CPU热功耗及散热解析

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2024年7月22日发(作者：)

● TDP到底是指什么？

TDP的英文全称是“Thermal Design Power”，中文翻译为“热设计功耗”，是反应一颗处理

器热量释放的指标，它的含义是当处理器达到负荷最大的时候，释放出的热量，单位为瓦（W）。

CPU的TDP 并不是CPU的最大功耗（功率），它们是两个没有多少相关性的概念，功耗（功率）

是所有用电器的重要物理参数，是指一个用电器消耗电功率，CPU的真实功耗（功率）要复杂的多，

而且由于CPU的晶体管并不是纯电阻电路而是混合电路，所以不能简单的使用电压X电流的方法来

计算。

CPU的功耗包括“运算所用功耗”和“发热功耗”两部分，而且“运算所用功耗”和“发热功

耗”在实际运行中是随着CPU负荷的大小动态变化的。 而TDP是指CPU电流热效应以及其他形式

产生的最大热能，是一个固定值。显然CPU的TDP（最高释放热量）小于CPU的最大功耗，但在实

际运行中，CPU的功耗和发热往往最不总是以最大状态出现。

进一步区分，CPU的功耗是CPU从主板上获取的功率，是要求主板供电设计时考虑的。而TDP

是CPU最大发出的热量，是对散热系统提出要求，要求散热系统能够把CPU发出的热量及时的散掉，

也就是TDP是要求CPU的散热系统必须能达到的最大热量驱散速度。

● CPU的热量来自哪里

那人们可能就想问了，CPU的热量来自哪里？ CPU的热量来自三个部分， 第一个是正常的运

算过程中晶体管里的电热效应，这个是无法避免的，因为除了超超导体之外的任何导体都有电阻就都

会发热。

还有两种发热是由于CPU里的两种泄漏电流导致的。这两种电流首先是门泄漏，这是电子的一种

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自发运动，由负极的硅底板通过管道流向正极的门；其次是通过晶体管通道的硅底板进行的电子自发

从负极流向正极的运动。这个被称作亚阈泄漏或是关状态泄漏(也就是说当晶体管处于“关”的状态

下，也会进行一些工作)。这两者都需要提高门电压以及驱动电流来进行补偿。这两种情况都加大了能

量消耗和CPU的发热量。

可以以传统的白炽灯来做个类比，其可见光部分的能耗相当于CPU运算所需的能耗，而热能（包

括热量和红外线部分）则类比CPU发热所消耗的能耗。

● 那么就会有人想问CPU可以不发热吗？

除了超导体之外，任何电路在工作的时候都会发热，或者说只要有电阻，工作的时候就会发热，

CPU是由集成在半导体上的晶体管组成的，自然也不例外的会发热，这一种发热是无法避免的，也是

正常的。

节能灯的发光效率是白炽灯的5倍

但是我们可以通过更好的工艺和材料来减少CPU的热功耗，如130纳米的P4 2.4C 需要1.525V

的驱动电压，而90纳米的P4 2.4A需要1.385V的驱动电压，因为更小的制程可以减小晶体管的驱动

电压和电流，进而电路的热效应减小。另外的两种泄漏电流也可以通过更优秀的材料和来减弱，比如

用电阻效果更好的材料来替代二氧化硅。这一点就和节能灯由于具有更高的电能向光能的转换效率而

比传统的白炽灯节能的同时发热小很多是一个道理。

知道了CPU的发热机理之后，下一步怎么才能监控CPU的温度并进行保护呢？

● CPU温度的检测

尽管现在有很多对CPU温度时行监测的软件，但是我们首先需要知道的是对CPU温度监测的硬

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件设施。

早期的CPU，无论是Intel还是AMD，内部都没有温度监控功能，大多数情况下，是主板CPU

插座内的一个热敏电阻来监视CPU温度，温度读数是由监控芯片根据温敏电阻的阻值变化计算得出。

热敏电阻是接触式测温元件，如果热敏电阻与微处理器接触不够紧密，微处理器的热量不能有效地传

送到，所测量温度会有很大误差。同时，微处理器的核心发出热量由芯片封装向外部散热，微处理器

的表面温度和核心温度之间约有15度～30度的温差，结果因芯片封装形式不同，以及环境温度的不

同，而让真实的CPU温度难以确定。

早期的监控设施在主板上

随后，为了解决这个弊端，采用了内部核心检控的手段来获得真实的CPU核心温度。在CPU

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内核里面加入了一个专门用于监测CPU温度的热敏二极管，同时在主板上搭配与热敏二极管配套的监

控电路，这个热敏二极管的正负两极作为CPU两个针脚直接来通过主板CPU插座和主板的温度监控

电路相连。

在整个监控过程中，当CPU工作时，热敏二极管就将感应到的数据变化传输给主板的温控电路，

由主板根据所接收到的数据计算出CPU的内核温度，如果计算出来的温度高于预设温度警戒线时，系

统就会自动在瞬间切断CPU核心电压，使CPU停止工作并让系统挂起，从而保护CPU不被烧毁。但

此类内部测温、外部控制的技术存在一个弊端，即在CPU温度过高时直接关闭电脑，这就会导成数据

因为未能及时保存而丢失。

为弥补了第一代内部温度监控技术的不足，产生了第二代内部温度监控技术—热量控制电路，第

二代内部温度监控技术与第一代相比，在保留第一代的温控装置的基础上多了第二套热敏温控装置。

第二套装置中的热敏二极放置在CPU内核温度最高的部位，贴近ALU单元，如果CPU最热的地方超

过一定值，第二套热量温控装置会发送一个PROCHOT#信号使热量控制电路系统开始工作，通过减

小CPU的倍频来降低CPU的负载进而达到降温的作用，第二套装置起到实时调节作用。其实第二套

装置就是我们常见的ACPI装置。

第二套温控监控调节装置

如果增加的第二套装置不起作用，或者CPU温度过高不是由CPU发热导致而是由散热设置导致

的，温度就会继续上升直到达到第一套热敏装置的临界值时，第一套装置就会会切断CPU电路。这样

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就可以相对智能的调节CPU温度和CPU负载之间的关系，进而实现系统的稳定性和CPU的安全性。

其实我们可以发现，当CPU温度过高时，由于第二套装置的作用会降低CPU的性能，这一点在

超频玩家那里也很常见，尤其是P4时代的CPU超频之后由于发热的增加，CPU的性能不仅没有上升

反而下降就是第二套装置在检测到温度过高时降低了CPU的性能。

知道发CPU发热和监控的原理之后，作为用户我们从哪儿得知CPU的温度并且进行设置呢？请

看下页。

CPU温度的监控有两大类办法，其一是开机后通过软件来动态的监控，软件会从主板上的芯片读

出热敏二级管的读数。

everest传感器截图

这种监控可以得到CPU温度和系其它相关部件的运行状态，并且所有数据都是实时数据，可以对

系列的性能、功耗、发热之间进行追踪判定。（下载链接：EVEREST Ultimate Edition 5.50.2194 汉

化版）

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主板上的传感器 ITE IT8718F

第二种办法是在BIOS中监测，由于在BIOS系统中CPU几乎没有什么负载，所以得到的温度也

是最低温度，这个温度反映了在当前环境条件下CPU的发热和系统的散热能力，具有很高的参考价值。

具体方法是在开机的时候根据提示按下“Del”或其它的提示按键进入BIOS。我们以AMI的

BIOS为例，在BIOS主界面中可以找到一个叫“Hardware Monitor”或“PC Health”的选项，还

有一种是设置为“Power——Hardware Monitor”。

BIOS---Power

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Power——Hardware Monitor

同时有的BIOS也提供了“CPU Warning Temperature”和“Shutdown Temperature”对

CPU保护，大家可以通过BIOS来设置断电温度来达到保护CPU的目地。

BOIS中对CPU温度及风扇转速的设置部分

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我们一般建议将CPU的断电温度设置在75度左右（大部分主板默认的温度是95度）所以大家

完全不用担心CPU过热会烧掉的现象，在现有的保护体系里可以很好的保护CPU的安全。

通过前面的理论介绍，最终还得回到实践上来，虽然可以通过监控电路和对应的BIOS设置来保

护CPU不受损，但是CPU过热引起系列频繁死机也很难受，这个怎么解决？

这个时候就需要先进入到BIOS查看CPU空载时的温度，如果空载温度都过高（正常为50度

以内），那么往往是CPU的散热系统出了问题，CPU的散热系统出的问题有以下几种：

1，散热器散热效率不够

我们在风扇（散热器）的选择上，应该保证能让CPU的热量快速的散出，不发生积温，原装

的散热器一般可以保证正常运行下的稳定，但如果是超频或者长时间运行在高负荷状态下，建议购买

散热效率更好的散热器。

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搭配一款合适的散热器很重要

通常市面上销售的散热器并没有标出我们所需要知道的散热效率，只是标出了支持的CPU类

型、风扇转速和噪音之类的参数，这样就导致在选择的时候也没有一个严格的标准可以参考。不过一

般做工和散热方式先进的散热器效果会好一些，比如热管散热的效率比铜 散热片好一些，而铜散热片

又比铝质散热片好一些。

另外值得一提的是，如果买的是原盒CPU，则所搭配的散热器质量还可以，但如果买到了假

盒装（俗称深盒或者国包）则是质量非常差的散热器。

二，散热片和风扇上灰尘太多影响散热效率

定期清理灰尘

散热片和风扇上灰尘会形成一个热量保护层，极大的影响了流动空气对热量的吸收，大量的

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积热会聚积在灰尘形成的微环境里，使CPU的温度不能有效快速的散发。最好能养成定期拆开机箱清

理灰尘的习惯。

三，风扇老化或者转数不够

风扇老化也会导致风扇的风量降低，无法及时将热量带走。风扇老化很容易检测，用耳朵听就

够了，如果噪音很大，刚说明风扇已经老化了，噪音是由于转动时阻力太大，转速不均匀导致的，过

大的风扇在制造噪音污染的同时，散热能力也大大的减弱。造成这个的原因肯定是轴承里润滑酯老化

或者灰尘进去影响了风扇电机的工作效率，严重的甚至会烧掉主板上给风扇供电的芯片。这个时候最

简单的办法是直接更换新的风扇，如果动手能力强，更换高品质的润滑酯效果会更好。

四，导热硅脂变干，老化或者涂抹太厚

由于CPU和散热器之间并不是无缝连接，它们之间会存在小的空隙，这些小空隙之内的空气对

热的传导效率很低，这时候就需要用导热硅酯来填补这些空隙以提高散热效率。而老化变干的硅脂里

面导热的颗粒会聚积，这时就无法正常的散热了。

涂抹硅酯也要注意不能涂的太厚，因为硅酯的导热性能并不高，只是比CPU和散热片之间的空

气要好，所以原则上要涂的尽量的薄。同时涂硅酯也有一定的方法，不能产生气泡。参考一下厂家推

荐的涂抹方法：

厂家推荐的涂抹方法

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五，机箱风道不畅通，机箱内部热气不能时排出至机箱外

机箱内设备在工作时散发出大量的热量，加热了几箱内的空气，机箱通过风道排出热空气，吸入

冷空气的过程，使得发热设备得到了冷却。风道的作用之于机箱的整体散热，如果风道不畅通就会产

生局部过热的现象。如果风道不畅，建议根据机箱的设计来重新的布线，调整设备的位置和加装正/

负压风扇来优化。

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本文标签： 温度散热热量风扇