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熱力學第二定律的逆襲:台灣「液冷」與 2026 年的熵減之戰

Editorial TeamJanuary 13, 20265 min read

2026 年,AI 晶片的熱通量已逼近物理極限,這不僅是工程問題,更是熱力學第二定律的終極挑戰。本文將以理論物理學家的視角,解析台灣供應鏈如何利用相變與流體力學,在奈米尺度的矽晶片上對抗宇宙的「熱寂」,並以液冷技術(Liquid Cooling)為例,探討這場在 $TSM 與 $NVDA 背後,關於秩序與混亂的宏大博弈。

1. 宇宙的鐵律與麥克斯韋的代價

各位,請想像一下宇宙的終局。根據熱力學第二定律,封閉系統中的「熵」(Entropy,混亂度)總是趨於增加。宇宙傾向於從有序走向無序,最終達到熱寂(Heat Death)。

而在這個宏大的背景下,我們在 2026 年所做的事情——訓練巨型 AI 模型——本質上是在對抗這個宇宙趨勢。當 $NVDA 的 GPU 在進行矩陣運算時,它是在將數據從無序變為有序,是在創造「資訊」。

但物理學是公平的,甚至是有點殘酷的。蘭道爾原理(Landauer's Principle)告訴我們,擦除一個位元的資訊,必然會釋放出最少 $kT \ln 2$ 的熱量。為了在晶片內部維持高度的秩序(智能),我們必須向外部環境排放大量的混亂(熱)。

這就是為什麼 2026 年的 AI 算力戰場,核心不在於電晶體的大小,而在於我們能多快地把這些「混亂」搬運走。這就是台灣液冷供應鏈正在解決的物理聖杯。

2. 案例研究:氣體的潰敗與液體的崛起

讓我們來談談尺度。 在 2020 年代初期,我們依賴空氣來散熱。空氣,這種稀薄的氣體混合物,比熱容(Specific Heat Capacity)實在太低了。當單個 AI 機櫃的功率密度突破 100kW,甚至向 200kW 邁進時(這在 2026 年已是常態),試圖用風扇吹走熱量,就像試圖用吸管喝掉太平洋一樣徒勞。

這裡我們看到了一個典型的「相變」(Phase Transition)需求。

台灣的散熱大廠——讓我們暫且稱之為這場戰役的「麥克斯韋妖」(Maxwell's Demon)——不再試圖對抗空氣的極限,而是擁抱了液體。水或介電液體的導熱能力是空氣的數千倍。

以台灣某領先的散熱解決方案為例(這在 $VRT 或相關供應鏈中屢見不鮮),他們設計的冷板(Cold Plate)系統,其內部的微流道(Micro-channels)精細度已達到微米級別。這讓我想起了人體的微血管系統——自然界為了在有限體積內進行高效物質交換而演化出的最佳幾何結構。

這不僅僅是水管工的活兒,這是流體力學(Fluid Dynamics)的藝術。冷卻液流過晶片表面(也就是熱源),帶走由電子碰撞晶格產生的劇烈震動(熱能),然後流向熱交換器(CDU)。

這是一個將「高熵流體」置換為「低熵流體」的循環。台灣的工程師們,實際上是在設計一個高效的熵排放泵。

3. 未知的邊界:浸沒式冷卻與沸騰傳熱

更令人著迷的是「浸沒式冷卻」(Immersion Cooling)。這將物理學推向了更極端的邊界。

將整台伺服器浸泡在不導電的液體中,利用液體的相變(沸騰與冷凝)來帶走熱量。當液體沸騰時,潛熱(Latent Heat)的吸收效率極高。這就像是我們在晶片表面製造了無數個微小的蒸汽機,利用相變的物理魔法,瞬間轉移巨大的能量。

這讓我想起了恆星內部的對流層,能量通過物質的劇烈運動傳遞。在台灣的實驗室裡,我看見的不只是伺服器,而是被馴服的物理風暴。

4. 意義:我們為什麼要反抗熱寂?

為什麼這很重要?為什麼我們要關注台灣的供應鏈,關注 $TSM 的封裝技術,關注那些散熱模組?

因為這是文明的代價。 我們希望 AI 能像我們一樣思考,甚至超越我們。我們希望它能幫我們診斷白血病細胞(如最新的科學研究所示),希望它能模擬子宮的收縮機制,希望它能預測太陽風暴。

為了實現這些「低熵」的高級功能,我們必須支付熱力學的稅金。台灣的液冷技術,正是這個時代的支付網關。它允許我們在不燒毀矽晶片的前提下,繼續在局部的時空裡,逆流而上,創造秩序。

這是一場與混亂的永恆拔河。而此刻,憑藉著流體力學與精密製造,我們暫時領先。


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