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。
图6 第一代热量监控系统框图 图7是一个以MIC284为核心CPU温度监控电路,该电路只能控制CPU风扇的转速,但它可以将温度信号通过SMBus端口传送给BIOS芯片,以实现更多控制功能。
图7 一个实际的监控电路 小知识∶什么是SMBus？ SMBus是System Management Bus（系统管理总线）的缩写,是1995年由Intel提出的。SMBus只有两根信号线：双向数据线和时钟信号线。PCI插槽上也给SMBus预留了两个引脚（A40为SMBus 时钟线,A41为SMBus 数据线）,以便于PCI接口卡与主板设备之间交换信息。 SMBus的数据传输率为100kbps,虽然速度较慢,却以其结构简洁造价低廉的特点,成为业界普遍欢迎的接口标准。Windows中显示的各种设备的制造商名称和型号等信息,都是通过SMBus总线收集的。主板监控系统中传送各种传感器的测量结果,以及BIOS向监控芯片发送命令,也是利用SMBus实现的。 监控芯片通常是可编程的ASIC微控制器,应用软件经BIOS将控制命令和数据经接口电路发送给监控芯片,修改其控制参数,一些监控软件正是通过这种途径来显示和调整CPU电压和风扇转速的。 监控芯片是温度监控系统的核心,其质量优劣对控制性能有很大的影响。但由于监控芯片种类繁多,在功能和性能上有很大差异,给使用和鉴别带来一定困难。 首先,各种监控芯片在控制功能上有很大差异（譬如某个芯片可以控制两个风扇,多数则只能控制一个风扇）,通常引脚数越多,功能越强。 其次,即便功能相同的芯片,性能上也会有差别,其中一个重要的区别在数据位的不同（譬如MAX6682的分辨率是10位,TC1024为9位,FMS2701为8位）,位数
少的芯片输出的数据精度自然也就降低了（8位芯片温度转换误差为±3℃）。另一个性能差别在采样速率上,如果采样速率低（例如FMS2701的采样速率为1s）,必然增加信号延迟,无法及时跟踪cpu温度的变化。
第一代CPU温度监控技术建立在依靠外援的基础上,当CPU过热而超过极限温度时,由系统向CPU发出HLT命令,让系统暂停。因为热量可能导致系统不稳定,如果电脑死机或程序进入死循环,就会失去监控作用,也就无法保护CPU了。同时,由于构成监控系统的元器件较多,战线拉得很长,导致反应速度慢,无法及时跟踪CPU温度变化。而现在的CPU不仅核心温度高,而且升温速度快（最高可达50℃/s）,一旦灾难来临必有“远水不解近渴”之忧患。
四、第二代温度监控技术,Pentium 4烧不死的秘密
为了弥补第一代温度监控技术的缺陷,提高监控能力,Intel开发了第2代温度监控技术。
第二代温度监控系统的一个突出特点是在CPU内部集成了温度控制电路（Thermal Control Circuit,TCC）,由CPU自身执行温度控制功能,同时,CPU内设置了两个相互独立的热敏二极管,D1是本地热敏二极管,所测信号提供给TCC,D2则为远端热敏二极管,其测量结果用于实现主板控制功能及显示核心温度,如图8。
