為彌補了第一代溫度監控技朮的缺陷,提高監控能力,Intel開發了第2代溫度監控技朮。
第二代溫度監控系統的一個突出特點是在微處理器內部集成了溫度控制電路(Thermal Control Circuit,TCC),由微處理器自身執行溫度控制功能,同時,微處理器內設置了兩個相互獨立的熱敏二极管,D1是本地熱敏二极管,所測信號提供給TCC,D2則為遠端熱敏二极管,其測量結果用于實現主板控制功能及顯示核心溫度,如圖8。
圖8 注∶第2代溫度監控系統框圖
我們先看看TCC是如何發揮作用的。TCC定義了兩種工作狀態:激活態和非激活態。TCC的狀態與PROCHOT#信號的電平高低相對應,PROCHOT#為低電平時,TCC為激活態,否則處于非激活態。當微處理器核心溫度達到警戒溫度(Warning Temperature)時,溫度檢測電路將PROCHOT#信號置為低電平,從而激活TCC。TCC激活后,采取“抑制任務周期”(Throttle duty Cycle)的方式(如圖9),使微處理器有效頻率下降,從而達到降低功耗的目的。當微處理器的溫度降低后(低于警戒溫度1℃以上),TCC回到非激活態,微處理器恢復到“標稱頻率”。可見,TCC實質上是一個由微處理器溫度控制的頻率調節器。
圖9 注∶TCC激活時,任務周期減少
如果發生災難性冷卻失敗的情況,使微處理器溫度超出极限溫度(thermal Trip),TCC將設THERMTRIP#信號為低電平,BIOS芯片檢測到這一變化后,直接關閉微處理器時鐘信號,並通過PWM控制器封鎖VRM向微處理器供電,直到溫度降到极限溫度以下,RESET#信號有效,THERMTRIP#才會重新變為高電平,系統才能繼續工作。否則THERMTRIP#總為低電平,系統就停留在暫停狀態。“當微處理器離開風扇的時候”,Pentium 4微處理器之所以能夠安然無恙,答案就在這里。
小知識∶警戒溫度與极限溫度有什麼不同?
微處理器警戒溫度(warning temperature)和极限溫度(thermal trip)都是指核心溫度,但它們所代表的意義有所不同。警戒溫度是能夠保証微處理器穩定運行的溫度;极限溫度也叫最高核心溫度(Maximum die temperature)或關机溫度(Shutdown temperature),是防止微處理器免于燒毀的溫度。
各款微處理器的警戒溫度和极限溫度值是制造商根据微處理器的制造工藝和封裝形式及封裝材料确定的,並在技朮白皮書中給出。為防止用戶自行設定而帶來危險,Intel已將Pentium 4微處理器的警戒溫度和极限溫度寫入TCC內的ROM單元中,用戶無法修改它們。
現在有不少主板的BIOS中也可以設置警戒溫度和關机溫度,不過可選的數值都比較保守,例如警戒溫度最大值為70℃、關机溫度為85℃,這是遠低于TCC內設定值的。
兼顧性能和可靠性是第2代溫度監控技朮的優秀之處。由公式P = CV2f(其中C是等效電容容量;V是工作電壓)可知,頻率f與能耗P之間是一種線性關系,降低頻率是減少發熱量的有效途徑。這種通過降低有效頻率實現降溫的措施,比之以前那種關斷時鐘信號的做法顯然要聰明一些,避免了因強行關閉微處理器,而導致數据丟失的情況。
Pentium 4處理器中的PROCHOT#引腳還有另外兩個實用的功能。其中的一個功能是向主板發出報警信號??PROCHOT#引腳為低電平時,說明微處理器核心溫度超過了警戒溫度,此時微處理器工作在較低的頻率上。如果超出警戒溫度(電腦用戶利用工具軟件可以獲得這個信息),應及時檢查散熱器安裝是否妥當,風扇轉速是否正常。
PROCHOT#引腳的另一個功能是可以保護主板上的其他元件。PROCHOT#引腳采用雙工設計??信號既可以從這根信號線出去,也能進得來。主板設計者可利用這一特性為供電模塊提供保護,當供電模塊的溫度超出警戒溫度時,監控電路輸出一個低電平到PROCHOT#引腳以激活TCC,通過降低微處理器功耗來達到保護供電模塊的目的。
可見,Pentium 4處理器不僅能自保平安,還能對供電電路提供保護,細微之處體現出設計者的良苦用心。同時,將TCC集成到微處理器內不僅對自身更加安全,也簡化了主板設計,降低了主板制造成本。可以說,第2代溫度監控技朮是一個給微處理器制造商與下游主板廠商帶來雙贏的技朮。
小知識∶如何設置BIOS中的“Processor speed throttling”?
Pentium 4主板的BIOS中通常有“Processor speed throttling ”之類的選擇項,用于選擇超警戒溫度后處理器任務周期(duty cycle)占全部周期的比例,在處理器頻率不變的情況下,這個比例越大說明處理器的工作效率越高。其中有“Automatic”和“On demand” 兩種選擇,“Automatic(自動)”表示任務周期的占空比為50%,也就是說比正常頻率低一半;“On demand(按要求)”下面有12.5%、25%、…、87.5%等多種選擇,選擇的數值越小,則任務周期的比例越小,降頻幅度也越大。
第二代溫度監控系統的一個突出特點是在微處理器內部集成了溫度控制電路(Thermal Control Circuit,TCC),由微處理器自身執行溫度控制功能,同時,微處理器內設置了兩個相互獨立的熱敏二极管,D1是本地熱敏二极管,所測信號提供給TCC,D2則為遠端熱敏二极管,其測量結果用于實現主板控制功能及顯示核心溫度,如圖8。
圖8 注∶第2代溫度監控系統框圖
我們先看看TCC是如何發揮作用的。TCC定義了兩種工作狀態:激活態和非激活態。TCC的狀態與PROCHOT#信號的電平高低相對應,PROCHOT#為低電平時,TCC為激活態,否則處于非激活態。當微處理器核心溫度達到警戒溫度(Warning Temperature)時,溫度檢測電路將PROCHOT#信號置為低電平,從而激活TCC。TCC激活后,采取“抑制任務周期”(Throttle duty Cycle)的方式(如圖9),使微處理器有效頻率下降,從而達到降低功耗的目的。當微處理器的溫度降低后(低于警戒溫度1℃以上),TCC回到非激活態,微處理器恢復到“標稱頻率”。可見,TCC實質上是一個由微處理器溫度控制的頻率調節器。
圖9 注∶TCC激活時,任務周期減少
如果發生災難性冷卻失敗的情況,使微處理器溫度超出极限溫度(thermal Trip),TCC將設THERMTRIP#信號為低電平,BIOS芯片檢測到這一變化后,直接關閉微處理器時鐘信號,並通過PWM控制器封鎖VRM向微處理器供電,直到溫度降到极限溫度以下,RESET#信號有效,THERMTRIP#才會重新變為高電平,系統才能繼續工作。否則THERMTRIP#總為低電平,系統就停留在暫停狀態。“當微處理器離開風扇的時候”,Pentium 4微處理器之所以能夠安然無恙,答案就在這里。
小知識∶警戒溫度與极限溫度有什麼不同?
微處理器警戒溫度(warning temperature)和极限溫度(thermal trip)都是指核心溫度,但它們所代表的意義有所不同。警戒溫度是能夠保証微處理器穩定運行的溫度;极限溫度也叫最高核心溫度(Maximum die temperature)或關机溫度(Shutdown temperature),是防止微處理器免于燒毀的溫度。
各款微處理器的警戒溫度和极限溫度值是制造商根据微處理器的制造工藝和封裝形式及封裝材料确定的,並在技朮白皮書中給出。為防止用戶自行設定而帶來危險,Intel已將Pentium 4微處理器的警戒溫度和极限溫度寫入TCC內的ROM單元中,用戶無法修改它們。
現在有不少主板的BIOS中也可以設置警戒溫度和關机溫度,不過可選的數值都比較保守,例如警戒溫度最大值為70℃、關机溫度為85℃,這是遠低于TCC內設定值的。
兼顧性能和可靠性是第2代溫度監控技朮的優秀之處。由公式P = CV2f(其中C是等效電容容量;V是工作電壓)可知,頻率f與能耗P之間是一種線性關系,降低頻率是減少發熱量的有效途徑。這種通過降低有效頻率實現降溫的措施,比之以前那種關斷時鐘信號的做法顯然要聰明一些,避免了因強行關閉微處理器,而導致數据丟失的情況。
Pentium 4處理器中的PROCHOT#引腳還有另外兩個實用的功能。其中的一個功能是向主板發出報警信號??PROCHOT#引腳為低電平時,說明微處理器核心溫度超過了警戒溫度,此時微處理器工作在較低的頻率上。如果超出警戒溫度(電腦用戶利用工具軟件可以獲得這個信息),應及時檢查散熱器安裝是否妥當,風扇轉速是否正常。
PROCHOT#引腳的另一個功能是可以保護主板上的其他元件。PROCHOT#引腳采用雙工設計??信號既可以從這根信號線出去,也能進得來。主板設計者可利用這一特性為供電模塊提供保護,當供電模塊的溫度超出警戒溫度時,監控電路輸出一個低電平到PROCHOT#引腳以激活TCC,通過降低微處理器功耗來達到保護供電模塊的目的。
可見,Pentium 4處理器不僅能自保平安,還能對供電電路提供保護,細微之處體現出設計者的良苦用心。同時,將TCC集成到微處理器內不僅對自身更加安全,也簡化了主板設計,降低了主板制造成本。可以說,第2代溫度監控技朮是一個給微處理器制造商與下游主板廠商帶來雙贏的技朮。
小知識∶如何設置BIOS中的“Processor speed throttling”?
Pentium 4主板的BIOS中通常有“Processor speed throttling ”之類的選擇項,用于選擇超警戒溫度后處理器任務周期(duty cycle)占全部周期的比例,在處理器頻率不變的情況下,這個比例越大說明處理器的工作效率越高。其中有“Automatic”和“On demand” 兩種選擇,“Automatic(自動)”表示任務周期的占空比為50%,也就是說比正常頻率低一半;“On demand(按要求)”下面有12.5%、25%、…、87.5%等多種選擇,選擇的數值越小,則任務周期的比例越小,降頻幅度也越大。
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