CPU 温度与时钟频率和处理器利用率有什么关系？

Question

在阅读丹尼斯的回复时，它让我思考了决定 CPU 温度的因素。以下是我的理解。

CPU温度完全由单位时间内的CPU使用率决定。

单位时间内的CPU使用率等于CPU使用率百分比乘以CPU频率。

所以随着CPU使用率或CPU频率的降低，单位时间内CPU使用率降低，CPU温度降低。

以下是丹尼斯部分回复的引述，我以上的理解并不同意：

更高的使用量意味着更高的温度。较低的用量意味着较低的温度。

使用 cpufreq 降低 CPU 频率只会影响 CPU 使用率，而不会降低温度。

百分比是一个绝对没有意义的值。在完全相同的工作负载下，您的 CPU 超频或超频时，您的百分比可能会上升或下降。但它仍然是相同的工作量，因此使用造成的任何潜在危害（我不确定是否有任何危害）都将完全相同。

同样，cpulimit 限制 CPU 使用率，从而保持较低的百分比和温度。

你能告诉我哪个是正确的，丹尼斯还是我？为什么？

谢谢！

Answer 1

CPU温度完全由单位时间内的CPU使用率决定。[...] 所以随着CPU使用率或CPU频率的降低，单位时间内CPU使用率降低，CPU温度降低。

功率消耗（即产生的热量）不完全由CPU使用率来确定，虽然这也要看是什么指令的CPU正在执行。在数字同步 CMOS 电路（例如您的处理器）中，功耗可以计算为：

P = C x V^2 x f

哪里C是数字电路的电容（根据正在执行的指令而变化），V是 CPU 的电压，f是时钟频率。有些指令比其他指令消耗更多的能量，所以我们假设它在这里是固定的（即运行相同的程序，除了空闲之外，还做了一些可观的工作）。作为一个副作用，即使在相同的时钟频率下，CPU 温度也会在空闲时（仅NOPs）降低。

但是请注意，CPU 消耗的功率仍然与频率和电压直接相关。频率减半将使功耗降低至 50%，而电压减半将使功耗降低至原始值的 25%。这有一个巨大的热量产生效应，即使我们想从事的工作同量（回想功率是单位时间内的工作;见下文）。

更高的使用量意味着更高的温度。较低的用量意味着较低的温度。

是的，这是真的。当您的计算机空闲时，它通常“什么都不做”（即NOP指令，处于低功耗状态，或者根本不执行高功率指令）。当它在做一些事情时，比如渲染图形，它会在 CPU 中使用更多的组件（比如 ALU、FPU、MIU），从而产生更多的热量。

使用 cpufreq 降低 CPU 频率只会影响 CPU 使用率，而不会降低温度。

不，这是假的。参见上面的等式。降频将导致程序在更长的时间跨度内执行，但电路消耗的功率会降低。CMOS 功耗与单位时间内的逻辑开关数量直接相关。

鉴于power的定义，这是非常直观的，它只是单位时间的工作，或者我们执行工作/计算的速率。如果我们以给定的频率运行相同的程序直到完成f，然后比较以频率运行它f/2，在后一种情况下，虽然我们花费了两倍的时间来执行程序，但我们完成了相同的工作量-这样，CPU在这段时间内消耗的电量就会减半。

因此，CPU 将在较低的温度下运行，即使执行相同的工作需要更长的时间，因为它现在有更多的时间来散发 CPU 中的热量。降频还允许在较低电压（欠压）下运行 CPU，进一步降低功耗而不影响工作。