引言：迄今为止还没有一种CPU散热系统能保证永不失效。失去了散热系统保护伞的“芯”，往往会在几秒钟内永远停止“跳动”。值得庆幸的是，聪明的工程师们早已开发出有效的处理器温度监控、保护技术。以特殊而敏锐的“嗅觉”随时监测CPU的温度变化，并提供必要的保护措施，使CPU免受高温下的灭顶之灾。在我们看来，探索这项技术如同开始一段神秘而有趣的旅程，何不与我们同行？
微处理器功耗和温度随运行速度的加快而不断增大，现已成为一个不折不扣的“烫手山芋”。如何使处理器安全运行，提高系统的可靠性，防止因过热而产生的死机、蓝屏、反复重启动甚至处理器烧毁，不仅是处理器所面临的困境，也是留给主板设计者的一个重要课题。为此，Intel率先提出了温度监控器（Thermal Monitor，以下简称TM）的概念，通过对处理器进行温度控制和过热保护，使稳定性和安全性大大增加。
但是，由于电脑爱好者和普通用户对处理器温度监控系统了解不多，而且介绍这方面知识的中文资料也难以获得，遇到相关问题时会感到不知所措，所以有必要将处理器温度监控技术系统地介绍给大家。
一、温度测量：从表面深入到核心
建立微处理器温度监控系统，首先要选择一种合适的温度测量器件。能够测量温度的器件有很多种，如热敏电阻、热电偶和半导体温度传感器等。电脑中最早使用热敏电阻作为测温元件，微处理器插座下竖立的球状或带状的小元件，就是热敏电阻（如图1）。
图1 注∶处理器插槽下的热敏电阻
热敏电阻（Thermal Resistor ，简称Thermistor）体积小、价格低，使用方便，但用于检测微处理器温度时存在着先天不足：
1.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。有些主板上采用SMD贴片热敏电阻去测量微处理器温度，其测量误差比直立式热敏电阻误差更大，因为这种贴片元件很难紧密接触到微处理器。
2.微处理器的核心（die）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℃～30℃的温差，同时因芯片封装形式不同，及环境温度的不同而难以确定。至今还没有一种技术能够把热敏电阻埋进芯片内部去，导致现在热敏电阻只能测量微处理器的表面温度，而无法测量核心温度。
总之，热敏电阻不仅测量精度难以保证，更重要的是无法检测到热源的真实温度。
由于热敏电阻先天不足带来了一个十分严重的问题∶表面温度不能及时反映微处理器核心温度变化，用专业术语说就是存在一个时间滞后的问题。因为核心温度变化之后要经过一段时间才能传送到微处理器表面。图2反映了采用核心测温方式下保护电路起作用的情况，当核心温度达到微处理器极限温度T2时，控制电路及时切断微处理器的供电，否则只需几秒钟时间便会到达烧毁温度T3。相比之下，表面温度反应十分迟钝，其升温速度远不及核心温度，当核心温度发生急剧变化时，表面温度只有“小幅上扬”。Pentium 4和Athlon XP等最新的微处理器，其核心温度变化速度达30～50℃/s，核心温度的变化速度越快，测量温度的延迟误差也越大。在这种背景之下，如果再以表面温度作为控制目标，保护电路尚未做出反应，微处理器可能已经命归黄泉了。
图2 注∶表面温度的时间滞后特性
为了解决热敏电阻无法测量微处理器核心真实温度的问题，Intel在Pentium Ⅱ和Celeron处理器中植入了热敏二极管（Thermal Diode，或简称作Thermodiode）直接测量处理器核心温度，开创了半导体测温技术的先河。此后的Pentium Ⅲ和Pentium 4芯片中都植入了热敏二极管，AMD在Athlon和Duron处理器中也植入了热敏二极管。现在许多主板都在监控芯片内设置有热敏二极管，用于检测芯片所在位置的环境温度。
- 小知识∶如何知道BIOS或测试软件显示的微处理器温度是表面温度还是核心温度？
就目前来看，无论使用Intel还是AMD的微处理器，已很少使用热敏电阻测量微处理器表面温度了，所以BIOS与检测软件所显示的微处理器温度都是指微处理器的核心温度。而在Pentium Ⅱ以前，微处理器温度通常是指表面温度；Pentium Ⅱ及以后的微处理器内都集成有热敏二极管，所测量温度就是核心温度。不过，在过渡期内许多主板上仍在微处理器插座下面保留了热敏电阻，这样就同时能检测到两个不同的微处理器温度值，通常BIOS中显示的是微处理器的外部温度，而检测软件所测试的是核心温度。
热敏二极管又叫热敏PN结（Thermal PN junction），基于硅基PN结正向电压和温度的关系，其测温范围在-55℃～+150℃之间。与热敏电阻一样，热敏二极管属于变阻器件，其等效电阻值是由其工作温度所决定。
二、温度监控：从单纯显示到温度监控
在热敏电阻为主要测温手段时期，测得的微处理器表面温度经放大器将微弱信号放大后经A/D转换，将模拟信号转换成数字信号后再通过数据线发送给BIOS芯片（如图3），数据进入BIOS芯片后，BIOS或监控软件就能在屏幕上显示了。
图3 注∶温度信号处理电路
温度显示系统是一种被动的体系，无法对温度进行调节。一旦测得微处理器温度超出设定温度，电脑可以发出声光报警，以提醒电脑用户进行人为干预。这种系统用于目前发热量大的微处理器基本上没有安全可言。如果散热系统发生问题后，没等用户反应过来，微处理器就已经烧毁了。因此，Intel提出了温度监控的概念，让系统具有自我调控能力，一旦微处理器温度超出所设定的极限温度，系统将通过降低供电电压、降低芯片工作频率和加强冷却等手段进行主动降温，甚至自动关机，以确保微处理器安全。
温度监控技术有两个鲜明的特点∶
- 一是微处理器内置热敏二极管直接测量核心温度。
- 二是主板上设置监控芯片（如图4）。
Intel首先在Pentium Ⅱ及Celeron微处理器中植入热敏二极管，并公开了具有温度监控技术的主板设计指南，这一举措得到主板制造商的积极响应，各具特色的所谓的“智能主板”如雨后春笋，一时精彩纷呈。一些有实力的主板制造商还自行开发监控芯片（如MSI的CoreCell等），温度监控技术在短短几年内便有了很大进步，不断完善温度监控功能。
图4 注∶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
