适可而止最重要 详解电脑超频的五大害处(3)

　　文/醉千千

超频后果一：CPU功耗增加

    现在所有CPU的芯片都是由CMOS（互补型金属氧化物半导体）工艺制成。CMOS电路的动态功耗计算公式如下：

P=C×V2×f
C是电容负载，V是电源电压，f则是开关频率。

    因为超频带来的CPU频率的增加，会造成动态功耗随频率成正比增长。而在超频的过程中，为了让CPU能够工作在更高频率上，常见的手段之一就是加电压。而这更加快了功耗增长的速度。

    假设一块额定频率为1GHz、额定电压为1.5V的CPU其动态功耗为P0 。经过超频以后，工作电压加压到1.65V，稳定运行在 1.3GHz ，此时其动态功耗为P1。因为CPU制成以后，其电容值C也就基本固定，可以看作常量，也就是说超频前后的电容值C相等。

可以得到:   P0  =  1.5 ×1.5×1 ×C = 2.25C (W)
            P1  =  1.65×1.65×1.3×C = 3.54C (W)
两式相除得到：    P1/P0  = 3.54C  / 2.25C =  1.573　

    此式的意义是，这款超频后的CPU较未超频时，其动态功耗增加了57.3% ，因为对CMOS电路来说，静态功耗相对于动态功耗较小。因此其动态功耗的增长率近似为CPU总功耗的增长率。也就是说假设原来的CPU额定功率仅为60W，经加压超频后此时也将达到近95W ! 如果不更换更好的散热设备，将不可避免的引起CPU工作温度的上升。当处理器温度超过最大允许值，轻则无法正常工作，严重则导致CPU烧毁。

超频后果二：电迁徙 

    在前些年在提及超频后果的时候，经常会提起电迁徙（有人称为电子迁移）造成的危害。在半导体制造业中，最早的互连金属是铝，而且现在它也是硅片制造业中最普通的互连金属。然而铝有着众所周知的由电迁徙引起的可靠性问题。

    由于传输电流的电子将动量转移，会引起铝原子在导体中发生位移。在大电流密度的情况下，电子不断对铝原子进行冲击，造成铝原子逐渐移动而造成导体自身的不断损耗。在导体中，当过多的铝原子被冲击脱离原来的位置，在相应的位置就会产生坑洼和空洞。轻则造成某部分导线变细变薄而电阻增大，严重的会引起断路。而在导线的另一些部分则会产生铝原子堆积，形成一些小丘，如果堆积过多会造成导线于相邻导线之间发生连接，引起短路。不论集成电路内部断路还是短路，其后果都是灾难性的。电迁徙或许是集成电路中最广泛研究的失效机制问题之一。

 电迁徙造成导线损耗

    超频的结果会使通过导线的电流增大，引起的功耗增加也会使芯片温度上升。而电流和温度的增加都会使芯片更容易产生电迁徙，从而对集成电路造成不可逆的损伤。因此长期过度超频可能会造成CPU的永久报废。

    曾经有人这样反映：CPU超频到某个频率后，经过近一年的使用一直都很稳定。但是后来有一天就发现了CPU已经无法在这个频率上继续稳定工作。造成这种现象的原因，很可能是过度超频而散热措施不好，尽管CPU体质不错，在较高的温度下也能超到一个较高的频率。但是恶劣的工作环境和超负荷的工作让CPU内部发生严重的电迁徙。虽然没有造成短路或者断路，但是导线已经严重受到损伤，导线电阻Ｒ增大，最终引起布线延时RC（和布线电阻和布线电容有关）增加，导致时序错乱影响CPU正常工作。

    一方面CPU集成的晶体管密度的不断提升，造成芯片中的导线密度不断增加，导线宽度和间距不断减小；另一方面CPU频率不断提升，功率逐渐加大而电压却在减小。CPU运作需要更细的导线去承载更大的电流，铝互连的应用日益受到挑战。因此更低电阻的铜互连将在集成电路的设计和制造中逐步取代原有的铝工艺。

    很重要的一点是，铜具有良好的抗电迁徙的特性，几乎不需要考虑电迁徙问题。而目前市面上出售的CPU基本都已采用铜互连工艺。在AMD的Athlon(Thunderbird核心)和Intel的P4(NorthWood核心)发布以后的CPU都采用了铜互连技术，因此大多数人可以不必再为电迁徙而过于担心。