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超频，你真的懂吗？

作者：佚名文章来源：本站原创点击数：更新时间：2004-8-23 15:50:58

超频，可以说是一个永恒的DIY热点话题，不少的硬件发烧友都乐此不疲，而且在各类计算机硬件类杂志中，有关超频的文章从来都是最受欢迎的。不少人都是通过这些文章了解到什么叫CPU的倍频和外频、什么叫加电压，什么叫“电子（热）迁移”等比较专业的问题，并且由热衷于超频而修炼成了硬件老鸟。不过话又说回来，在这类鼓吹超频的文章中，有不少的观点都是错误的，并且流毒所至，影响颇深，由此导致不少发烧友的CPU惨遭烧毁，后悔莫及！雅鼠本人对于超频一向是持坚决不赞成态度的，每当看到报刊上长篇大论鼓励超频的文章后总是一笑置之，对此抱着一种漠然视之的态度；不过近来发现介绍超频的文章越写越邪乎，不少的作者都是抱着一种不负责的态度，鼓吹超频，因此我觉得有必要写一篇文章，希望能以此来澄清不少朋友对超频的错误认识。
1. 你了解“电子（热）迁移”现象吗？
　　老实说，对于“电子（热）迁移”我实在不想多说，因为我觉得我们的不少读者都受过高等教育，至少应该懂得什么叫做学习，尤其是什么叫做自学！如果你不懂得“电子（热）迁移”这个名词的话，完全可以去书店或图书馆，随便找一本电子技术名词词典就可以解决！我之所以劝各位这么做而不是去看鼓吹超频类文章对此的解释，是因为这类文章在介绍“电子（热）迁移”时都是相互辗转传抄的，口气几乎如出一辙，甚至可以说是一字不差，嗯，还挺忠实于原作的嘛！所谓的“电子（热）迁移”，实际上是一个微电子学名词，指的是微电路中由于电子的流动（主要是电子的定向移动或者说是电流）而导致的金属原子移动的现象，这一现象最早发现于本世纪六十年代初。大家都知道，在CPU的内部集成电路中有非常复杂的金属导线，电子的运动会给金属原子带来一定的动量，这个动量很容易使金属原子脱离金属导线表面而变成四处流窜的“盲流”，最后在某个地方堆积下来，如此一来，在金属导线的表面就会出现凹凸不平的现象；如果金属原子渗入到半导体材料中的话，就会破坏其固有的属性，由此所造成的损害通常是缓慢但不可逆转的，它最终会导致电路发生短路的现象，CPU也就一命归西了。电子（热）迁移现象的发生主要取决于电路中是否存在着定向的电子流动（也就是电流），这是决定性的因素，其他条件像电流的强度、温度等都会影响到电子（热）迁移现象的程度。这也就是说，只要电路中存在着电流，就一定会发生电子（热）迁移现象，而不管这时的电流是强是弱、温度是高是低！而且我要提醒各位，电子（热）迁移现象中的“热”字，并不是我们所想象的温度多高多高才算的“热”，而是专指的是电子的热运动！当然，如果电路中的电流十分微弱的话，或者温度极低的话（比如说达到液氮的温度），电子（热）迁移现象则完全可以忽略不计；要是电流的强度渐次加强的话，电子（热）迁移现象也会渐次明显，二者之间成正比的关系；不过，如果温度渐次升高的话，电子（热）迁移现象的增强会呈几何级数激增，因此在高温的情况下，电路中的电子（热）迁移现象会尤其明显，而不是像不少文章所说的那样，只要把CPU表面的温度控制在xx度以下，就不会有电子（热）迁移现象的发生！实际上，即使我们把CPU的表面温度控制在40度左右，CPU的内部温度也有几百度之高！不过大家尽管放心，无论是制造CPU的半导体材料（主要是硅）还是金属导线（主要是铝）都可以耐受这么高的温度，电子迁移现象发生的程度也不足以达到很快就毁掉CPU的程度；当然，这里有一个前提条件，就是你没有超频使用你的CPU！因为如果你超频使用CPU的话，电路中的电流密度会成倍增强，从而加重电子（热）迁移现象发生的程度！
2. 为什么在超频使用CPU时，CPU电路中的电流密度会成倍增强？
　　这个问题其实很容易回答，因为任何一种耗电设备或称负载（这在电路中会被抽象成电阻元件）在工作时都会消耗电能并发出功率，如果想让负载发出更大的功率，势必要耗费更多的电能；我们都知道，功率等于电压与电流之乘积，如果让负载发出更大的功率而保持电路的电压不变的话，流经负载的电流就会增强。我们在超频使用CPU时，实际上也就等于加大了CPU所发出的功率，因为不同工作主频（等价于额定功率）的CPU在工作时所消耗的电量是不同的，例如Katmai核心的奔腾III 550的耗电量是28W，奔腾III 600的耗电量则是34.5W，假定这两颗CPU的核心工作电压都是2.0V的话，奔腾III 600 CPU电路中的电流密度就比奔腾III 550 CPU电路中的电流密度大得多，因此在正常使用的情况下，奔腾III 600内部电路所产生的电子（热）迁移现象就比奔腾III 550显著得多！换言之，除非Intel专门为奔腾III 600做过专门的优化，否则奔腾III 600的使用寿命就比奔腾III 550短得多！如果我们有幸得到了一颗未锁倍频的奔腾III 550 CPU并让它工作在600MHz的频率之下，那么它所消耗的电量（所发出的热量）就会和奔腾III 600一样，因此其内部线路中所产生的电子（热）迁移现象也会和奔腾III 600一样显著！这才是超频会缩短CPU使用寿命的根本原因！那么，有人就会问了，Intel给它所生产的奔腾III 550和奔腾III 600原包CPU提供一样的3年质保，那么为什么说奔腾III 600会比奔腾III 550短命呢？这一点其实我在上文中就有过交代：“除非Intel专门为奔腾III 600做过专门的优化”，实际上Intel确实专门为奔腾III 600做了专门的“优化”——或者说是做了手脚：奔腾III 600的核心工作电压不是像奔腾III 450、奔腾III 500、奔腾III 533B、奔腾III 550那样采用2.0V，而是2.05V！不要小看了这提升的0.05V核心电压，它使得奔腾III 600内部的电流强度得到了有效的降低！我们不妨来计算一下奔腾III 550内部电路中通过的电流强度：根据公式P=UI可以得出I=28÷2.0A=14A；奔腾III 600在提升了0.05V核心电压后，内部电路中通过的电流强度I=34.5÷2.05A=16.8A，只比奔腾III 550内部电路中通过的电流强度高出2.8A，因此其使用寿命得到了延长，尽管此时奔腾III 600的功耗（产生的热量）仍没有降低！实际上，如果我们让奔腾III 600也使用2.0V的核心电压工作的话，系统也会正常运行，不过CPU的使用寿命会大为缩短！这么一说，让CPU延长使用寿命的灵丹妙药居然是提升其核心工作电压（当然是在许可的范围内），听起来是不是有些不可思议？所有有关超频的文章不都说提升CPU的核心电压（特别是提升过高时）有可能烧毁CPU吗？好，下面我们就来探讨一下，提升CPU的核心电压究竟会不会烧毁CPU。
3. 提升CPU的核心工作电压真的会烧毁CPU吗？
　　这个问题的答案是：不会！对于CPU（在抽象的电路模型中它就是负载）来说，要想给它确定一个合适的电压、电流和功率值的话，我们就有必要介绍一下“额定值”这个术语。
　　我们知道，各种电气设备的电压、电流及功率等都有一个额定值，CPU也不例外；例如，我们说一盏电灯的电压是220V，功率是60W，这其实就是它的额定值。额定值是电气设备的制造厂商为了使产品能在给定的工作条件下正常运行而规定的正常容许值。大多数的电气设备的寿命与其所使用的绝缘材料的耐热性能及绝缘强度有关，CPU也不例外。当电流超过额定值过多时，会产生过多的热量，再加上过强的电子（热）迁移现象，电路很容易发生短路而导致电气设备烧毁；当所加电压超过额定值过多时，绝缘材料就有可能会被击穿，电气设备也就报废了。通过上面的介绍我们就会明白下面的一点：
——过强的电压会“击穿”CPU，而过强的电流（再加上由其所带来的电子迁移现象）才会“烧毁”CPU！
为什么不少人都会认为加电压会烧毁CPU呢？这是因为我们在超频CPU时，为了能让其在超频后稳定工作，大都要给CPU加上一些电压（电压提高会使电信号变强，有利于CPU的稳定工作），而CPU在额定工作频率之上工作时必然会产生更高的功率，因此温度会升高，这就使得不明就里的人很容易把加电压和CPU温度的升高联系起来，从而得出错误的结论。明白了上面的一点，我们再来回答下面的问题就容易多了。
4. 为什么我的极品赛扬300A（不加电压稳超450）会在几个星期内烧毁，而别人的赛扬300A（加了0.1V的核心电压后稳超450）却一直生存到现在？
　　这个问题其实就发生在我的身上。在1998年的时候，我还是一个不折不扣的超频狂人，当时神州大地所流行的，就是大名鼎鼎的赛扬300A！当时的赛扬300A采用的是清一色的SEPP封装形式、Slot 1接口，其中超频性能最好的要数盒装编号为SL32A和散装的SL2WM了，我在这个时候买了两颗SL32A，其中一颗加上0.1V电压可以稳超504，不加电压可以稳超450，另一颗则差一点，要加0.1V才能稳超450，超504那是根本休想了。我留下稳超504的一颗自己超到450来用，另一颗就给朋友装机用上了——当然是加了0.1V电压超到450来用了！当时的奔腾II 450可要3800大元呐！还不容易买到真货，我们都有一种吃到天上掉下来的馅饼的感觉，一个字：“爽！”可是好景不长，没过几个星期我的CPU就驾鹤西归了——我可是没有加电压呀！并且这颗CPU的散热绝对良好，表面温度始终不超过40度，而我朋友的赛扬300A则一直好好地工作在450MHz下，直到最近升级为奔腾III 550后才卖到二手市场，这是怎么回事？其实这个问题很好回答，因为我们让一颗额定工作频率为300MHz的CPU工作在450MHz之下，这时它所发出的功率就提升了很多，而我所使用的还是2.0V的核心工作电压，因此流经CPU电路的电流强度成倍递增，由此所产生的电子（热）迁移现象极为明显，最终导致电路短路、CPU烧毁！而朋友的那颗CPU在加了电压后有效地降低了流经CPU内部电路电流的强度，因此反而长寿，真是“无心插柳柳成荫”！
5. 为什么雅鼠只是“坚决不赞成”超频而不是“坚决反对”超频呢？
　　这个问题问得好！雅鼠之所以不反对超频，是因为尽管超频会缩短CPU的使用寿命，但如果CPU的品质较好，而且超频的方法得当的话，对CPU寿命的影响不算太大（比如说CPU 10年的使用寿命会缩短到3年），不过现在CPU更新换代的速度实在是太快了，我们有谁会守着一台电脑做到连用3年不升级呢？此外还有更主要的原因，就是Intel所生产的CPU有不少都具有极强的可超性，并且就连一向反对超频的Intel都在以身作则，自己超频呢！那颗奔腾III 600（还有奔腾III 600B，使用133MHz外频，同样采用0.25微米工艺制造，512KB半速L2 Cache，不过比较少见）不是提升了0.05V的核心电压吗？这和我们所采用的超频手法有什么区别呢？此外，奔腾III 933、奔腾III 1GHz处理器的核心电压不也提升了0.05V吗？至于全面回收的奔腾III 1.13GHz则更是超频超上去的，不仅核心电压提升到了1.75V，而且它的表现和一颗超频不成功的处理器如出一辙！如果我们把它的外频降到100MHz时（这时就变成了奔腾III 850），表现就一切正常了！值得一提的还有三种步进的FC-PGA封装的奔腾III，CA2版本的核心工作电压是1.6V，CB0版本的核心工作电压是1.65V，最新的 CC0版本的核心工作电压则是1.7V！这也从一个侧面反映出，Coppermine核心奔腾III的核心工作电压颗调整范围还不小，这可是超频时十分有利的条件呀！至于Intel所生产的CPU有不少都具有极强的可超性这一点，我也可以举出例子来，就说Katmai核心的奔腾III吧，它的L2 Cache与CPU的核心是分离的，奔腾III 450的标准L2 Cache应该是4.4纳秒的，奔腾III 500的标准L2 Cache应该是4纳秒的，奔腾III 533B、奔腾III 550的标准L2 Cache应该是3.6纳秒的，而奔腾III 600和奔腾III 600B的标准L2 Cache应该是3.3纳秒的，由于这些CPU的核心是一样的，并且它们的制造工艺也是一样的，因此它们的可超范围主要取决于L2 Cache的速度。由于L2 Cache供货方面的原因，Intel经常将速度快的L2 Cache用在低主频的奔腾III上（但决不会把速度慢的L2 Cache用在高主频的奔腾III上），比如说有相当一部分奔腾III 450所使用的L2 Cache是4纳秒甚至是3.6纳秒的，后者很容易就可以超到600MHz！类似的例子还有更早的奔腾II 266（编号为SL2W7）、奔腾II 300（编号为SL2W8或SL2YK）以及今年第一季度所生产的奔腾II 450（编号为SL358，用的居然是3.6纳秒的L2 Cache！好恐怖）。
　　既然是这样，为什么雅鼠不赞成超频呢？要回答这个问题，还是让我先来讲一个流传很广的谬论吧（这个谬论是不少赞成超频的人都经常互相借鉴并引用的）！这个谬论是这样说的：Intel在生产CPU时，比如说是在生产奔腾III 600时吧，生产出来的CPU内核要经过严格的质量检测，能在600MHz下稳定工作且发热量不算太大的就标注为奔腾III 600来出售，不符合这一标准的内核再在550MHz下进行测试，能稳定工作且发热量不算太大的就标注为奔腾III 550来出售，不符合这一标准的内核再在500MHz下进行测试……以此类推，如果不能作为奔腾III 450出售的内核最终将会作为废品而淘汰。这一谬论的言下之意，就是说同一系列的CPU都是在一条生产线上下来的，因此都具有在该系列最高标称主频下工作的潜力，不过是不稳定（可以适当地加电压）或发热量过大（可以加强散热）而已，因此超频只不过是让这些CPU“还原”成原来的工作主频，实在是有百利而无一害。事实真的是这样吗？我们暂且不必讨论这几种奔腾III在L2 Cache速度上存在的巨大差异，只是这样来设想：如果Intel真是采用这种方法来生产CPU的话，我们很容易就能得出一个结论——只要Intel一直在生产奔腾III 600，就应该一直不断地推出新的奔腾III 550、奔腾III 500和奔腾III 450！实际上，Katmai核心的奔腾III（也就是采用0.25微米生产工艺的老奔腾III）现在只有奔腾III 600还在生产（为了与AMD的钻龙抗衡，Intel还将追加生产50万颗奔腾III 600），至于奔腾III 550，在一个季度以前就停产了，奔腾III 500停产的时间更早，要说奔腾III 450嘛，停产恐怕快一年了吧？那么，不能在600MHz频率下工作的内核岂不是都要当废品来处理了吗，Intel不会那么浪费吧？因此我们可以说，这样的说法是毫无根据的！实际上，对于Intel这样对其产品品质控制极为严格的芯片业第一号巨人来说，他们用来生产CPU核心的硅晶圆品质都是一流的，尽管硅晶圆圆柱上靠近外缘的部分所含杂质略多一些，但远不至于会达到生产出废品的地步；中心部分的硅晶圆由于纯度极高，因此可以进行极限化处理（例如对于P6架构来说，0.25微米工艺生产的CPU的工作极限在600MHz左右，但要是Intel愿意的话，他们完全可以用优质硅晶圆生产主频为650MHz甚至700MHz的奔腾III，这就是极限化），因此只要是合格的硅晶圆圆柱，所生产的CPU在品质上都有保证，如果在制造过程中（例如在光刻蚀CPU内部电路中）发生误差，那么对不起，这块内核肯定是废品，用都不能用，根本就不存在降频制造的问题！明白了这个问题，接下来我就说一说为什么我不赞成超频。首先，Intel用来生产不同主频CPU所采用的硅晶圆品质是不一样的，这也正是Intel要渐次发布奔腾III 450/500、奔腾III 550和奔腾III 600而不是同时发布的技术原因；正因为如此，一颗标称主频为450MHz的奔腾III并不具备在600MHz下工作的应有品质；尽管出于市场需要的考虑，Intel有可能会用原本是用来生产奔腾III 550的硅晶圆来生产奔腾III 450（包括使用更快的L2 Cache），但这只是临时的应急措施，因此这样的极品CPU极为少见，我们又不具备Intel那样先进的检测条件去把它们检测出来，所以这时奢谈超频就是在冒险；其次，适度超频虽说对CPU寿命的影响不太大，但我们很难把握好这个“度”。实际上，就算我们得到了一颗使用3.6纳秒L2 Cache的极品奔腾III 450，并且已经把它超到了600MHz，但它和真正的奔腾III 600是不同的：奔腾III 600的PCB板上所用的贴片元件绝对比奔腾III 450上用的要好得多，而且在线路设计上也做了专门的优化，使其能更稳定地运行在600MHz频率下，而且奔腾III 600的L2 Cache最低也是3.3纳秒的（后期的奔腾III 600更使用了3纳秒的L2 Cache），而3.6纳秒的L2 Cache的标准工作频率是275MHz，让它工作在300MHz频率下已经达到了极限值；第三，CPU的工作主频（包括L2 Cache的工作频率）若超过了其标称频率而运行在极限频率下，所造成的损害程度会激增，这时CPU的使用寿命绝不是从10年缩短到3年，而是1年甚至更短！我们不妨举个例子：有一座桥梁可以承受的重量极限为4吨，这4吨是它的标称极限，在此重量之下，桥梁的形变会很轻微，因此可以用上10年；如果在这座桥上通过了一辆4.5吨重的卡车——相信我，只要不是豆腐渣工程，桥决不会塌，但很有可能严重变形；如果长期这样，桥的寿命决不会长久！CPU也一样，它的内部线路极为精细娇贵，如果长期工作在极限频率下，CPU随时都会坏掉！此外，我认为把赛扬300A超到450时所带来的性能提升绝对比不上把64MB内存扩充到128MB内存时所带来的性能提升明显；同样，一个能让奔腾III 450运行起来慢得像蜗牛爬的软件在奔腾III 600上运行也决不会快！因此，我认为超频除了危险之外，并没有什么实际意义。
6. 结语——给超频发烧友的忠告
　　a. CPU都具有可超性，而且适度超频并不会对CPU的寿命造成太大的影响，但我们很难把握好超频的“度”，因此雅鼠坚决不赞成超频！得不偿失的事最好不做，须知天上绝对不会掉馅饼（倒是经常掉鸟粪）。
　　B. “电子（热）迁移”现象并不是在CPU的表面温度升高到一定程度才发生，只要其内部存在电流就可以发生。
　　C. 超频后的CPU发热量必然会增大，这与给它加不加电压毫无关系。
　　D. 过强的电压会击穿CPU，过强的电流（包括由其引发的电子迁移现象）会烧毁CPU。
　　E. 如果一定要超频的话，那么为了使超频后的CPU能稳定工作并且寿命尽可能延长，请给CPU加上适当的电压以减轻过强的电流对CPU内部电路所造成的损害，电压的增加可以比照Intel的做法（例如奔腾III 450超600MHz加0.05V或0.1V，赛扬533A超800加0.15V或0.2V，奔腾III 850超1133加0.1V）。
F. 要用自己的大脑思考问题，养成独立思考解决问题的良好习惯，不要轻信别人的宣传鼓动。

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