迄今為止還沒(méi)有一種cpu散熱系統(tǒng)能保證永不失效。失去了散熱系統(tǒng)保護(hù)傘的“芯”,往往會(huì)在幾秒鐘內(nèi)永遠(yuǎn)停止“跳動(dòng)”。值得慶幸的是,聰明的工程師們開(kāi)發(fā)出有效的CPU溫度監(jiān)控、保護(hù)技術(shù)。以特殊而敏銳的“嗅覺(jué)”隨時(shí)監(jiān)測(cè)CPU的溫度變化,并提供必要的保護(hù)措施,使CPU免受高溫下的滅頂之災(zāi)。在我們看來(lái),探索這項(xiàng)技術(shù)如同開(kāi)始一段神秘而有趣的旅程,何不與我們同行？ CPU功耗和溫度隨運(yùn)行速度的加快而不斷增大,現(xiàn)已成為一個(gè)不折不扣的“燙手山芋”。如何使CPU安全運(yùn)行,提高系統(tǒng)的可靠性,防止因過(guò)熱而產(chǎn)生的死機(jī)、藍(lán)屏、反復(fù)重啟動(dòng)甚至CPU燒毀,不僅是CPU所面臨的困境,也是留給主板設(shè)計(jì)者的一個(gè)重要課題。為此,Intel率先提出了溫度監(jiān)控器（Thermal Monitor）的概念,通過(guò)對(duì)CPU進(jìn)行溫度控制和過(guò)熱保護(hù),使穩(wěn)定性和安全性大大增加。 但是,由于電腦愛(ài)好者和普通用戶對(duì)CPU溫度監(jiān)控系統(tǒng)了解不多,而且介紹這方面知識(shí)的中文資料也難以獲得,遇到相關(guān)問(wèn)題時(shí)會(huì)感到不知所措,所以有必要將CPU溫度監(jiān)控技術(shù)系統(tǒng)地介紹給大家。 一、溫度測(cè)量：從表面深入到核心 建立CPU溫度監(jiān)控系統(tǒng),首先要選擇一種合適的溫度測(cè)量器件。能夠測(cè)量溫度的器件有很多種,如熱敏電阻、熱電偶和半導(dǎo)體溫度傳感器等。電腦中最早使用熱敏電阻作為測(cè)溫元件,CPU插座下豎立的球狀或帶狀的小元件,就是熱敏電阻（如圖1）。

圖1 CPU插槽下的熱敏電阻

熱敏電阻（Thermal Resistor ,簡(jiǎn)稱(chēng)Thermistor）體積小、價(jià)格低,使用方便,但用于檢測(cè)CPU溫度時(shí)存在著先天不足： 1.熱敏電阻是接觸式測(cè)溫元件,如果熱敏電阻與CPU接觸不夠緊密,CPU的熱量不能有效地傳送到,所測(cè)量溫度會(huì)有很大誤差。有些主板上采用SMD貼片熱敏電阻去測(cè)量CPU溫度,其測(cè)量誤差比直立式熱敏電阻誤差更大,因?yàn)檫@種貼片元件很難緊密接觸到CPU。 2.CPU的核心（die）發(fā)出熱量由芯片封裝向外部散熱,CPU的表面溫度和核心溫度之間約有15℃～30℃的溫差,同時(shí)因芯片封裝形式不同,及環(huán)境溫度的不同而難以確定。至今還沒(méi)有一種技術(shù)能夠把熱敏電阻埋進(jìn)芯片內(nèi)部去,導(dǎo)致現(xiàn)在熱敏電阻只能測(cè)量CPU的表面溫度,而無(wú)法測(cè)量核心溫度。 總之,熱敏電阻不僅測(cè)量精度難以保證,更重要的是無(wú)法檢測(cè)到熱源的真實(shí)溫度。 由于熱敏電阻先天不足帶來(lái)了一個(gè)十分嚴(yán)重的問(wèn)題∶表面溫度不能及時(shí)反映CPU核心溫度變化,用專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)說(shuō)就是存在一個(gè)時(shí)間滯后的問(wèn)題。因?yàn)楹诵臏囟茸兓笠?jīng)過(guò)一段時(shí)間才能傳送到CPU表面。圖2反映了采用核心測(cè)溫方式下保護(hù)電路起作用的情況,當(dāng)核心溫度達(dá)到CPU極限溫度T2時(shí),控制電路及時(shí)切斷CPU的供電,否則只需幾秒鐘時(shí)間便會(huì)到達(dá)燒毀溫度T3。相比之下,表面溫度反應(yīng)十分遲鈍,其升溫速度遠(yuǎn)不及核心溫

度,當(dāng)核心溫度發(fā)生急劇變化時(shí),表面溫度只有“小幅上揚(yáng)”。Pentium 4和Athlon XP等最新的cpu,其核心溫度變化速度達(dá)30～50℃/s,核心溫度的變化速度越快,測(cè)量溫度的延遲誤差也越大。在這種背景之下,如果再以表面溫度作為控制目標(biāo),保護(hù)電路尚未做出反應(yīng),CPU可能已經(jīng)命歸黃泉了。

圖2 表面溫度的時(shí)間滯后特性 為了解決熱敏電阻無(wú)法測(cè)量CPU核心真實(shí)溫度的問(wèn)題,Intel在Pentium Ⅱ和CeleronCPU中植入了熱敏二極管（Thermal Diode,或簡(jiǎn)稱(chēng)作Thermodiode）直接測(cè)量CPU核心溫度,開(kāi)創(chuàng)了半導(dǎo)體測(cè)溫技術(shù)的先河。此后的Pentium Ⅲ和Pentium 4芯片中都植入了熱敏二極管,AMD在Athlon和DuronCPU中也植入了熱敏二極管?，F(xiàn)在許多主板都在監(jiān)控芯片內(nèi)設(shè)置有熱敏二極管,用于檢測(cè)芯片所在位置的環(huán)境溫度。 (小知識(shí)∶如何知道BIOS或測(cè)試軟件顯示的CPU溫度是表面溫度還是核心溫度？) 就目前來(lái)看,無(wú)論使用Intel還是AMD的CPU,已很少使用熱敏電阻測(cè)量CPU表面溫度了,所以BIOS與檢測(cè)軟件所顯示的CPU溫度都是指CPU的核心溫度。而在Pentium Ⅱ以前,CPU溫度通常是指表面溫度;Pentium Ⅱ及以后的CPU內(nèi)都集成有熱敏二極管,所測(cè)量溫度就是核心溫度。不過(guò),在過(guò)渡期內(nèi)許多主板上仍在CPU插座下面保留了熱敏電阻,這樣就同時(shí)能檢測(cè)到兩個(gè)不同的CPU溫度值,通常BIOS中顯示的是CPU的外部溫度,而檢測(cè)軟件所測(cè)試的是核心溫度。 熱敏二極管又叫熱敏PN結(jié)（Thermal PN junction）,基于硅基PN結(jié)正向電壓和溫度的關(guān)系,其測(cè)溫范圍在-55℃～+150℃之間。與熱敏電阻一樣,熱敏二極管屬于變阻器件,其等效電阻值是由其工作溫度所決定。 二、溫度監(jiān)控：從單純顯示到溫度監(jiān)控 在熱敏電阻為主要測(cè)溫手段時(shí)期,測(cè)得的CPU表面溫度經(jīng)放大器將微弱信號(hào)放大后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換,將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后再通過(guò)數(shù)據(jù)線發(fā)送給BIOS芯片（如圖3）,數(shù)據(jù)進(jìn)入BIOS芯片后,BIOS或監(jiān)控軟件就能在屏幕上顯示了。

圖3 溫度信號(hào)處理電路 溫度顯示系統(tǒng)是一種被動(dòng)的體系,無(wú)法對(duì)溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。一旦測(cè)得CPU溫度超出設(shè)定溫度,電腦可以發(fā)出聲光報(bào)警,以提醒電腦用戶進(jìn)行人為干預(yù)。這種系統(tǒng)用于目前發(fā)熱量大的CPU基本上沒(méi)有安全可言。如果散熱系統(tǒng)發(fā)生問(wèn)題后,沒(méi)等用戶反應(yīng)過(guò)來(lái),CPU就已經(jīng)燒毀了。因此,Intel提出了溫度監(jiān)控的概念,讓系統(tǒng)具有自我調(diào)控能力,一旦

cpu溫度超出所設(shè)定的極限溫度,系統(tǒng)將通過(guò)降低供電電壓、降低芯片工作頻率和加強(qiáng)冷卻等手段進(jìn)行主動(dòng)降溫,甚至自動(dòng)關(guān)機(jī),以確保CPU安全。 溫度監(jiān)控技術(shù)有兩個(gè)鮮明的特點(diǎn)∶一是CPU內(nèi)置熱敏二極管直接測(cè)量核心溫度,二是主板上設(shè)置監(jiān)控芯片（如圖4）。Intel首先在Pentium Ⅱ及CeleronCPU中植入熱敏二極管,并公開(kāi)了具有溫度監(jiān)控技術(shù)的主板設(shè)計(jì)指南,這一舉措得到主板制造商的積極響應(yīng),各具特色的所謂的“智能主板”如雨后春筍,一時(shí)精彩紛呈。一些有實(shí)力的主板制造商還自行開(kāi)發(fā)監(jiān)控芯片（如MSI的CoreCell等）,溫度監(jiān)控技術(shù)在短短幾年內(nèi)便有了很大進(jìn)步,不斷完善溫度監(jiān)控功能。

圖4 各種硬件監(jiān)控芯片 實(shí)際監(jiān)控系統(tǒng)所采取的主動(dòng)降溫措施中,哪種方法更有實(shí)際意義呢？下面我們進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)短的分析。 芯片的功耗（發(fā)熱量）由靜態(tài)功耗和動(dòng)態(tài)功耗兩部分組成（如圖5）,靜態(tài)功耗是因?yàn)槁╇娏饕鸬?。由P=V2/R可知,在芯片等效電阻R不變的情況下,功耗P與電壓V的2次方成正比,降低供電電壓可以極大地降低靜態(tài)功耗。所以這些年來(lái)芯片工作電壓從5V降到3.3V,甚至降到目前的1V以下。我們當(dāng)然希望這個(gè)數(shù)值進(jìn)一步降低,但如果沒(méi)有k值更高的柵極材料,就無(wú)法保證在低電壓下完成晶體管開(kāi)啟和關(guān)閉動(dòng)作。所以,降低電壓的手段畢竟還是有限的。而且由于CPU內(nèi)集成的晶體管數(shù)量的按摩爾定律逐年增加,眾多晶體管并聯(lián)后使得等效電阻值不斷減少,集成電路內(nèi)層與層之間的絕緣層變薄也使得層間泄漏電流增加,所以CPU的靜態(tài)功耗一直趨于上升態(tài)勢(shì)。

圖5 芯片工藝進(jìn)步 泄漏功耗增加 芯片的動(dòng)態(tài)功耗P = CV2f,其中C表示電路負(fù)載大小,V表示供電電壓,f為工作頻率。可見(jiàn)f與芯片的動(dòng)態(tài)功耗成正比,頻率愈高則消耗的功率也愈高。降低CPU的時(shí)鐘頻率雖然是降低動(dòng)態(tài)功耗的有效手段,但是,電腦用戶總是希望程序能夠執(zhí)行得更快,通過(guò)降低頻率來(lái)降溫的手段是難以被用戶所接受的。 既然降低電壓和頻率的降溫方法都有很多現(xiàn)實(shí)困難,所以利用風(fēng)扇帶走熱量就成了一種最簡(jiǎn)便可行的方法。近幾年來(lái),CPU風(fēng)扇的尺寸越來(lái)越大、轉(zhuǎn)速越來(lái)越高,使得排氣量越來(lái)越大,這在一定程度上緩解了CPU溫度高居不下的問(wèn)題。但是風(fēng)扇扇葉尺寸過(guò)大、轉(zhuǎn)速過(guò)高,又帶來(lái)了噪音問(wèn)題,而且環(huán)境溫度過(guò)高也會(huì)影響散熱效果,所以又必須增加機(jī)箱風(fēng)扇,使得噪音問(wèn)題進(jìn)一步加劇。 為了降低噪音和節(jié)省能耗,在CPU溫度不太高的時(shí)候讓風(fēng)扇保持低速運(yùn)轉(zhuǎn),在不得已的情況下才提高轉(zhuǎn)速,就成了一個(gè)被大家普遍認(rèn)可的溫度控制方案。因此,大多數(shù)溫度監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)際上就是一個(gè)“溫度-轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)”,很多溫度監(jiān)控芯片也是針對(duì)這種需要而設(shè)計(jì)的。

; 三、第一代溫度監(jiān)控系統(tǒng),并不可靠 cpu溫度監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)控制電路所處的位置,可分為外部控制型和內(nèi)部控制型兩種基本結(jié)構(gòu)。外部控制型監(jiān)控系統(tǒng),現(xiàn)在被稱(chēng)為第一代溫度監(jiān)控技術(shù),它有三種基本存在形式∶一種是采用獨(dú)立的控制芯片,如WINBOND的W83627HF、ITE的IT8705、IT8712等,這些芯片除了處理溫度信號(hào),同時(shí)還能處理電壓和轉(zhuǎn)速信號(hào)（如圖6）;第二種形式是在BIOS芯片中集成了溫度控制功能;第三種形式是南橋芯片中集成溫度控制功能。在現(xiàn)行的主板中,三種形式同時(shí)存在,如果主板說(shuō)明書(shū)中沒(méi)有特別說(shuō)明,我們一時(shí)難以判斷監(jiān)控硬件的準(zhǔn)確位置。

圖6 第一代熱量監(jiān)控系統(tǒng)框圖 圖7是一個(gè)以MIC284為核心CPU溫度監(jiān)控電路,該電路只能控制CPU風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速,但它可以將溫度信號(hào)通過(guò)SMBus端口傳送給BIOS芯片,以實(shí)現(xiàn)更多控制功能。

圖7 一個(gè)實(shí)際的監(jiān)控電路 小知識(shí)∶什么是SMBus？ SMBus是System Management Bus（系統(tǒng)管理總線）的縮寫(xiě),是1995年由Intel提出的。SMBus只有兩根信號(hào)線：雙向數(shù)據(jù)線和時(shí)鐘信號(hào)線。PCI插槽上也給SMBus預(yù)留了兩個(gè)引腳（A40為SMBus 時(shí)鐘線,A41為SMBus 數(shù)據(jù)線）,以便于PCI接口卡與主板設(shè)備之間交換信息。 SMBus的數(shù)據(jù)傳輸率為100kbps,雖然速度較慢,卻以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔造價(jià)低廉的特點(diǎn),成為業(yè)界普遍歡迎的接口標(biāo)準(zhǔn)。Windows中顯示的各種設(shè)備的制造商名稱(chēng)和型號(hào)等信息,都是通過(guò)SMBus總線收集的。主板監(jiān)控系統(tǒng)中傳送各種傳感器的測(cè)量結(jié)果,以及BIOS向監(jiān)控芯片發(fā)送命令,也是利用SMBus實(shí)現(xiàn)的。 監(jiān)控芯片通常是可編程的ASIC微控制器,應(yīng)用軟件經(jīng)BIOS將控制命令和數(shù)據(jù)經(jīng)接口電路發(fā)送給監(jiān)控芯片,修改其控制參數(shù),一些監(jiān)控軟件正是通過(guò)這種途徑來(lái)顯示和調(diào)整CPU電壓和風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的。 監(jiān)控芯片是溫度監(jiān)控系統(tǒng)的核心,其質(zhì)量?jī)?yōu)劣對(duì)控制性能有很大的影響。但由于監(jiān)控芯片種類(lèi)繁多,在功能和性能上有很大差異,給使用和鑒別帶來(lái)一定困難。 首先,各種監(jiān)控芯片在控制功能上有很大差異（譬如某個(gè)芯片可以控制兩個(gè)風(fēng)扇,多數(shù)則只能控制一個(gè)風(fēng)扇）,通常引腳數(shù)越多,功能越強(qiáng)。 其次,即便功能相同的芯片,性能上也會(huì)有差別,其中一個(gè)重要的區(qū)別在數(shù)據(jù)位的不同（譬如MAX6682的分辨率是10位,TC1024為9位,FMS2701為8位）,位數(shù)

少的芯片輸出的數(shù)據(jù)精度自然也就降低了（8位芯片溫度轉(zhuǎn)換誤差為±3℃）。另一個(gè)性能差別在采樣速率上,如果采樣速率低（例如FMS2701的采樣速率為1s）,必然增加信號(hào)延遲,無(wú)法及時(shí)跟蹤cpu溫度的變化。 第一代CPU溫度監(jiān)控技術(shù)建立在依靠外援的基礎(chǔ)上,當(dāng)CPU過(guò)熱而超過(guò)極限溫度時(shí),由系統(tǒng)向CPU發(fā)出HLT命令,讓系統(tǒng)暫停。因?yàn)闊崃靠赡軐?dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定,如果電腦死機(jī)或程序進(jìn)入死循環(huán),就會(huì)失去監(jiān)控作用,也就無(wú)法保護(hù)CPU了。同時(shí),由于構(gòu)成監(jiān)控系統(tǒng)的元器件較多,戰(zhàn)線拉得很長(zhǎng),導(dǎo)致反應(yīng)速度慢,無(wú)法及時(shí)跟蹤C(jī)PU溫度變化。而現(xiàn)在的CPU不僅核心溫度高,而且升溫速度快（最高可達(dá)50℃/s）,一旦災(zāi)難來(lái)臨必有“遠(yuǎn)水不解近渴”之憂患。 四、第二代溫度監(jiān)控技術(shù),Pentium 4燒不死的秘密 為了彌補(bǔ)第一代溫度監(jiān)控技術(shù)的缺陷,提高監(jiān)控能力,Intel開(kāi)發(fā)了第2代溫度監(jiān)控技術(shù)。 第二代溫度監(jiān)控系統(tǒng)的一個(gè)突出特點(diǎn)是在CPU內(nèi)部集成了溫度控制電路（Thermal Control Circuit,TCC）,由CPU自身執(zhí)行溫度控制功能,同時(shí),CPU內(nèi)設(shè)置了兩個(gè)相互獨(dú)立的熱敏二極管,D1是本地?zé)崦舳O管,所測(cè)信號(hào)提供給TCC,D2則為遠(yuǎn)端熱敏二極管,其測(cè)量結(jié)果用于實(shí)現(xiàn)主板控制功能及顯示核心溫度,如圖8。

圖8 第2代溫度監(jiān)控系統(tǒng)框圖 我們先看看TCC是如何發(fā)揮作用的。TCC定義了兩種工作狀態(tài)：激活態(tài)和非激活態(tài)。TCC的狀態(tài)與PROCHOT＃信號(hào)的電平高低相對(duì)應(yīng),PROCHOT＃為低電平時(shí),TCC為激活態(tài),否則處于非激活態(tài)。當(dāng)CPU核心溫度達(dá)到警戒溫度（Warning Temperature）時(shí),溫度檢測(cè)電路將PROCHOT＃信號(hào)置為低電平,從而激活TCC。TCC激活后,采取“抑制任務(wù)周期”（Throttle duty Cycle）的方式（如圖9）,使CPU有效頻率下降,從而達(dá)到降低功耗的目的。當(dāng)CPU的溫度降低后（低于警戒溫度1℃以上）,TCC回到非激活態(tài),CPU恢復(fù)到“標(biāo)稱(chēng)頻率”。可見(jiàn),TCC實(shí)質(zhì)上是一個(gè)由CPU溫度控制的頻率調(diào)節(jié)器。

圖9 TCC激活時(shí),任務(wù)周期減少

如果發(fā)生災(zāi)難性冷卻失敗的情況,使CPU溫度超出極限溫度（thermal Trip）,TCC將設(shè)THERMTRIP#信號(hào)為低電平,BIOS芯片檢測(cè)到這一變化后,直接關(guān)閉CPU時(shí)鐘信號(hào),并通過(guò)PWM控制器封鎖VRM向CPU供電,直到溫度降到極限溫度以下,RESET#信號(hào)有效,THERMTRIP#才會(huì)重新變?yōu)楦唠娖?系統(tǒng)才能繼續(xù)工作。否則THERMTRIP#總為低電平,

系統(tǒng)就停留在暫停狀態(tài)?！爱?dāng)cpu離開(kāi)風(fēng)扇的時(shí)候”,Pentium 4CPU之所以能夠安然無(wú)恙,答案就在這里。 小知識(shí)∶警戒溫度與極限溫度有什么不同？ CPU警戒溫度（warning temperature）和極限溫度（thermal trip）都是指核心溫度,但它們所代表的意義有所不同。警戒溫度是能夠保證CPU穩(wěn)定運(yùn)行的溫度;極限溫度也叫最高核心溫度（Maximum die temperature）或關(guān)機(jī)溫度（Shutdown temperature）,是防止CPU免于燒毀的溫度。 各款CPU的警戒溫度和極限溫度值是制造商根據(jù)CPU的制造工藝和封裝形式及封裝材料確定的,并在技術(shù)白皮書(shū)中給出。為防止用戶自行設(shè)定而帶來(lái)危險(xiǎn),Intel已將Pentium 4CPU的警戒溫度和極限溫度寫(xiě)入TCC內(nèi)的ROM單元中,用戶無(wú)法修改它們。 現(xiàn)在有不少主板的BIOS中也可以設(shè)置警戒溫度和關(guān)機(jī)溫度,不過(guò)可選的數(shù)值都比較保守,例如警戒溫度最大值為70℃、關(guān)機(jī)溫度為85℃,這是遠(yuǎn)低于TCC內(nèi)設(shè)定值的。 兼顧性能和可靠性是第2代溫度監(jiān)控技術(shù)的優(yōu)秀之處。由公式P = CV2f（其中C是等效電容容量;V是工作電壓）可知,頻率f與能耗P之間是一種線性關(guān)系,降低頻率是減少發(fā)熱量的有效途徑。這種通過(guò)降低有效頻率實(shí)現(xiàn)降溫的措施,比之以前那種關(guān)斷時(shí)鐘信號(hào)的做法顯然要聰明一些,避免了因強(qiáng)行關(guān)閉CPU,而導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失的情況。 Pentium 4CPU中的PROCHOT＃引腳還有另外兩個(gè)實(shí)用的功能。其中的一個(gè)功能是向主板發(fā)出報(bào)警信號(hào)——PROCHOT＃引腳為低電平時(shí),說(shuō)明CPU核心溫度超過(guò)了警戒溫度,此時(shí)CPU工作在較低的頻率上。如果超出警戒溫度（電腦用戶利用工具軟件可以獲得這個(gè)信息）,應(yīng)及時(shí)檢查散熱器安裝是否妥當(dāng),風(fēng)扇轉(zhuǎn)速是否正常。 PROCHOT＃引腳的另一個(gè)功能是可以保護(hù)主板上的其他元件。PROCHOT＃引腳采用雙工設(shè)計(jì)——信號(hào)既可以從這根信號(hào)線出去,也能進(jìn)得來(lái)。主板設(shè)計(jì)者可利用這一特性為供電模塊提供保護(hù),當(dāng)供電模塊的溫度超出警戒溫度時(shí),監(jiān)控電路輸出一個(gè)低電平到PROCHOT＃引腳以激活TCC,通過(guò)降低CPU功耗來(lái)達(dá)到保護(hù)供電模塊的目的。 可見(jiàn),Pentium 4CPU不僅能自保平安,還能對(duì)供電電路提供保護(hù),細(xì)微之處體現(xiàn)出設(shè)計(jì)者的良苦用心。同時(shí),將TCC集成到CPU內(nèi)不僅對(duì)自身更加安全,也簡(jiǎn)化了主板設(shè)計(jì),降低了主板制造成本?？梢哉f(shuō),第2代溫度監(jiān)控技術(shù)是一個(gè)給CPU制造商與下游主板廠商帶來(lái)雙贏的技術(shù)。 小知識(shí)∶如何設(shè)置BIOS中的“Processor speed throttling”？ Pentium 4主板的BIOS中通常有“Processor speed throttling ”之類(lèi)的選擇項(xiàng),用于選擇超警戒溫度后CPU任務(wù)周期（duty cycle）占全部周期的比例,在CPU頻率不變的情況下,這個(gè)比例越大說(shuō)明CPU的工作效率越高。其中有“Automatic”和“On demand” 兩種選擇,“Automatic（自動(dòng)）”表示任務(wù)周期的占空比為50％,也就是說(shuō)比正常頻率低一半;“On demand（按要求）”下面有12.5%、25％、…、87.5%等多種選擇,選擇的數(shù)值越小,則任務(wù)周期的比例越小,降頻幅度也越大。 五、溫度控制,僅靠降頻是不夠的 以降低頻率為手段來(lái)保障CPU安全,是第2代溫度監(jiān)控技術(shù)的主要思想。但是這種技術(shù)也存在明顯的缺陷：當(dāng)溫度超過(guò)警戒溫度時(shí),雖然可以勉強(qiáng)運(yùn)行,但系統(tǒng)整體性能卻隨著cpu頻率的下調(diào)而降低到一個(gè)很低的水平。假如一個(gè)3.8GHz的CPU只能長(zhǎng)期工作在2GHz的速度上,這等于讓用戶花錢(qián)買(mǎi)了奔馳,卻只能當(dāng)奧拓使用。如果真是這樣的話,第二代溫度監(jiān)控技術(shù)就算不上成熟的技術(shù),而只不過(guò)是個(gè)茍且小計(jì)。 在系統(tǒng)性能不受損失的前提下保證CPU安全穩(wěn)定運(yùn)行,這才是我們希望看到的結(jié)果。事實(shí)上,影響CPU溫度的因素,除了頻率外,還有CPU供電質(zhì)量和散熱效率。所以,Pentium 4溫度監(jiān)控系統(tǒng)采取了全面的監(jiān)控措施,把頻率、電壓和散熱三個(gè)控制參數(shù)視為保障CPU安全運(yùn)行的三駕馬車(chē),如圖10。

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圖10 Pentium 4CPU溫度監(jiān)控方案

在供電方面,單純采用多相供電結(jié)合大電容濾波的傳統(tǒng)方法已難以滿足Pentium 4（Prescott）CPU的要求,為此,Intel制定了新的電壓調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)VRD10,將VID（電壓識(shí)別碼）從VRM9的5位升級(jí)到6位,使電壓調(diào)整精度更高。VRD10還首次公開(kāi)了Dynamic VID（動(dòng)態(tài)電壓識(shí)別碼）技術(shù),可根據(jù)CPU負(fù)荷變化隨時(shí)調(diào)節(jié)供電電壓,見(jiàn)縫插針地降低功耗。此外,Dynamic VID技術(shù)還能限制電流突變,避免CPU偶然燒毀的可能。有關(guān)Pentium 4CPU的最新供電規(guī)范,請(qǐng)參閱本刊2004年第13期“全面掌握Prescott主板最新供電技術(shù)”一文。 在散熱方面,Intel在Pentium 4 processor Thermal and Mechanical Design Guidelines（Pentium 4CPU熱量和構(gòu)造設(shè)計(jì)指南）中要求,CPU的散熱器必須具有足夠強(qiáng)的散熱能力,以便及時(shí)將CPU所產(chǎn)生的熱量帶走。同時(shí)要求風(fēng)扇能夠輸出轉(zhuǎn)速信號(hào),以實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)扇的監(jiān)控,防止因風(fēng)扇停轉(zhuǎn)而導(dǎo)致CPU過(guò)熱的情況發(fā)生。由于CPU所產(chǎn)生的熱量因工作負(fù)荷變化而有很大變化,因此也要求風(fēng)扇轉(zhuǎn)速按需要自動(dòng)調(diào)節(jié),以降低不必要的能源消耗和噪音污染。 小知識(shí)∶如何判斷風(fēng)扇是否具有測(cè)速功能？ 有些電腦BIOS中顯示風(fēng)扇轉(zhuǎn)速為0,而實(shí)際上風(fēng)扇卻在正常旋轉(zhuǎn),通常是因?yàn)轱L(fēng)扇沒(méi)有測(cè)速功能。風(fēng)扇是否具有測(cè)速功能,可以從風(fēng)扇連線的數(shù)目來(lái)區(qū)別,具有測(cè)速功能的風(fēng)扇至少有三根線,通常紅色線為＋12V,黑色線為地線,黃色線或白色線就是測(cè)速信號(hào)線。如果還有第四根線——一根藍(lán)色的信號(hào)線,那是用于變頻調(diào)速的脈寬調(diào)制信號(hào)PWM,如圖11。

圖11 CPU風(fēng)扇插頭引腳定義 下面以ADT7436監(jiān)控芯片為核心的Pentium 4CPU溫度監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)例進(jìn)

行解剖,如圖12。先看看風(fēng)扇的情況,圖中TACH是風(fēng)扇電機(jī)速度信號(hào),監(jiān)控電路使用PWM（Pulse Width Modulation,脈寬調(diào)制）控制風(fēng)扇電機(jī)的轉(zhuǎn)速,從PWM信號(hào)可以看出三只風(fēng)扇都是可以調(diào)速的。

圖12 溫度監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)例 北橋芯片是cpu與BIOS芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的橋梁,監(jiān)控芯片與北橋芯片三個(gè)信號(hào)中,SDA是SMBus雙向數(shù)據(jù)線,它既可以將電源電壓、CPU核心溫度、風(fēng)扇轉(zhuǎn)速和環(huán)境溫度等全部監(jiān)控信息發(fā)送給BIOS實(shí)現(xiàn)進(jìn)行顯示,也可以由BIOS將來(lái)自系統(tǒng)的命令發(fā)送給監(jiān)控芯片（前面已經(jīng)介紹過(guò),監(jiān)控芯片是可編程的ASIC,所以完全有能力處理這些來(lái)自系統(tǒng)的命令）,實(shí)現(xiàn)控制參數(shù)的修改或調(diào)節(jié)功能;SCL是來(lái)自系統(tǒng)的時(shí)鐘信號(hào),這是監(jiān)控芯片與北橋芯片以及監(jiān)控芯片與CPU之間進(jìn)行同步通信的必要條件;SMBALART＃在此定義為監(jiān)控芯片通過(guò)SMBus接口發(fā)往BIOS芯片的報(bào)警（ALART）信號(hào)。 監(jiān)控芯片與CPU之間通過(guò)4個(gè)引腳進(jìn)行聯(lián)絡(luò)：CPU將電壓識(shí)別碼VID發(fā)送給監(jiān)控芯片,由它可算出CPU理論電壓值（來(lái)自電源模塊的Vcore才是CPU的實(shí)際電壓值）;D2+和D2-是CPU核心溫度信號(hào)（“D”在此表示Diode,而不是Data）,當(dāng)CPU溫度超過(guò)警戒溫度時(shí),CPU通過(guò)PROCHOT＃信號(hào)通知監(jiān)控芯片,而當(dāng)電源模塊電流超標(biāo)時(shí),監(jiān)控芯片將PROCHOT＃信號(hào)置為低電平,激活CPU內(nèi)的TCC,對(duì)CPU和供電模塊進(jìn)行降溫。這些控制功能完全體現(xiàn)了第2代溫度監(jiān)控技術(shù)的特點(diǎn)。 六、現(xiàn)有技術(shù)并不完善 CPU溫度監(jiān)控系統(tǒng)在電腦中雖然毫不起眼,人們很少去注意它,但它對(duì)整個(gè)系統(tǒng)來(lái)卻起著十分重要的作用,像一位藏在后面的天使,默默地守護(hù)著我們的電腦。從1993年Intel推出第一款奔騰CPU以來(lái),十年之間主頻提升了數(shù)十倍,期間CPU技術(shù)的發(fā)展已不再是簡(jiǎn)單的頻率提升,系統(tǒng)設(shè)計(jì)者必須在性能、耗電量、噪音和熱量四個(gè)因素之間進(jìn)行綜合平衡。正因?yàn)槿绱?溫度監(jiān)控技術(shù)經(jīng)歷了從無(wú)到有、逐漸成熟的發(fā)展過(guò)程,從一個(gè)側(cè)面見(jiàn)證了CPU的發(fā)展史。據(jù)說(shuō)即將推出的Pentium 4 6XX系列CPU將集成Enhanced SpeedStep技術(shù),CPU自身溫度監(jiān)控功能得到強(qiáng)化。 我們也應(yīng)看到,現(xiàn)有的監(jiān)控技術(shù)水平還遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到理想的狀態(tài),在溫度測(cè)量精度、監(jiān)控系統(tǒng)的及時(shí)性和降溫技術(shù)的有效性等方面還有待提高,電壓、頻率和散熱三個(gè)子系統(tǒng)目前處于各自為戰(zhàn)的狀態(tài)。未來(lái)的溫度監(jiān)控技術(shù)必然朝著更精確、更有效、更智能的方向發(fā)展。

原文：https://blog.csdn.net/hunanchenxingyu/article/details/46476545

參考：https://www.reddit.com/r/askscience/comments/2zkvwc/how_is_a_cpus_temperature_measured/