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谈超频对CPU的伤害

现在,超频已经成为一种潮流,很多人买机器一定会想到超频。但有些人并不鼓励超频,其原因在於超频會降低 CPU 寿命或造成系统不稳定,然而这样的回答必定无法满足许多人求知的欲望,以下是做更深入的分析。 

我想超频的好处,不用说大家都知道,就是「省钱」。现在的赛扬300A 跟 PII450 差价约 2XXX 元, 我知道赛扬的超频性能是很好的,虽然不是100%成功的。不过现在的商家一般都有卖包超450的赛扬00A,价格这贵那么几十元。而450MHZ的赛扬Mendocino的性能和同频PII相当。也就是说买赛扬300A 超到450马上赚2XXX元。

有部份的人并不鼓励超频,因为超频會使系统不太稳定。 在超频的情况下,系统当机或发生错误的机率會增加,这的确是不争的事实, 但这只是机率增加而已。我要说的是,一个超频的系统,我们还是可以把它搞得很稳定(如加压,开启L2和RAM的ECC等)。另一个人们不鼓励超频的原因是,超频所产生的高温會使 CPU 减低寿命,这是下面所要讨论的重点。 

根據电子学理论,频率提高(如果稳定)对於元件寿命并不會有影响, 但是频率变高後,却會产生较高热量,例如,如果P133是12W的话, P200=12*(1+(200-133)/133)=18W,多出这六瓦在这一颗小小CPU里, 如散热不好将會产生极高温度,温度对半导体却是一大杀手,因为半导体 对温度是一个正回授的感应,所以如果你超频的话,一定要加强机箱内的空气流通,以及CPU风扇的加强,保证等到下一世代CPU来临时, 你的超频CPU还是不會坏! (注:Si这材料本身就是一个很稳定的物质) 为了了解这个问题,我们必须先了解「超频」对 CPU 所造成的伤害。 为什麼「超频」會对 CPU 造成伤害? 

其实原因很简单,就是热(heat)。 超频會产生大量的热,使 CPU 温度升高,而引发「电子迁移」现象。 而为了超频,我们通常都要增加电压使讯号更清晰,如此一来,产生的热又更多了。 然而我们必须明白的是,并不是热直接伤害 CPU,而是热所导致的「电子迁移现象(electromigration)」 在毁损 CPU 内部的晶片。 

很多人说他的 CPU 超到烧掉,其实严格来说, 应该是高热所导致的电子迁移现象所引发的结果。 

Tom's Hardware 指出,为了防止电子迁移现象的发生, 我们必须把 CPU 的表面温度控制在摄氏 50 度以下, 这样 CPU 的内部温度就比较可以维持在 80 度以下,於是电子迁移现象就不會发生。 电子迁移现象并非立刻就毁损你的晶片,他是一种慢性的过程,或多或少的降低你 CPU 的寿命,假如你让你的 CPU 持续在非常高的温度底下工作。 

「电子迁移」属於微电子科学的领域, 在 1960 年代初期才被广泛了解,是指电子的流动所导致的金属原子移动的现象。 (electro-电子的,migration-迁徙或移动,此处翻成电子迁移,也有人翻成离子迁移或金属迁移,不管怎样,了解意义最重要)。

在电流密度很高的导体上,最典型的就是 IC (积体电路) 内部的金属导线(metal line), 电子的流动會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,到期最後就會造成整个电流短路(short),整个 CPU 就宣告报销了。 

「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,形成坑瑌或土丘。另外一个因子就是温度,高温有助於「电子迁移」的发生,这就是为什麼我们要 把 CPU 的温度维持在 50 度以下(手摸起来温温的)。至於温度是如何影响「电子迁移」,有兴趣的朋友可以自己去研究研究。 

由以上的分析,我们了解超频會对 CPU 造成伤害的原因在於高热所引发的电子迁移现象,所以只要我们做好散热,超频甚至一点危险也没有。 

我并不是电子科出身的,以上的内容都是参考网络上的资料整理而得,所以或许會有一些错误,所以还望此领域的前辈或高手多多指教。 

 

 

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