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解析:为何CPU可以超频使用

最近无论是AMD的Athlon XP,还是Intel的P4都拥有超频能力很强的产品,在市场上也着实火爆了一次。为什么同一型号的CPU却具有不同的超频性能呢?为什么具有优异超频性能的CPU都在比较低频率的产品中呢?下面让我们一起去了解一下。

  CPU型号的由来

  首先让我们了解一下CPU型号的由来,我们所见到的CPU都是按照主频(Intel 奔腾系列,AMD的毒龙系列)或者PR值(AMD的Athlon XP系列)来确定型号的,那么这些型号是怎么来的呢?

  每块CPU芯片都是从晶圆中切割出来的。大家可能认为整个晶圆所切割的芯片都具有相同的速度,相同的品质。而由于生产工艺以及原料的关系,实际上同一块晶圆中制造出来CPU的速度是不相同的。晶圆上的电路要利用紫外线刻录技术印上。由于紫外线的折射,在晶圆的中间部分刻录的比较清楚,而外围的刻录就会差一点,因此由中间的晶圆制成的CPU就可以工作在更高的频率下,而外围的则相对较低。目前所看到的型号,都是生产商在后期测试中确认的的。Intel的奔腾系列,AMD的毒龙,直接使用测试出来的频率作为型号,AMD的Athlon XP系列就通过一定公式转换成PR值作为型号。

  CPU超频幅度之迷

  了解了CPU的大致生产过程和型号的由来,我们就可以知道,其实CPU盒上所写的速度只代表它能在该频率或者PR值下稳定的工作。由于厂家要保障产品质量,所以这个速度并非是其极限频率,往往是比极限频率低上很多。这样CPU就必然具有一定的超频性能,而随着生产工艺的不断改良和成熟更会令超频幅度大大增加。

  除此之外还有一个重要的原因,那就是市场的需求因素。很多人不明白为什么现在市场上有那么多的XP 1700+或者1800+竟然是从2800+或者更高频率降频得到的,其实这正是因为市场的因素在起作用。当某些低频型号的需求很大而短缺,而高频的型号因价格等原因却销量不济,厂商就会把晶圆素质好的CPU降低型号出售(毕竟生产成本差不多),从而这些CPU就具有了优异的超频性能。所以就算具有同一标称速度的CPU,超频幅度都会有很大的分别的,选CPU多数凭运气。

  正因为上面的两个因素存在所以CPU才具有不小超频的性能,不过应该是第二个因素的影响较大。

  超频的后遗症

  这是一个老生常谈的问题,也是一个麻烦的问题,那就是电子迁移(electromigration)的问题。什么是电子迁移现象呢?在电流密度很高的导体上,最典型的就是IC (集成电路)内部的金属导线(metal line),电子的流动会带给上面的金属原子一个动量(momentum),而使得金属原子脱离金属表面四处流窜,结果就导致金属导线表面上形成坑洞(void)或土丘(hillock),造成永久的损害。这是一种慢性的过程,一旦情况越来越严重,到最后就会造成整个电流短路(short),整个CPU就宣告报销了。

  你可以把电子迁移想象是洪水泛滥,造成地面满目疮痍的景象,或是台风过境,建筑物被吹的东倒西歪。我想这样的比喻应该蛮恰当的。

  电子迁移受许多因素影响,其中一个是电流的密度。电流密度越高,电子迁移现象就越显著。从CPU的发展史,我们可以发现,为了把CPU的die size缩小,IC越做越小,线路做的越细越薄。如此,线路上的电流密度就变得很大,所以电子的流动所带给金属原子的动量就变得很显著,金属离子就容易从表面脱离而四处流窜,形成坑洞。另外一个因素就是温度,高温有助于电子迁移的发生。而超频却是既加大电流也增加了温度(功率加大),而电子迁移的直接影响就是会令电路的电阻增加,从而降低CPU的效能。这正是有些网友不明白,为什么刚刚用的时候CPU的超频幅度很大,为什么用了一段时间就超不到那个高度了,其实不是主板的原因,也不是内存的原因,对于我们从某种意义来说最重要的原因就是散热工作做的不好,致使CPU的电路发生了变化,因而大不如前了。

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