剖析CPU温度监控技术

文章摘要： ; 图4 各种硬件监控芯片 实际监控系统所采取的主动降温措施中，哪种方法更有实际意义呢？下面我们进行一个简短的分析。 芯片的功耗（发热量）由静态功耗和动态功耗两部分组成（如图5），静态功耗是因为漏电流引起的。由P=V2/R可知，在芯片等效电阻R不变的情况下，功耗P与电压V的2次方成正比，降低供电电压可以极大地降低静态功耗。所以这些年来芯片工作电压从5V降到3.3V，甚至降到目前的1V以下。我们当然希望这个数值进一步降低，但如果没有k值更高的栅极材料

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;                      图4 各种硬件监控芯片

       实际监控系统所采取的主动降温措施中，哪种方法更有实际意义呢？下面我们进行一个简短的分析。

       芯片的功耗（发热量）由静态功耗和动态功耗两部分组成（如图5），静态功耗是因为漏电流引起的。由P=V2/R可知，在芯片等效电阻R不变的情况下，功耗P与电压V的2次方成正比，降低供电电压可以极大地降低静态功耗。所以这些年来芯片工作电压从5V降到3.3V，甚至降到目前的1V以下。我们当然希望这个数值进一步降低，但如果没有k值更高的栅极材料，就无法保证在低电压下完成晶体管开启和关闭动作。所以，降低电压的手段毕竟还是有限的。而且由于CPU内集成的晶体管数量的按摩尔定律逐年增加，众多晶体管并联后使得等效电阻值不断减少，集成电路内层与层之间的绝缘层变薄也使得层间泄漏电流增加，所以CPU的静态功耗一直趋于上升态势。

                                                      图5 芯片工艺进步 泄漏功耗增加

       芯片的动态功耗P = CV2f，其中C表示电路负载大小，V表示供电电压，f为工作频率。可见f与芯片的动态功耗成正比，频率愈高则消耗的功率也愈高。降低CPU的时钟频率虽然是降低动态功耗的有效手段，但是，电脑用户总是希望程序能够执行得更快，通过降低频率来降温的手段是难以被用户所接受的。

       既然降低电压和频率的降温方法都有很多现实困难，所以利用风扇带走热量就成了一种最简便可行的方法。近几年来，CPU风扇的尺寸越来越大、转速越来越高，使得排气量越来越大，这在一定程度上缓解了CPU温度高居不下的问题。但是风扇扇叶尺寸过大、转速过高，又带来了噪音问题，而且环境温度过高也会影响散热效果，所以又必须增加机箱风扇，使得噪音问题进一步加剧。 为了降低噪音和节省能耗，在CPU温度不太高的时候让风扇保持低速运转，在不得已的情况下才提高转速，就成了一个被大家普遍认可的温度控制方案。因此，大多数温度监控系统实际上就是一个“温度-转速控制系统”，很多温度监控芯片也是针对这种需要而设计的。 
三、第一代温度监控系统，并不可靠 

       cpu温度监控系统根据控制电路所处的位置，可分为外部控制型和内部控制型两种基本结构。外部控制型监控系统，现在被称为第一代温度监控技术，它有三种基本存在形式∶一种是采用独立的控制芯片，如WINBOND的W83627HF、ITE的IT8705、IT8712等，这些芯片除了处理温度信号，同时还能处理电压和转速信号（如图6）；第二种形式是在BIOS芯片中集成了温度控制功能；第三种形式是南桥芯片中集成温度控制功能。在现行的主板中，三种形式同时存在，如果主板说明书中没有特别说明，我们一时难以判断监控硬件的准确位置。

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