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　　夕阳西下，田野里升起袅袅的粹烟，这样的情景是令人陶醉的。但是同样一缕轻烟竟是从你的CPU上升起的，不知你会作何感想。不幸的是自从AMD推出了更高性能的CPU，其冒烟的可能性也大大增加，这样的结果使得网上关于AMD钥匙链的各种制作工艺广为流传，如果仔细搜集起来，也够编成一本小册子了。不过钥匙链的手工作坊总归是要有一个结局的，自从TOM的硬件站发布那段AMD ATHLON XP CPU冒烟的录像片段后，CPU世界的一池春水就被吹皱了。但这绝对可以说是一件好的事情，要知道CPU冒烟可不是我们用户的错，CPU安全机制上的问题是不能用超频来掩盖的。诚如TOM所说：今天电子工程师的一小步，是Palomino使用者的一大步。也许今后，厂家都会把用户的事情看得象登月一般的重要。

上篇 黑云压城城欲摧

　　沉闷已久的天空总是令人压抑的。TOM的硬件站终于在2001年9月20日发表了一篇专门测试CPU散热保护机制的文章，并且公布了一段录像带。我不知道是何种原因使得TOM的硬件站进行了这种测试，虽然这种问题确实已经存在了很长一段时间。但是这样的问题总是被忽略着，没有人认为是厂家的问题，当你拿了那快刚买不久就烧糊了的CPU去找经销商要求更换的时候，经销商会理直气壮的扔出一句话来：你超频了！你也只好捧着CPU怯怯的转了回去。不知多少人有这样的经历，正是因为这种原因，TOM硬件站公布了那段录像带后引起了整个电脑界的广泛关注。

一、TOM的录像带

1.测试的样品

INTEL的Pentium 4处理器（2 GHz）、Pentium III处理器（1 GHz）
AMD的Athlon处理器（1.4 GHz，「雷鸟（Thunderbird）」核心）、AthlonMP处理器（1.2 GHz，配上最新的「Palomino」核心，这也是将来AthlonXP处理器所采用的架构）。　　

2.测试的方法

在CPU正常工作时，去掉CPU的散热器，来模拟散热器失灵的情况，以检测CPU的超温保护机制是否有效。

3.测试的效果
去掉散热器时P4速度明显降低，重新装会散热器，P4恢复正常速度。能够有效的保护CPU，并且数据资料不会丢失。
去掉散热器时P3死机，重新启动，可正常工作。能够有效的保护CPU，但是数据资料会丢失。
去掉散热器时ATHLON冒烟，CPU烧毁
去掉散热器时ATHLONMP冒烟，CPU烧毁

　　如果你想更清楚的了解一下，那就到TOM的硬件站下载录像片段慢慢看吧，的确很精彩。

二、火热的CPU

　　无论怎么形容CPU的火热都是不过分的，CPU确实是一个发热大户，倘若有人用CPU做成一个电烤箱，也是一个不坏的主意。那么CPU为何如此滚烫呢？

　　有一个小实验，当你用一个10欧的电阻的两端分别接到一节普通的5号电池的两端（正负极），你用手去触摸电阻，会感到热，并且越来越热。结论是当电流通过电阻就会产生热量。在任何电子线路中，无论是PCB上的铜箔还是各种电子元件，当其正常工作时，都会等效为一定的电阻，这样当有电流通过时，就会发热。当工作于高频状态时，电流密度增大，发热量就更大。

　　我们目前使用的CPU工作频率可高达上G，其功耗可达30-50W，甚至更大。在如此小的方寸之间，积聚着这么大的能量消耗，产生的热量之多是可以想像的。如果不加散热装置，热量会迅速上升至2xx度，甚至3xx度，而工业级的芯片也只能工作在125度以内，怎么可能不烧毁呢？

三、降火的处方

　　面对如此火烫的CPU，我们该怎么办呢？热量会在CPU内积聚起来，越积聚越多，CPU的温度会越来越高，最后，CPU就冒烟了。为了避免这一情况的发生，我们要把热量带走，所以就用到了散热片，散热片的功能就是把热量存储起来，然后利用自己庞大的接触面积与空气接触，把热量散发的空气当中去。但是这种传导速度还是比较慢的，所以我们又用到了风扇，强大的风力加快了空气的流动，加快了散热片表面热量的散发。

　　但在实际应用当中，常会发生一些意外的情况，例如：CPU风扇转速变慢、CPU风扇停转、散热片接触不良，最坏的情况就是散热器脱落。如果一旦发生上述情况之一，就有可能导致昂贵的CPU烧毁。看来必需采取一些安全机制来保障CPU的安全。检测温度是最好的也是最直接的办法。然后需要根据检测到的温度采取一些必要的措施，通常是当超过一定温度，就要让CPU不再工作，这样温度就不会继续提升，并且会逐渐降下来。

　　CPU的超温保护电路可分为两部分：检测部分、控制部分。

　　检测部分通常由一个温度探头和电路部分组成。当然也可以把这两部分集成到一起，成为单独一个芯片。探头部分通常采用PN结，这是因为二极管或三极管的PN结的结电压与温度成一种比较线性的比例。我们把结电压经过一些转换就可以得到温度值。电路部分是来完成结电压的放大等功能的。以前的一些主板采用了LM35作为温度检测。LM35是一种集成温度传感器，它把温度检测用的PN结和其它电路集成到一块芯片里面。

　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　//图1 温度探头

　　控制部分是由一些数字逻辑电路或单片机电路来完成，通常是要在超过一定温度的情况下，关闭计算机电源。由于现在的计算机都采用了ATX电源，所以用逻辑电路来控制它的开关是非常方便的。在ATX电源连接主板的插头中，有一个引脚是PS-ON，这个引脚如果接地，计算机就会开启，如果接＋5V，计算机就会关闭。所以控制电路部分只要输出一个＋5V就可以让计算机关闭电源，从而使CPU停止工作，以达到保护CPU的目的。

　　但是在实际应用中，如果采用LM35做温度检测，象以前的一些主板一样，把LM35设计在CPU插座的下面，它实际上并不与CPU接触，测量的结果只是CPU周围空气的温度，这与CPU核心的温度相距甚远，并且其反应速度也慢，这样检测到的温度值是没有任何意义的。实验证明确实主板上带的温度检测和保护电路确实起不到及时可靠的保护作用，最好的办法是在CPU内核部分设计上温度检测二极管，这样就可检测到CPU的核心温度，为温度保护电路提供一个准确可靠的依据，令保护电路准确的启动。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　//图3 温度检测芯片LM35

　　
四、AMD：不是我的错

　　AMD的CPU一向比较热，当频率提升到上G的水平时，这个问题就尤为严重了。AMD也意识到了这一点，据AMD宣称它在最新的ATHLON系列CPU芯片内置了温度检测二极管，这样看来，AMD的用户也可以高枕无忧了。但是事情并不是那么一帆风顺，TOM的硬件站做了一个模拟散热装置失效的实验，就是我们前面提到的那个，结果是当INTEL 的 P4还在笑傲沙场之时，AMD的ATHLON XP已经魂归西天了。这样的结果对于AMD来说可谓糟糕透顶，对于AMD的用户来说心中立马凉了一半，对于将要购买AMD CPU的人来说可谓信心顿失。难道AMD设计的CPU存在技术缺陷吗？

　　我们不禁要问：AMD，你怎么了？AMD的回答也挺明白：这不是我的错！的确，从技术角度上讲，这并不是一个很复杂的难题，AMD完全有能力解决它。并且AMD的CPU已经内置了温度检测二极管，温度检测部分应该也不成为问题了。但为何AMD最新的内置了温度检测二极管的CPU仍然会烧毁呢？就在众说纷纭之际，还是AMD站出来，解决了问题。原来在TOM的实验中烧毁CPU的罪魁祸首竟然是主板！！！

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　　大雨下完了，就会出太阳。太阳依然是耀眼的，我仍然是喜欢AMD的。

　　从技术角度来看，实现CPU过热保护的电路是并不困难的，INTEL能够实现，AMD同样完全有能力来实现它。

一、INTEL的高招

　　INTEL是CPU界的老大，他开发CPU的时间是最长的，各种经验也是最丰富的，它在P4 CPU的过热保护这方面做的就非常出色。

　　在P4 CPU中，过热保护部分完全集成到了硅片上，这种机制包括一个高精度的温度检测电路、一个由电路产生的可决定CPU最高工作温度的信号，以及一些可根据温度控制电路改变状态的寄存器，它们可以通过调整CPU时钟的占空比来降低CPU温度。温度检测部分包括一个温度检测二极管、一个由工厂校准的参考电流源和一个电流比较器。当温度检测二极管的两端加上一定的电压时，流过二极管的电流将随着二极管周围的温度而变化。通过比较二极管的电流值和参考电流源的电流值来输出一个信号去控制CPU的温度，当这两个值相等时，表明CPU的核心温度已达到最大的安全值，如果二极管的电流值大于参考电流源，就表示CPU的核心温度已超过最大安全值，控制电路就会启动，通过降低CPU的时钟信号的占空比来降低CPU的工作频率，从而达到减少CPU发热量的目的，此时整个计算机的工作速度会降低不少，这与TOM硬件站的实验中P4的表现是相吻合的。由于温度检测二极管的特性在制造中不可避免的会出现一些离散性，所以厂家在制造CPU时，要对每个CPU的温度检测电路进行单独的校准。实际上，P4 CPU一旦出厂，它的最高工作温度就已经确定，并且无法改变了。

　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　//图4 P4过热监控机制示意图

　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　//图5 改变时钟占空比示意图

　　我们前面说到，INTEL是通过改变占空比来降低CPU的工作频率的，那么具体的过程是怎样的呢？从上图可知，INTEL提供了另外一组占空比控制信号，但这组信号平时是不起作用的。当CPU温度超过预定的温度时，温度保护电路输出的PROCHOT#信号变为低电平，这时占空比控制信号开始对CPU时钟信号进行控制，当占空比控制信号为高电平时，仍然为CPU提供正常的时钟信号，CPU将正常工作；当占空比控制信号为低电平时，将不向CPU提供时钟信号，CPU将不工作。也就是说，CPU干一会活，就歇一会，这样发热量当然会小了，并且歇的时间的长短是由占空比控制信号来决定的，这样我们也可根据情况让CPU歇的更久一些，这样发热量会更小一些。CPU的发热量逐渐减小后，会低于预定的报警温度，这时，温度保护电路输出的PROCHOT#信号变为高电平，这时占空比控制信号将不再对CPU时钟信号进行控制，CPU时钟信号会恢复正常，CPU也将恢复正常工作状态。

　　由于所有的温度检测控制部分都集成到了CPU的硅片上，所以该电路对温度变化的反应速度是非常快的，这样对于散热器脱落、温度的急剧升高的情况，电路也来得及控制降温。另一方面，由于没有采取直接关机而是降低工作频率的方法来对付过热，所以即使出现了不测，用户还来得及存盘，甚至继续工作，这一点对主要用于办公用途的用户来说还是比较重要的。可以看出，INTEL在散热方面的确有高招。

二、AMD的对策

　　前面已经说过，AMD为了保护CPU，在最新的ATHLON XP系列CPU中内置了温度检测二极管，但是光有温度检测二极管是不行的，还需要一些电路才能完成过热保护的功能，而市面上主板都是在ATHLON XP推出之前面市的，并没有考虑到ATHLON XP的新特性，所以并没有与温度检测二极管配套的电路，这样当然不能起到保护作用，这也是在TOM的实验中，ATHLON XP CPU烧毁的根本原因。

　　AMD最后用了一个简单的电路来澄清了这一事实。电路中用到了一片美信公司的温度开关芯片MAX6512UT085，MAX6512可利用芯片外部的PN结来检测温度，实际上就是利用ATHLON XP CPU内置的温度检测二极管检测CPU的核心温度，并且把这个检测到的温度与厂家出厂时已经设定好的一个基准温度进行比较，并输出一个逻辑控制信号。MAX651X的温度响应时间小于100mS，所以用在这里是很安全的。

　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　//图6 AMD的过热保护电路示意图

　　MAX651X内部包括一个温度转换电路、一个由厂家校准的参考电压源、一个电压比较器和输出电路等。当被检测温度超过芯片的设定值85度时，芯片会输出一个逻辑信号：MAX6511是低电平有效，MAX6512是低电平有效、漏极开路，MAX6513是高电平有效。低电平有效主要是为受控的单片机提供复位信号或者中断输出，高电平有效则可直接驱动三极管进行控制。AMD就是利用这样的一个芯片，让CPU内置的温度检测二极管发挥作用，在超温时切断电源供应，使CPU不再继续产生热量，从而达到保护的目的。

　　保护电路是非常简单且可靠的，今后的主板可以在几乎不增加多少成本的情况下解决这个问题。我们不再有理由对ATHLON XP CPU产生怀疑。事实证明，ATHLON XP CPU是优秀的。

三、我们怎么办

　　对于现在的ATHLON XP用户来说，确实存在一些麻烦，因为主板的原因，并不能保障CPU的绝对安全。如果你不想等待新主板的到来，那么也许你会愿意自己动手来制作这样一个保护电路。警告：因为牵涉到保修和其它一些技术问题，动手之前请慎重考虑，我们不对由此产生的任何后果负责。

　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　//图7 自制CPU温度保护电路原理图图

　　电路中的温度开关芯片采用MAX6511UT085，型号后面的085表示保护温度为85度，MAX6511的输出端（第4脚）接三极管的基极，用来控制三极管是否导通，平时MAX6511输出为高电平，三极管导通，相当于ATX电源的PS-ON接地；当超温时，MAX6511输出低电平，三极管截止，则PS-ON与+5V等电位，PS-ON被触发，ATX电源关闭输出，CPU也会停止工作，热量不再提升。这个电路中比较特殊的是第3脚，这个引脚是滞后温度调节，其功能是当超过额定温度85度时，芯片输出低电平，当温度再次降低，低于85度时，芯片的输出并不会马上变为高电平，而是要当温度继续降低，低于85度减去滞后温度的差值后，才会改变输出，这样避免了在某些情况下，输出频繁的改变。滞后温度可在5度和10度之间选择（通过接地和接电源来选择），不过对于本电路而言，滞后温度没有什么影响，因此第3脚接地或者接电源均可。

　　从技术上讲，INTEL和AMD各有千秋，TOM的实验只是其中的一个小插曲。今后，由于竞争的存在，两个CPU制造商还会在技术上有更精妙的神来之笔，这也会使我们这些用户受益更多。打个比方，当两个厨子开始了新一轮的较劲，我们又可以继续品尝这道丰盛而廉价的午餐了。