CPU热功耗及散热解析
●  TDP到底是指什么?
  TDP的英文全称是“Thermal Design Power”,中文翻译为“热设计功耗”,是反应一颗处理器热量释放的指标,它的含义是当处理器达到负荷最大的时候,释放出的热量,单位为瓦(W)。
  CPU的TDP 并不是CPU的最大功耗(功率),它们是两个没有多少相关性的概念,功耗(功率)是所有用电器的重要物理参数,是指一个用电器消耗电功率,CPU的真实功耗(功率)要复杂的多,而且由于CPU的晶体管并不是纯电阻电路而是混合电路,所以不能简单的使用电压X电流的方法来计算。
  CPU的功耗包括“运算所用功耗”和“发热功耗”两部分,而且“运算所用功耗”和“发热功耗”在实际运行中是随着CPU负荷的大小动态变化的。 而TDP是指CPU电流热效应以及其他形式产生的最大热能,是一个固定值。显然CPU的TDP(最高释放热量)小于CPU的最大功耗,但在实际运行中,CPU的功耗和发热往往最不总是以最大状态出现。
  进一步区分,CPU的功耗是CPU从主板上获取的功率,是要求主板供电设计时考虑的。而T
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DP是CPU最大发出的热量,是对散热系统提出要求,要求散热系统能够把CPU发出的热量及时的散掉,也就是TDP是要求CPU的散热系统必须能达到的最大热量驱散速度。
● CPU的热量来自哪里
    那人们可能就想问了,CPU的热量来自哪里? CPU的热量来自三个部分, 第一个是正常的运算过程中晶体管里的电热效应,这个是无法避免的,因为除了超超导体之外的任何导体都有电阻就都会发热。
  还有两种发热是由于CPU里的两种泄漏电流导致的。这两种电流首先是门泄漏,这是电子的一种自发运动,由负极的硅底板通过管道流向正极的门;其次是通过晶体管通道的硅底板进行的电子自发从负极流向正极的运动。这个被称作亚阈泄漏或是关状态泄漏(也就是说当晶体管处于“关”的状态下,也会进行一些工作)。这两者都需要提高门电压以及驱动电流来进行补偿。这两种情况都加大了能量消耗和CPU的发热量。


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花儿与少年许晴  可以以传统的白炽灯来做个类比,其可见光部分的能耗相当于CPU运算所需的能耗,而热能(包括热量和红外线部分)则类比CPU发热所消耗的能耗。
● 那么就会有人想问CPU可以不发热吗?
  除了超导体之外,任何电路在工作的时候都会发热,或者说只要有电阻,工作的时候就会发热,CPU是由集成在半导体上的晶体管组成的,自然也不例外的会发热,这一种发热是无法避免的,也是正常的。

节能灯的发光效率是白炽灯的5倍
  但是我们可以通过更好的工艺和材料来减少CPU的热功耗,如130纳米的P4 2.4C 需要1.525V的驱动电压,而90纳米的P4 2.4A需要1.385V的驱动电压,因为更小的制程可以减小晶体管的驱动电压和电流,进而电路的热效应减小。另外的两种泄漏电流也可以通过更优秀的材料和来减弱,比如用电阻效果更好的材料来替代二氧化硅。这一点就和节能灯由于具有更高的电能向光能的转换效率而比传统的白炽灯节能的同时发热小很多是一个道理。
  知道了CPU的发热机理之后,下一步怎么才能监控CPU的温度并进行保护呢?
中国与英国的时差●  CPU温度的检测
  尽管现在有很多对CPU温度时行监测的软件,但是我们首先需要知道的是对CPU温度监测的硬件设施。
  早期的CPU,无论是Intel还是AMD,内部都没有温度监控功能,大多数情况下,是主板CPU插座内的一个热敏电阻来监视CPU温度,温度读数是由监控芯片根据温敏电阻的阻值变化计算得出。热敏电阻是接触式测温元件,如果热敏电阻与微处理器接触不够紧密,微
处理器的热量不能有效地传送到,所测量温度会有很大误差。同时,微处理器的核心发出热量由芯片封装向外部散热,微处理器的表面温度和核心温度之间约有15度~30度的温差,结果因芯片封装形式不同,以及环境温度的不同,而让真实的CPU温度难以确定。


早期的监控设施在主板上
幼儿园优秀教师先进材料        随后,为了解决这个弊端,采用了内部核心检控的手段来获得真实的CPU核心温度。
在CPU内核里面加入了一个专门用于监测CPU温度的热敏二极管,同时在主板上搭配与热敏二极管配套的监控电路,这个热敏二极管的正负两极作为CPU两个针脚直接来通过主板CPU插座和主板的温度监控电路相连。

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