【存档】温度&功耗两堵看不见的墙

​温度&功耗两堵看不见的墙

《电脑爱好者》2016年第22期 2017-05-10 15:13专题 标签：功耗 温度

台式机拥有庞大的身材，可以轻松塞进夸张的散热器，电源的额定功率也动辄400W起步。可以说，台式机体内的CPU（处理器）和GPU（显卡）可以无视任何压力，始终“满血”运行（图5）。但是，笔记本受限于身材和便携属性，不可能配备太过豪华的散热模块以及大功率适配器。为了兼顾性能、散热和续航时间，就不得不面对“两堵墙”----“温度墙”和“功耗墙”的限制了。

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温度墙：谁也躲不掉

我们都知道，CPU和GPU的发热量取决于它们的负载情况，看视频时肯定没有玩游戏的时候高。另一方面，越高端、性能越强的芯片，它们在满负载运行时的温度也就越高。为了避免CPU或GPU芯片因温度过高而导致系统死机甚至烧毁芯片的情况发生，每一款笔记本的处理器和显卡，都会预设一个具体的温度阈值。而这个阈值，就是所谓的“温度墙”。

温度墙是这样玩的

以英特尔处理器为例，每一款处理器都存在一个Tjunction参数（图6），我们可以将它理解为核心温度（代表核心和核心所在PCB板之间所容许的最大温度），如果CPU核心温度突破了这个数值就有烧毁的危险。“温度墙”，则是可供OEM厂商自由发挥的一种控温手段，它的数值要低于Tjunction且可上下浮动，玩法更多。

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比如，OEM厂商可以对某CPU设定如下的温度墙：

当温度≤60℃：不进行任何限制；

当温度＞60℃：加大风扇供电让其全速运行（噪音增加）；

当温度＞70℃：强制处理器降频，这个数值就是广泛意义上的温度墙；

当瞬间温度＞80℃：强制重启系统；

当瞬间温度＞85℃：强制关机。

于是，我们就可以解释前文涉及的一些怪现象了。同一款芯片（泛指CPU或GPU），如果笔记本A的温度墙设定在60℃就开始降频，而笔记本B则是70℃才开始降频，此时显然是B可以跑出更好看的成绩，因为它能更长时间运行在较高的频率上。

但是，凡事都有例外。在散热模块设计的影响下，笔记本B也有机会反超笔记本A。

散热设计引发无限可能

我们都知道，笔记本的散热模块是由热管、散热风扇和散热鳍片组成。其中，热管粗细和数量、风扇扇叶多少和转速、散热鳍片材质都会影响一款散热模块的降温效率。在CPU和GPU芯片型号一致的情况下，双风扇双热管的设计肯定不如双风扇四热管（图7，图8）。

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但是，如果笔记本散热模块设计足够优秀，哪怕它的温度阈值设定偏低，也能减少芯片温度超过温度墙的几率和次数；如果笔记本散热模块用料缩水，温度阈值设定再高也有撞墙风险，而且很可能直接跳过降频的阈值，而是一步到位因温度过高而触发重启或关机。想一想吧，正当LOL面临关键的团战瞬间，你的笔记本突然重启了……

翻越温度墙的探讨

温度墙是一种对芯片的保护机制，它不可或缺。但是，也不排除一些OEM厂商太过谨小慎微，散热模块明明可以承受75℃的考验，但却将降频阈值设定在了65℃。这就好像你正坐在行驶在高速公路上的一辆宝马轿车中，道路空旷，明明轻踩油门就能达到120km/h（散热设计优秀），但司机就只开到80km/h（厂商设定的温度墙），作为乘客的你说郁闷不郁闷。

很遗憾，温度墙的设定取决于BIOS定义，而厂商又没有开放BIOS中有关温度设定的选项。所以如果你想翻越温度墙的限制，就只能从如下几个方面入手了。

升级BIOS：一些热门的游戏本，在网上可以下载到由网友修改过的提升了温度墙阈值的BIOS，将它们下载后按照升级BIOS的教程一步步操作，就能突破温度墙封锁。

屏蔽睿频：很多笔记本之所以撞上温度墙，是受到了睿频加速的“拖累”（图9）。比如酷睿i5-6200U默认主频为2.3GHz，遇到高负载环境时会睿频加速到2.8GHz。但是，如果笔记本散热不利，很容易因睿频而突破温度墙的阈值，最终导致CPU降到了1.3GHz。在这种情况下，睿频不是拖累还是什么？

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与其让CPU因过热降频，反而不如禁止睿频

此时，屏蔽睿频，让处理器始终稳定运行在2.3GHz，显然要比动不动就降频更具效率。而屏蔽睿频的方法很简单，依次进入“控制面板→电源选项→编辑计划设置→更改高级电源设置”，将“最大处理器状态”从100%改为98%即可（图10）。

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提升显卡阈值：想提升显卡的温度墙，可以借助“NVIDIA inspector”这款超频软件，将其中对应温度的一项拉高即可（图11）。但是，如果你对笔记本的散热没有信心，就请谨慎调整增温的幅度。

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提升散热效率：不想笔记本撞墙，提升笔记本的散热效率则是最佳选择。其中，最简单的方法就是定期给笔记本除尘，重新涂抹硅脂，避免因散热风扇和散热鳍片被堵而影响散热效率。此外，通过购买散热底座，或是固定在散热孔位置的抽风式散热器（图12），同样可以起到明显提高散热效率的作用。

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如果你的用手能力足够强悍，就可以考虑进阶方案：对笔记本散热模块进行优化和改造了。比如，在笔记本原有散热模块的基础上，增加更多散热片或热管，增加散热材料的面积。但是，热管的选购与焊接存在很多讲究，并非越多越好，需要考虑到内部冷凝液回流的问题（图13）。具体的改造思路请扫二维码查看（插入《笔记本热管改造：没那么简单》二维码）。

笔记本热管改造：没那么简单

笔记本热管改造：没那么简单

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少数传统（偏厚）的笔记本有DIY水冷散热的潜质，合理借助内部结构进行定制改造，可以在不影响保修的前提下加入水冷单元（图14）。具体的改造思路请扫二维码（插入《给笔记本败败火 游戏笔记本简易水冷改造》二维码）。

给笔记本败败火 游戏笔记本简易水冷改造

给笔记本败败火 游戏笔记本简易水冷改造

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功耗墙：隐藏的性能杀手

笔记本因过热而降频很好理解，但这依旧解释不了笔记本在玩游戏等高负载程序中途性能骤降，或是跑分成绩明显偏低的所有问题。原因很简单，在表层的温度墙的背后，还隐藏着一个性能杀手，它就是“功耗墙”（图15）。

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需要注意的是，功耗墙和温度墙是相辅相成。功耗墙越高，意味着芯片发热量越高，也就距离温度墙越近。无论先撞上那一堵墙，都逃脱不了降频的宿命。

一些现象的反思

有些处理器的睿频加速频率最高可达3.2GHz，但通过软件检测，它实际所能达到的最高主频却只有3.0GHz；有些笔记本在玩游戏时遭遇突然卡顿，通过监测发现是CPU出现了降频，但此时CPU温度并不高；按照前文方法关闭了睿频，调高了显卡的温度阈值，但在高负载环境下依旧遭遇频繁的降频。以上，就是功耗墙的“功劳”。

TDP的另一层意思

还记得TDP吗？这个名为“热设计功耗”的参数，原本是用于辅助散热模块设计的参考标准。实际上，TDP还有一层意思。

以英特尔处理器为例，其对TDP的定义就是：以瓦特为单位，表示所有活动内核在英特尔定义的高复杂性工作负载下，以“基本频率”运行时消耗的平均功率，请注意“基本频率”（又称默认主频）这个关键词哦（图16）。

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每一款英特尔处理器的TDP都是可配置的。以最新的七代酷睿i5-7200U为例，它的标准TDP为15W，可配置的TDP-up为25W，而可配置的TDP-down则为7.5W（图17）。这意味着，笔记本厂商可以根据实际需要（主要体现在散热模块的设计，以及针对续航时间的预期），对酷睿i5-7200U在7.5W～25W之间指定一个数值作为功耗上限，而这个数值，就是所谓的“功耗墙”了。

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如果笔记本厂商将功耗墙设定在最高的25W，那么恭喜这颗i5-7200U，它的性能已经超越了更高端的酷睿i7-7500U（功耗墙为默认的15W时）了。只是，此时需要给i5-7200U准备用料更扎实的散热模块，否则会因CPU过热而直接装上“温度墙”而降频。

如果笔记本厂商将功耗墙设定在最低的7.5W，那么也恭喜你，你“免费”得到了一款更低端的酷睿M3-7Y30，此时i5-7200U的性能也不会超过真正的酷睿M3-7Y30太多。

这就是功耗墙的妙用。更高的功耗墙，可以提升CPU的基础频率，并可更长时间地运行在睿频加速的最高频率上，以增加功耗（和耗电量）换取犹如打了鸡血般的性能；更低的功耗墙，则是以降低基础频率，牺牲睿频加速功能为代价，换取了更低的发热量，有利于笔记本瘦身并延长续航时间。

用事实做个例证

为了让大家可以更清醒地甚至到功耗墙的威力，我们不妨看看notebookcheck.net网站对联想MIIX4（酷睿M5-6Y54）和微软Surface Pro 4低配版（酷睿M3-6Y30）的对比评测。从理论上看，MIIX4的处理器秒杀Surface Pro 4，但实际的跑分情况却是，两款产品的CPU性能几乎一样，但GPU性能反而是Surface Pro 4遥遥领先（图18）。

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究其原因，则是因为联想MIIX4给酷睿M5-6Y54设定的功耗墙为默认的4.5W，而微软Surface Pro 4低配版则给酷睿M3-6Y30设定在了夸张的9W（甚至超过了酷睿M的TDP-up最大值）。这就好像两部跑车，虽然联想的跑车规格更高，但它却只能跑在国道上，微软跑车规格随低但却可以上高速，二者在单位时间里跑出去的里程，自然是高速上的车辆为尊了。

那么，为啥联想不能为MIIX4设定更高的功耗墙呢？除了出于续航时间的考虑，再有就是MIIX4内部的散热设计“太简陋”，完全依靠石墨贴纸将CPU表面温度传递到金属后盖散热（图19）。而微软Surface Pro 4之所以可以突破酷睿M的TDP极限，则是它内置2根加粗加长的热管，再结合金属后盖，散热效率自然更佳（图20）。

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本图来自百度贴吧网友

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功耗墙的现状

以游戏本为代表的产品（图21），它们对续航时间不太敏感，所以大都采用以温度墙为主，功耗墙为辅的定义，所以当它们出现骤然降频时，普遍是因为散热不佳引起。此外，由于游戏本处理器多为45W TDP的H系列，而显卡也多是GTX960M或更高级别，全速运行时的功耗极高，以至于超过了内置锂电池所能提供的上限。所以，在使用电池供电时，哪怕你将电源选项设定在“高性能”模式，无论是CPU还是GPU也都无法发挥全力，所以性能肯定不如外接电源时的表现。

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以平板二合一为代表的超轻薄设备（图22），则普遍采用以功耗墙为主，温度墙为辅的定义。因为它们所用的超薄风扇所能提供的散热效率有限，而且选择此类产品的用户也大都重续航而轻性能。所以通过降低功耗墙改善发热和续航，就成为了市场的主流。

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如何翻越功耗墙

和温度墙相比，翻越功耗墙的方法和可行性都有了明显的提升。下面我们就从NVIDIA独显和英特尔处理器两个层面，简单介绍一下“翻墙”的方法。

请注意，以下方法存在一定的危险系数，修改与功耗墙相关的参数时一定要遵守循序渐进的原则，切忌大幅调整电压等参数！由于版面有限，本文只提供了大致的思路，更具体的方法大家可以在网上搜索更详细的相关教程。

NVIDIA独显翻墙

首先我们需要用NVFlash软件提取出显卡的VBIOS文件，然后再通过VBIOS编辑工具对其进行修改。如果你的笔记本显卡是开普勒架构，就请下载Kepler BIOS Tweaker，如果是麦克斯韦架构就下载Maxwell BIOS Tweaker。

以GTX960M独显（GM107）为例，用编辑工具打开VBIOS文件，切换到PowerTable选项卡，其中第一项对应的就是GTX960M的核心TDP（其余两项对应桌面显卡，这里可以无视）。在修改时我们只需修改Def对应的数值即可，比如GTX960M默认的TDP为43500mW（45W）适当拉大TDP就等于提升了功耗墙的阈值（图23）。修改完VBISO保存，最后再用NVFlash将修改的VBISO刷回去即可。

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需要注意的是，提高笔记本显卡的功耗墙并不能明显提升显卡的性能。它的意义在于当给显卡加压超频后提供足够高的功耗冗余量。如果你发现给显卡超频后性能提升不明显甚至不升反降，此时再增加功耗墙的阈值也许就能取得意想不到的功效。

英特尔处理器翻墙

英特尔近几年开放了旗下移动处理器的“自主权”，用户可以借助官方提供的Intel Extreme Tuning Utility（下文简称XTU）工具，对四第六代酷睿Haswell或更新的处理器进行参数微调。好消息是，功耗强恰好就在可以自定义的范围内。

和功耗强有关的设定在“Advanced Tuning”选项卡内（图24），其中“Turbo Boost Power Max”对应的是默认TDP，“Turbo Boost Short Power Max”的意思是短时间内可将TDP提升到的最大值（越高代表睿频加速的幅度越高），“Turbo Boost Power Time Window”代表能以最大TDP运行几秒（越高代表持续睿频加速的时间越久）。比如图中的酷睿M就不太给力，默认和最大TDP都是4.5W，哪怕它又32秒的“鸡血”时间，依旧翻不起什么风浪。考虑到调高功耗墙会对散热产生更大压力，所以我们建议大家只需修改“Turbo Boost Short Power Max”一项即可，其中酷睿M不要超过7W，U系列处理器不要超过28W，H系列不要超过57W，让CPU能自动超频到更高频率运行。

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小提示：

调高TDP时，可能还需要增加Core Voltage Offset（加压）的参数才能成功。但给CPU加压存在一定的风险，大家要多加注意。

扩展阅读：功耗墙的妙用

提起功耗墙，可能很多玩家的第一感觉就是应该“打破它”，“翻过它”。实际上，合理利用功耗墙，可以最大限度实现绿色环保的梦想。假设酷睿i5-7200U对应的默认TDP、最高TDP和持续时间分别为15W、15W、28s（图25），我们只需将它们改为15W、28W、64s（图26），那它就是能在64秒内扮演酷睿i7-7500U，好似鸡血模式；如果将它们改为4.5W、4.5W、1s（图27），那它就是一颗酷睿M3-7Y30，耗电量立刻减少50%，好似省电模式。此时，玩游戏时选鸡血模式，上网看视频时选择省电模式，这种方式绝对要比直接修改电源选项效果更好。

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小结

温度墙，是对笔记本芯片的一种保护手段；功耗墙，则是对笔记本资源调度的一种分配态度。它们是否合理，从表面来看取决于厂商的态度，而从深度探究，则受限于笔记本散热模块的用料和效果。如果散热一流，合理的温度墙和功耗墙可以让笔记本性能领先其他配置类似的竞品；如果散热不佳，就只能通过降低这两堵墙的阈值，以牺牲性能为代价弥补。当然，后面这种情况也能以最大限度延长续航时间为借口解释。只是，你愿意看到这种情况吗？

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