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了解 PC 散热问题,CPU 热节流机制的利与弊

CPU

强大的 PC 组件,如 CPU 和 GPU,需要大量电力才能发挥它们的全部潜力。然而,将几百瓦的电力注入 CPU 会产生大量热量,过度发热可能会直接影响 CPU 性能。热节流机制可以防止 CPU 变成一个「小太阳」,但会在一定程度上影响性能。

什么是 CPU 热节流

当计算机运行资源密集型负载,如大型游戏或程序时,会需要更多的电力来跟上这些应用程序所需的性能要求。CPU 消耗的电力越多,产生的热量就会越大。一旦这种热量超过了 PC 或笔记本电脑冷却系统所能承受的范围,CPU 就会开始被节流。

当 CPU 达到临界温度(通常在 90°C 左右)并开始牺牲性能以降低温度时,就会触发 CPU 热节流。超过温度临界点可能会损坏 CPU,此时系统很可能会自动关闭以保护硬件。

Core-i5 9400F

如果您超频 CPU 以提高性能,那么会面临热节流限制的几率也会更高。由于超频会推动 CPU 达到更高的时钟频率,会消耗更多电力并产生更多热量。这意味着会更快达到其热阈值,因此也需要相应地升级冷却方案以避免 CPU 节流。

热节流机制本身是一种保护机制。如果 CPU 散热不足,热节流可能是唯一防止过热损坏的方法。如果使用笔记本电脑,热节流也可以确保 CPU 不会过热,从而影响正常使用。因为笔记本电脑中 CPU 的热量通常会导致键盘和机器底部过热。

台式电脑的 CPU 温度被限制在其 TjMax 温度下,即最大热联接温度,此时 CPU 的内部热控制机制会防止硬件受损。在笔记本电脑 CPU 中,这个 TjMax 值可能因设备型号、制造商和规格而有所差异。

您可以通过使用 Core TempHWMonitor 等免费软件来查查看特定 CPU 的 TjMax 值。

CPU 热节流如何影响性能

热节流的主要目的是将 CPU 冷却到不超过特定温度阈值的程度。这是通过降低 CPU 的核心时钟频率来实现的,以降低功率消耗,最终减少热量的产生。由于限制 CPU 不能再以其最大时钟频率运行,因此也会直接影响系统性能。

由于通常只有较小的功率和更简单的散热方案,便携设备的热节流限制效应尤为明显。然而,无论您使用笔记本电脑还是台式机,CPU 通常会在基础频率和 Turbo 频率之间进行热节流调节。

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热节流所导致的性能损失程度取决于 CPU 的负载、散热解决方案、CPU 的基础架构和增强时钟以及功率消耗等因素。就游戏体验而言,可能会出现突然的 FPS 下降,以及游戏中的随机卡顿和波动。在极端情况下,这还可能导致游戏直接崩溃。

例如,我的 MSI 笔记本电脑搭载了第九代 Core-i5 9300H,当在玩《使命召唤战区2.0》时,CPU 会因热节流而发生性能下降,并以低画质在 30-35 帧率之间运行游戏。这是因为 CPU 时钟频率显著下降,降频至 2.9GHz,而其常规频率为 4.0GHz。这导致了显著的性能损失。

在被热节流限制时,CPU 的功率也显著减少。此时它的功率在 23-30W 之间,而全功率运行时可以高达 50W。

CPU 热节流 vs. 未热节流
CPU 热节流 vs. 未热节流

在此期间,四个核心的温度在 96-97°C 之间,距处理器的 TjMax 只差 3°C。由于 MSI 采取了措施防止笔记本电脑底部变得过热,因此温度不会再上升。

理想情况下,当没有负载时,CPU 应该运行在 50-60°C。被热节流的 i5 9300H 的温度接近 80°C,这为 CPU 在承受负载时保持性能留下的空间不多。

当解决了热节流的问题后,性能提高到了更稳定的 55-60 帧每秒,几乎是热节流时的两倍。

特定的 CPU 负载导致热节流的程度与结果可能会有所不同。热节流会显著影响 CPU 的性能,而 CPU 在接近其温度极限的情况下运行会严重影响使用寿命。

如何查看 CPU 是否节流

检查 CPU 是否热节流其实很简单。对于有经验的用户来说,性能下降就足以表明出现了问题。此外还有风扇加速运转,产生更多噪音。

如果需要确凿验证 CPU 正在热节流,可以使用如 OpenHardwareMonitorHWiNFO 这样的 CPU 监控程序。也可以在使用高负载应用程序(例如 Prime95)或进行压力测试时观察 CPU 温度、功耗和核心速率。

如果 CPU 正在热节流,您将看到温度接近 CPU 的 TjMax 值,同时功率和核心时钟频率会显著降低,且远低于重负载下的预期水平。这是 CPU 正被热节流的一个可靠信号。

如何处理 CPU 热节流问题

CPU 热节流几乎总是散热和冷却不足而引发,解决 CPU 散热问题与降低 GPU 温度的方法大同小异,有几种常见的方法可以解决该问题:

  • 灰尘是计算机的头号敌人。无论您使用笔记本电脑还是台式机,如果风扇通风口被灰尘堵塞,散热系统就无法吸入足够的冷空气来降低 CPU 的温度,从而导致热节流。这也适用于水冷系统。请确保风扇通风口畅通无阻,散热器没有被灰尘堵塞,特别是在笔记本电脑上。
更换热导硅脂
更换热导硅脂
  • 随着时间的推移,CPU 热导硅脂可能会干燥。此时就需要更换热导硅脂,或者更换导热性能更强劲的液态金属。
  • 最简单的方法是降低 CPU 的负载,不在电脑上运行高性能要求的应用程序。但对大多数人而言,这说起来容易做起来难。
  • 还也可以通过对 CPU 降压来降低温度。降压是指降低 CPU 的功耗,同时保持核心和时钟频率不变。这比超频要安全得多,在某些情况下,还可以获得比 CPU 在默认设置下更好的性能。

随着现代 CPU 变得更快、更耗电,它们会产生更多的热量。因此,避免热节流问题并适当冷却 CPU 将成为获得最大性能的关键。毕竟,操作起来并不难。只要定期维护您的电脑,就可以大大确保 CPU 获得最大的性能和寿命。

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