[转帖]Intel P4温度控制电路探密

大部分超频用户非常关注CPU的内部散热技术。随着制造工艺和处理器核心频率的提升，处理器的尺寸越来越小，而散发的热量却越来越多。AMD和Intel公司都使用了不同的方法，尽可能使热量快速的散发到空气中去。
当Intel发布性能强劲的P4处理器时，就对P4芯片内部的散热设计，架构进行了重大的调整。Intel公司重新规定了CPU可以承受的最高温度，最高的机箱温度，CPU正常运行温度等技术规格。这样做的目的是让CPU在适当的温度下，发挥出高效的性能。AMD公司，同样也对Athlon XP散热规格进行了调整。
然而，如果对于DIY的用户而言，一般很难知道应该如何来控制温度的范围。一些知名的品牌，如戴尔，惠普等公司，为了确保CPU能够稳定的运行，都把CPU的运行频率设定在底线，这样的话，电源功耗和散热量就比较底。但是，对于大部分DIY用户，他们往往希望获得最高的性价比，处理器超频是“家常便饭”，但是如何控制处理器的散热量和温度，用户只能根据经验来调节。在超频中，CPU的运行温度往往过高，从而影响了系统的整体性能和CPU的使用寿命。
对于P4而言，人们常常感到奇怪，超频后处理器的核心频率得到了提高，但是系统的整体性能却没有多大改进。这是因为Intel在P4芯片的设计中，加入了额外的温度控制电路，它能够根据CPU的运行温度，动态的来调节CPU的性能。本文就是向读者介绍温度控制电路的工作原理，以及CPU温度和系统性能之间的关系。
热能监测
P4芯片中使用了新的技术——温度控制电路。温度控制电路对CPU进行过热保护，确保系统运行的稳定性。每块P4处理器内建2个热量二极管。一个二极管是用于报告由主板探测到的处理器温度，另一个二极管是温度控制电路的一部分，用于监测ALU等部件的运行温度。
AMD Athlon XP CPU也有类似的热二极管，二极管报告由主板探测到的CPU温度。如果温度过高，热二极管会把数据反馈给主板，再有主板切断主机电源，从而对CPU进行保护。当然，AMD的保护措施，会使没有保存的数据丢失。
AMD的控制电路在设计的思路上和Inte截然不同，AMD是着眼于CPU，以保护CPU为第一目标；而Intel是以确保稳定的工作环境为第一目标，即使CPU的温度达到临界值，控制电路也会降低CPU的运行频率，来确保整个系统能够继续稳定的运行。
这就是Intel P4中的温度控制电路工作原理，它实时的把CPU的工作温度和临界值进行比较。两个不同的热二极管会分别进行比较。一个和主板监测的温度比较，另外一个根据主动测试的温度进行比较。如果CPU的温度过高，Intel P4 的温度控制电路会向CPU芯片发送PROCHOT＃信号，用来动态的降低CPU的核心频率，从而降低CPU的温度和电源功耗。
例如，原先1.8GHz 的P4超频后运行在2.2GHz，过高的温度会使温度控制电路把CPU的核心频率降低到1.8GHz以下，所以用户往往会发现，P4有时在超频后性能会不如前。
由此可以看出，系统的整个性能主要不是取决于CPU标称的运行频率，而是运行过程中的实际频率。例如前端总线频率为133MHz，倍频21，那么这块CPU的标称的运行频率就是2.8GHz。许多CPU测试软件，如WCPUid显示的就是这个标称运行频率。
但是在运行过程中，由于温度控制电路的影响，CPU不可能总是运行在标称频率下。如果CPU温度过高，温度控制电路会发送PROCHOT＃信号，降低运行频率。如下图：
PROCHOT#的作用就是在正常时钟周期内插入空闲周期，从而降低运行频率。一般而言，温度控制电路会降低30％－50%的标称频率。
当CPU的温度降低后，温度控制电路会使“核心频率”恢复到“标称频率”。一般，只要CPU低于临界温度1C，CPU就可以恢复到“标称频率”。
原理非常简单，但是如果决定临界温度却是比较困难的。大量的测试数据表明，不同型号的P4有不同的临界温度。如果临界温度过低，那么CPU整体的性能会大大下降，反之，就有可能烧坏CPU。
如果CPU从2.2GHz超频到2.8GHz，但是系统没有增加额外的散热措施的话，整个系统就会在“标称频率”和“实际运行频率”之间来回摇摆，从而CPU的整体性能会大大低于2.2GHz。
如果CPU运行过高，那么P4的温度控制电路会采取另外一个措施，发送THERMTRIP＃信号来关闭系统，Intel一般把这个温度设定为135 oC 。
测试环境
在测试中我们可以了解以下温度控制电路的工作情况，以及温度和系统性能的关系。
测试环境:
CPU：Intel Pentium 4 3.06GHz;
主板：ASUS P4PE;
内存：256MB PC2100 DDR SDRAM;
显卡：GeForce4 MX440-8x;
硬盘：IBM DTLA 15GB 7200rpm;
声卡：SoundBlaster Live! Value s;
光驱：CD-ROM 24x drive;
机箱：关闭机箱风扇;
操作系统：Windows XP Professional.
在测试过程中，我们逐渐提高CPU的运行温度，直至临界值。在这个过程中我们可以看到“温度控制电路”的运行情况。为了平稳的提高CPU的温度，我们使用Zalman Fanmate调节器，来动态的调节风扇的速度。

Zalman Fanmate调节器
我们把风扇的转速从4500rpm降到2200rpm，从而CPU的温度可以缓慢的上升到临界值。为了使CPU温度呈线性的上升，我们把机箱放入医用的保温箱（SANYO的MIR253）。保温箱的电源功耗为220W ，温度可以在-10oC 到+50oC调节，调节的精度可以达到0.1oC。

MIR253
测试过程：
保温柜的初始温度为28 oC ，CPU初始温度为69 oC ，系统运行Unreal Tourament 2003(115fps初始)，保温柜的温度逐渐升高。
以下4条曲线分别代表，保温柜（环境）温度，机箱内部温度，CPU温度和CPU性能。测试结果:
游戏的fps没有多大的变化，直到处理器的温度达到72 oC （第一阶段）；此时开始，温度控制电路降低CPU的核心频率，图中的曲线看出，CPU温度几乎不变，而游戏的性能直线下降。（第二，第三阶段）。因为在这过程中，环境温度逐渐提高，所以温度控制电路不断降低CPU的核心频率，游戏从115fps直线下降到50fps。，由此看出温度控制电路工作的非常好。
整个过程中，环境的温度从27 oC 上升到50 oC ；机箱内部的温度从44 oC 到63 oC ；CPU的核心温度从69 oC 到85 oC 。以往的经验中，P4 3.06GHz的临界温度定在72 oC 。所以，温度控制电路就从此时开始向CPU发送PROCHOT#信号。从72 oC 开始，系统的性能下降了2倍多。
以下是CPU RightMark的测试结果。和我们预测的一样，当CPU达到72 oC后，系统的性能直线下降。
结论
通过测试我们了解到，Intel使用了“温度控制电路”来确保系统的稳定性。但是在某种程度上，却是对DIY和超频用户的重大打击，因为在控制电路的保护下，超频后的系统性能往往得不偿失。
对于超频用户只有控制好CPU的临界温度值和CPU的散热量，才能发挥出CPU最大的性能。但是在这个过程中，用户往往是以购买额外的散热设备为代价。
所以，使用P4处理器的用户还是老老实实，不要超频吧。

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哈哈哈！！！！你的IP是不是

？我都知道了！！！

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