CPU温度相关知识

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CPU温度相关知识

2001年底，我购置了第一台属于自己的电脑，CPU是AMD Athlon 1GHz处理器（雷鸟核心），随着电脑知识的不断增加，对硬件的秘密也逐渐产生了浓厚兴趣。当然，其中就包含超频，由于主板上无电压调节功能，我就拆开散热器后并用铅笔涂画的方式连接基板上的金桥以提升核心电压，毕竟是第一次尝试超频，心情很紧张，装上CPU和散热器，看到显卡自检画面后心情舒畅，很快我发现高兴得太早，刚刚检测完CPU后自检画面就不再动弹，怎么回事？一丝不祥的预感涌上心头，重启没反应。

此时一股不算很浓的焦味传到了我的鼻子里，拆开机箱，完了！竟然忘记插CPU散热器的电源了，整个过程连10秒都不到……

和雷鸟说再见只需3秒：AMD缘何如此发烧

在Athlon XP处理器面世以前AMD公司主要以Thunderbird（雷鸟）核心的Athlon处理器和Spitfire（烈火）核心、Morgan（野马）核心的Duron（毒龙处理器）主打市场，Athlon处理器虽然自身只集成了3700万个晶体管，但由于制造工艺落后（0.18微米）与核心内没有集成任何温控保护电路，再加上核心电压达到1.7V，直接导致了发热量十分巨大。有一句话是这么说的：如果散热器安装不当，和雷鸟说再见只需3秒！

处理器温控电路的发展状况

众所周知，从Pentium Ⅲ时代开始，CPU市场主要由两个处理器核心厂商Intel和AMD把持，当时由于AMD公司生产工艺相对落后，其基于0.18微米工艺生产的Athlon（速龙）和 Duron（毒龙）处理器相对Intel公司生产的Pentium Ⅲ和Tualatin（图拉丁）核心的赛扬（简称赛扬Ⅲ）处理器来说发热是巨大的，发热的问题无法解决当然超频性也远远赶不上后者，虽然后来在同样基于0.18微米工艺生产的Palomino核心的Athlon XP处理器中增加了热敏温控电路，但由于生产工艺相对Intel的0.13微米工艺仍然落后，而且初期由于缺乏主板厂商支持，所以发热量仍然十分巨大，所以这种温控功能基本无法发挥作用，直到基于0.13微米工艺生产的Thoroughbred核心与Barton（巴顿）核心Athlon XP处理器面世之后才有所改观

小知识：Thoroughbred核心分为两种，Thoroughbred－A与Thoroughbred－B，其中Thoroughbred－B核心更加先进，工作电压更低，所以频率极限更高。　

 Athlon XP 1800+处理器

CPU：如同人的大脑一样容易头脑发热的贵重小芯片。会发出各种指令指挥其他硬件工作，英文全称是“Central Processing Unit”，翻译成中文就是“中央处理器”，常简称处理器。由本文可以看出，人类在作出某个正确决定前，必须保持冷静的头脑。

主频：和走路的步频一样，相同的长度，如果步频更快的话走路的速度当然也就更快，CPU也是一样，频率更高，速度更快。但现在这一参数已经不再是衡量性能的主要指标了，因为有的高频CPU常会走弯路。

流水线：好比一条自行车生产线，让十个人同时装配十辆自行车需要花费30分钟，但是如果把这十个人分开，每个人负责装配几个部件，第一个装配完毕后交给下一个人继续装配其他部件，这样像流水一样传递，由于每个人的工作范围变小，所以技术和速度也就相对提升，这也和CPU的流水线一个道理。

效率优先，AMD拒绝发烧

虽然AMD Athlon XP处理器中已经集成了温控电路，但相对Intel的Pentium 4和赛扬4来说，这种温控功能仍过于简单，但由于生产工艺的提高和较低的频率，所以相对于Intel的Northwood核心处理器来说发热量已经势均力敌了，为什么会这么说呢？因为内部结构的不同，Pentium 4和赛扬4处理器的性能无法达到预期的目的，只能靠不断地提高频率才能弥补损失，在频率不断提升，内部结构相对复杂的情况下，发热量也日趋上升，虽然内部集成了有效的温控电路，但也无法阻止大功耗所带来的严重后果，那就是发热量，而AMD Athlon XP处理器由于内部结构的关系，根本用不着如此高的频率。至此，AMD在功耗和发热量上已经和Intel平起平坐了。　

939接口的Athlon 64 3000+处理器

小知识：Intel公司出品的Pentium 4和赛扬4处理器温控区域分为两个部分，当检测到处理器核心温度达到第一临界点时会自动降低处理器性能，但并不会降低处理器频率。比如：只需要一个小时完成的工作会降低到两个小时做完，这样就间接减少了处理器的消耗，同时降低温度。如果采用这种方式后，CPU的温度还是继续上升并到达第二个临界点的话就会自动关闭电脑，以达到保护CPU的目的，而AMD Athlon XP处理器则只能直接关闭电脑。

至今，AMD的K8（Athlon64，Sempron64）系列处理器已经成功占领市场，K8系列处理器拥有两种接口，754和939接口，核心也在不断升级，以939接口的Athlon64 3000+为例，主频为1.8GHz，128KB L1/512KB L2缓存，它的核心面积约为144平方毫米，集成了约6850万晶体管，虽然频率不高，但由于流水线长度只有12级，加上重新设计的核心，所以执行效率很高，虽然K8处理器拥有不同的接口，但都拥有一个引以为豪的特点——超低发热量，特别是Athlon64处理器，拥有的Cool’n Quiet降温静音技术在处理器空闲的时候会自动降频以降低功耗和发热量，并且风扇转速会自动降低以减少噪音。

高烧不止！Intel处理器患了重感冒

自从Pentium 4处理器面世以来，Intel为了摆脱被AMD Athlon处理器首先突破1GHz频率大关的阴影，大谈频率至上概念，由于10级流水线在Pentium Ⅲ时代已经达到频率极限，为了突破限制，Intel启用了一个新的处理器架构，命名为Netburst，最重要的改变就是增加了流水线的长度，并且集成了多条流水线并行计算以达到更高的频率。在这种情况下采用最新的生产工艺能够在同一块晶片上集成更多的晶体管，这样做的好处是每个时钟频率周期内CPU流水线每段分配的运算量减少，每个时钟周期内获得的指令也相对减少，每一段流水线越短，需要的晶体管就越少，而执行速度就越快。这样就可以将处理器频率提升到一个更高的高度。频率越高，处理的速度也就越快。

但是这样做的缺点也很明显，管线越长，执行的效率也就越低，比如，当遇到一个错误指令的时候就会重新开始将20级甚至30级运算重头再来，这样的效率在运行很多程序的时候甚至还比不上老一辈的Pentium Ⅲ和赛扬Ⅲ，当然更加比不上市面上的Athlon XP处理器，因为Athlon XP处理器的流水线只有10级，运行效率明显更高。

为了弥补效率低下的问题，只有不断提升处理器频率和增大二级缓存，甚至加入三级缓存概念才能让处理器工作得更快、性能更高，但这样的缺点十分明显，增加流水线和缓存势必要在一个核心上集成更多的晶体管，虽然生产工艺在不断提高，但增加的晶体管数量实在太多，直接导致发热量也直线上升的局面，这也使得散热器体积越来越大，散热手段越来越BT等问题，现在Prescott核心处理器的流水线长度已经达到了惊人的31级。

现在我们很高兴地看到，Intel已经意识到这个问题的严重性，并且已经取消了发布4GHz频率处理器的计划，我们有理由认为将来Intel的步伐一定会走得更加坚实。　

Pentium 4 506 Prescott核心处理器

65纳米，CPU的退烧药？

现在，Intel和AMD两家公司的重点都放在了性能至上和多任务应用中，并且都在提升性能的情况下努力降低功耗和发热量，最新的65纳米制造工艺与90纳米工艺相比，65纳米工艺可以使每个芯片上集成的晶体管数目增加一倍。同时，采用65纳米制造工艺后，可以比90纳米工艺降低20%的器件功耗，运行速度则可提高50%，相应地还可以大幅降低生产成本，CPU内建的内存控制器能够大大降低内存延迟从而有效地提高整体性能。随着技术的不断发展，制造工艺水平的不断提高，我们所面临的各种问题将不断被克服，最终是消费者得到更多的实惠，让我们一起展望未来，一起领略科技带来的飞速发展吧。

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