視網膜都是屬於剪接位點未突變第一型（isoform 1）。不過，若是在 sauteur 兔子的 RORB mRNA，則會同時具有四種異構型（isoform 1 到 isoform 4）。因此可知，在 sauteur 兔子中，大部分的 RORB 是不正常轉錄，這也顯示與 RORB 剪切位點突變有因果關係。

基因突變讓脊髓中的神經元數目大幅減少

一般來說，RORB 蛋白質會出現在兔子的神經系統，但若是 RORB 基因突變，則會導致在兔子脊髓中產生 RORB 蛋白質的神經元顯著減少。並且，sauteur 兔子在脊髓的不正常轉錄，就是因為 RORB-positive 神經元大幅減少，這個缺陷進一步導致兔子運動異常。

藉由免疫組織化學染色法（immunohistochemistry, IHC）可觀察到，相較於野生種（Wild-type），野生種與 sauteur 雜交，帶有異型合子（+/s^am）的兔子後代，可以發現其表達 RORB 的神經元數量明顯下降，少了約 25%。相對地，帶有同型合子（s^am/s^am） 的 sauteur 兔子則無法偵測到會表現 RORB 的神經元。這顯示高比例 RORB 基因不正常轉錄會導致會表現 RORB 的神經元劇烈減少，且這樣的缺陷會導致 sauteur 兔子有著異常的外表型。

綜括上述，我們可知造成 sauteur 兔子有如此的外表型，是因為轉錄因子 RORB 基因中第 9 個內插子（intron）的第一個核甘酸（nucleotide）突變。RORB 基因突變不僅倒致兔子無法跳耀，更會使得表現 RORB 的神經元大幅減少，並導致脊髓分化有缺陷，中間神經元異常分化，表達 RORB 的神經元減少，引起四肢失調，轉譯出的蛋白質也會影響脊髓正常運作。除此之外，RORB 基因所突變的核甘酸位置，在 70 個歐亞哺乳類中都是呈現保守性的。此研究結果，也與先前報導 Rorb 老鼠（RORB 基因突變的老鼠）有著退化的視網膜以及像鴨子般走路型態相以佐證。在老鼠的脊髓中，會表現 RORB 的神經元會對於把關內感感覺器（proprioceptive sensors）的資訊相當重要，可以確認突觸前抑制。在兔子的脊髓中也可能有著相似的運作機制，並導致如 sauteur 兔子的特別運動型態。RORB 除了會表現在脊髓，也會表現在腦部的許多區域，例如：主要體感覺皮質區、聽覺皮質區、運動皮質及下視丘等。因此，RORB 於腦部的功能改變於進而影響 sauteur 兔子的運動型態亦是不能被忽視的。

所以日後，我們看到兔子運動的樣子，可能就不再只是一般的跳躍模式，還可能看到如馬戲團般倒立走路兔子，而造成這種兔子運動方式的改變，是源自於基因變異。

註解

1. 同型合子：個體內組成基因型的兩個基因相同，如：TT 或 tt。

• Carneiro, M., Vieillard, J., Andrade, P., Boucher, S., Afonso, S., Blanco-Aguiar, J. A., … & Andersson, L. (2021). A loss-of-function mutation in RORB disrupts saltatorial locomotion in rabbits. PLoS genetics, 17(3), e1009429.
• Rossignol, S., Dubuc, R., & Gossard, J. P. (2006). Dynamic sensorimotor interactions in locomotion. Physiological reviews, 86(1), 89-154.
• Grillner, S. (1985). Neurobiological bases of rhythmic motor acts in vertebrates. Science, 228(4696), 143-149.
• Ten Cate, J. (1964). Locomotory movements of the hind limbs in rabbits after isolation of the lumbosacral cord. Journal of Experimental Biology, 41(2), 359-362.
• Boucher, S., Renard, J. P., & Joly, T. (1996, July). The’Alfort Jumper rabbit: historic, description and characterization. In 6th World Rabbit Congress, Toulouse (pp. 9-12).
• Koch, S. C., Del Barrio, M. G., Dalet, A., Gatto, G., Günther, T., Zhang, J., … & Goulding, M. (2017). RORβ spinal interneurons gate sensory transmission during locomotion to secure a fluid walking gait. Neuron, 96(6), 1419-1431.
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