图8 第2代温度监控系统框图 我们先看看TCC是如何发挥作用的。TCC定义了两种工作状态：激活态和非激活态。TCC的状态与PROCHOT＃信号的电平高低相对应,PROCHOT＃为低电平时,TCC为激活态,否则处于非激活态。当CPU核心温度达到警戒温度（Warning Temperature）时,温度检测电路将PROCHOT＃信号置为低电平,从而激活TCC。TCC激活后,采取“抑制任务周期”（Throttle duty Cycle）的方式（如图9）,使CPU有效频率下降,从而达到降低功耗的目的。当CPU的温度降低后（低于警戒温度1℃以上）,TCC回到非激活态,CPU恢复到“标称频率”。可见,TCC实质上是一个由CPU温度控制的频率调节器。
图9 TCC激活时,任务周期减少
如果发生灾难性冷却失败的情况,使CPU温度超出极限温度（thermal Trip）,TCC将设THERMTRIP#信号为低电平,BIOS芯片检测到这一变化后,直接关闭CPU时钟信号,并通过PWM控制器封锁VRM向CPU供电,直到温度降到极限温度以下,RESET#信号有效,THERMTRIP#才会重新变为高电平,系统才能继续工作。否则THERMTRIP#总为低电平,
系统就停留在暂停状态。“当cpu离开风扇的时候”,Pentium 4CPU之所以能够安然无恙,答案就在这里。
小知识∶警戒温度与极限温度有什么不同？
CPU警戒温度（warning temperature）和极限温度（thermal trip）都是指核心温度,但它们所代表的意义有所不同。警戒温度是能够保证CPU稳定运行的温度;极限温度也叫最高核心温度（Maximum die temperature）或关机温度（Shutdown temperature）,是防止CPU免于烧毁的温度。
各款CPU的警戒温度和极限温度值是制造商根据CPU的制造工艺和封装形式及封装材料确定的,并在技术白皮书中给出。为防止用户自行设定而带来危险,Intel已将Pentium 4CPU的警戒温度和极限温度写入TCC内的ROM单元中,用户无法修改它们。
现在有不少主板的BIOS中也可以设置警戒温度和关机温度,不过可选的数值都比较保守,例如警戒温度最大值为70℃、关机温度为85℃,这是远低于TCC内设定值的。
兼顾性能和可靠性是第2代温度监控技术的优秀之处。由公式P = CV2f（其中C是等效电容容量;V是工作电压）可知,频率f与能耗P之间是一种线性关系,降低频率是减少发热量的有效途径。这种通过降低有效频率实现降温的措施,比之以前那种关断时钟信号的做法显然要聪明一些,避免了因强行关闭CPU,而导致数据丢失的情况。
Pentium 4CPU中的PROCHOT＃引脚还有另外两个实用的功能。其中的一个功能是向主板发出报警信号——PROCHOT＃引脚为低电平时,说明CPU核心温度超过了警戒温度,此时CPU工作在较低的频率上。如果超出警戒温度（电脑用户利用工具软件可以获得这个信息）,应及时检查散热器安装是否妥当,风扇转速是否正常。
PROCHOT＃引脚的另一个功能是可以保护主板上的其他元件。PROCHOT＃引脚采用双工设计——信号既可以从这根信号线出去,也能进得来。主板设计者可利用这一特性为供电模块提供保护,当供电模块的温度超出警戒温度时,监控电路输出一个低电平到PROCHOT＃引脚以激活TCC,通过降低CPU功耗来达到保护供电模块的目的。
可见,Pentium 4CPU不仅能自保平安,还能对供电电路提供保护,细微之处体现出设计者的良苦用心。同时,将TCC集成到CPU内不仅对自身更加安全,也简化了主板设计,降低了主板制造成本。可以说,第2代温度监控技术是一个给CPU制造商与下游主板厂商带来双赢的技术。
小知识∶如何设置BIOS中的“Processor speed throttling”？
Pentium 4主板的BIOS中通常有“Processor speed throttling ”之类的选择项,用于选择超警戒温度后CPU任务周期（duty cycle）占全部周期的比例,在CPU频率不变的情况下,这个比例越大说明CPU的工作效率越高。其中有“Automatic”和“On demand” 两种选择,“Automatic（自动）”表示任务周期的占空比为50％,也就是说比正常频率低一半;“On demand（按要求）”下面有12.5%、25％、…、87.5%等多种选择,选择的数值越小,则任务周期的比例越小,降频幅度也越大。
五、温度控制,仅靠降频是不够的
以降低频率为手段来保障CPU安全,是第2代温度监控技术的主要思想。但是这种技术也存在明显的缺陷：当温度超过警戒温度时,虽然可以勉强运行,但系统整体性能却随着cpu频率的下调而降低到一个很低的水平。假如一个3.8GHz的CPU只能长期工作在2GHz的速度上,这等于让用户花钱买了奔驰,却只能当奥拓使用。如果真是这样的话,第二代温度监控技术就算不上成熟的技术,而只不过是个苟且小计。
在系统性能不受损失的前提下保证CPU安全稳定运行,这才是我们希望看到的结果。事实上,影响CPU温度的因素,除了频率外,还有CPU供电质量和散热效率。所以,Pentium 4温度监控系统采取了全面的监控措施,把频率、电压和散热三个控制参数视为保障CPU安全运行的三驾马车,如图10。
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图10 Pentium 4CPU温度监控方案
在供电方面,单纯采用多相供电结合大电容滤波的传统方法已难以满足Pentium 4（Prescott）CPU的要求,为此,Intel制定了新的电压调节标准VRD10,将VID（电压识别码）从VRM9的5位升级到6位,使电压调整精度更高。VRD10还首次公开了Dynamic VID（动态电压识别码）技术,可根据CPU负荷变化随时调节供电电压,见缝插针地降低功耗。此外,Dynamic VID技术还能限制电流突变,避免CPU偶然烧毁的可能。有关Pentium 4CPU的最新供电规范,请参阅本刊2004年第13期“全面掌握Prescott主板最新供电技术”一文。 在散热方面,Intel在Pentium 4 processor Thermal and Mechanical Design Guidelines（Pentium 4CPU热量和构造设计指南）中要求,CPU的散热器必须具有足够强的散热能力,以便及时将CPU所产生的热量带走。同时要求风扇能够输出转速信号,以实现对风扇的监控,防止因风扇停转而导致CPU过热的情况发生。由于CPU所产生的热量因工作负荷变化而有很大变化,因此也要求风扇转速按需要自动调节,以降低不必要的能源消耗和噪音污染。 小知识∶如何判断风扇是否具有测速功能？ 有些电脑BIOS中显示风扇转速为0,而实际上风扇却在正常旋转,通常是因为风扇没有测速功能。风扇是否具有测速功能,可以从风扇连线的数目来区别,具有测速功能的风扇至少有三根线,通常红色线为＋12V,黑色线为地线,黄色线或白色线就是测速信号线。如果还有第四根线——一根蓝色的信号线,那是用于变频调速的脉宽调制信号PWM,如图11。
图11 CPU风扇插头引脚定义 下面以ADT7436监控芯片为核心的Pentium 4CPU温度监控系统实例进
行解剖,如图12。先看看风扇的情况,图中TACH是风扇电机速度信号,监控电路使用PWM（Pulse Width Modulation,脉宽调制）控制风扇电机的转速,从PWM信号可以看出三只风扇都是可以调速的。
