剖析CPU温度监控技术

引言

迄今为止还没有一种cpu散热系统能保证永不失效。失去了散热系统保护伞的“芯”，往往会在几秒钟内永远停止“跳动”。值得庆幸的是，聪明的工程师们开发出有效的cpu温度监控、保护技术。以特殊而敏锐的“嗅觉”随时监测cpu的温度变化，并提供必要的保护措施，使cpu免受高温下的灭顶之灾。在我们看来，探索这项技术如同开始一段神秘而有趣的旅程，何不与我们同行？

cpu功耗和温度随运行速度的加快而不断增大，现已成为一个不折不扣的“烫手山芋”。如何使cpu安全运行，提高系统的可靠性，防止因过热而产生的死机、蓝屏、反复重启动甚至cpu烧毁，不仅是cpu所面临的困境，也是留给主板设计者的一个重要课题。为此，intel率先提出了温度监控器（thermal monitor）的概念，通过对cpu进行温度控制和过热保护，使稳定性和安全性大大增加。

&n bsp; 但是，由于电脑爱好者和普通用户对cpu温度监控系统了解不多，而且介绍这方面知识的中文资料也难以获得，遇到相关问题时会感到不知所措，所以有必要将cpu温度监控技术系统地介绍给大家。

一、温度测量：从表面深入到核心

建立cpu温度监控系统，首先要选择一种合适的温度测量器件。能够测量温度的器件有很多种，如热敏电阻、热电偶和半导体温度传感器等。电脑中最早使用热敏电阻作为测温元件，cpu插座下竖立的球状或带状的小元件，就是热敏电阻（如图1）。
图1 cpu插槽下的热敏电阻 热敏电阻（thermal resistor ，简称thermistor）体积小、价格低，使用方便，但用于检测cpu温度时存在着先天不足：

1.热敏电阻是接触式测温元件，如果热敏电阻与cpu接触不够紧密，cpu的热量不能有效地传送到，所测量温度会有很大误差。有些主板上采用smd贴片热敏电阻去测量cpu温度，其测量误差比直立式热敏电阻误差更大，因为这种贴片元件很难紧密接触到cpu。

2.cpu的核心（die）发出热量由芯片封装向外部散热，cpu的表面温度和核心温度之间约有15℃～30℃的温差，同时因芯片封装形式不同，及环境温度的不同而难以确定。至今还没有一种技术能够把热敏电阻埋进芯片内部去，导致现在热敏电阻只能测量cpu的表面温度，而无法测量核心温度。

总之，热敏电阻不仅测量精度难以保证，更重要的是无法检测到热源的真实温度。

由于热敏电阻先天不足带来了一个十分严重的问题∶表面温度不能及时反映cpu核心温度变化，用专业术语说就是存在一个时间滞后的问题。因为核心温度变化之后要经过一段时间才能传送到cpu表面。图2反映了采用核心测温方式下保护电路起作用的情况，当核心温度达到cpu极限温度t2时，控制电路及时切断cpu的供电，否则只需几秒钟时间便会到达烧毁温度t3。相比之下，表面温度反应十分迟钝，其升温速度远不及核心温度，当核心温度发生急剧变化时，表面温度只有“小幅上扬”。pentium 4和athlon xp等最新的cpu，其核心温度变化速度达30～50℃/s，核心温度的变化速度越快，测量温度的延迟误差也越大。在这种背景之下，如果再以表面温度作为控制目标，保护电路尚未做出反应，cpu可能已经命归黄泉了。
图2 表面温度的时间滞后特性

为了解决热敏电阻无法测量c pu核心真实温度的问题，intel在pentium ⅱ和celeroncpu中植入了热敏二极管（thermal diode，或简称作thermodiode）直接测量cpu核心温度，开创了半导体测温技术的先河。此后的pentium ⅲ和pentium 4芯片中都植入了热敏二极管，amd在athlon和duroncpu中也植入了热敏二极管。现在许多主板都在监控芯片内设置有热敏二极管，用于检测芯片所在位置的环境温度。

(小知识∶如何知道bios或测试软件显示的cpu温度是表面温度还是核心温度？)

就目前来看，无论使用intel还是amd的cpu，已很少使用热敏电阻测量cpu表面温度了，所以bios与检测软件所显示的cpu温度都是指cpu的核心温度。而在pentium ⅱ以前，cpu温度通常是指表面温度；pentium ⅱ及以后的cpu内都集成有热敏二极管，所测量温度就是核心温度。不过，在过渡期内许多主板上仍在cpu插座下面保留了热敏电阻，这样就同时能检测到两个不同的cpu温度值，通常bios中显示的是cpu的外部温