工程职业技术学院CPU超频与散热方案设计学号：201412054206：定超专业：计算机系统维护指导教师：任杰完成时间：2017年1月1日摘要选择最合适的超频方法，对CPU进行超频，对比出超频前和超频后的实际性能提升，以及发热量的增加，找到超频对CPU性能带来的利和弊。

测试不同散热方案对CPU温度的影响，首先是风冷散热方案，包括了下压式散热器和侧吹式散热器的对比，侧吹式散热器相比下压式散热器针对CPU拥有更高效的散热效率，但占用更大的空间。

然后是水冷散热方案的实施和测试，水冷对比风冷散热的优势很明显，液体的高比热容能带走更多的热量，让CPU 的封装表面温度更低，温度波动相对风冷也更小。

但安装相对风冷繁琐很多，并且有一定的风险性。

此次综合实践使用了不同的CPU对比超频带来的性能提升，并在相同CPU相同频率的条件下对比不同散热的散热效率，证明了CPU超频的可行性，水冷散热的高效性。

关键字：CPU，超频，散热目录第一章绪论 (1)一、研究背景 (1)二、研究目的及意义 (1)三、研究的容 (1)第二章CPU超频 (2)一、CPU超频简介 (2)二、超频方法 (2)1.跳线超频法 (2)2.软件超频法 (3)3.BIOS超频法 (3)第三章散热方案设计 (3)一、被动式散热方案 (3)二、风冷散热方案 (4)1.下压式散热器 (4)2.侧吹式散热器 (6)三、水冷散热方案 (6)1.水冷发展简介 (6)1.一体式水冷散热 (8)2.分体式水冷散热 (9)第四章水冷水温计设计 (11)一、设计要求 (11)二、设计思路 (11)第五章测试数据对比 (12)一、测试平台介绍 (12)二、CPU参数对比 (12)三、CPU性能和发热对比 (13)1.性能对比 (13)2.发热对比 (14)四、散热方案实施和数据对比 (15)1.风冷散热方案 (15)2.水冷散热方案实施 (16)3.水冷散热方案测试 (23)结论 (25)参考文献 (26)致 (27)第一章绪论一、研究背景随着计算机行业的快速发展，PC的快速普及，越来越多的人开始DIY 自己的电脑，人们对电脑的各个硬件的要求也越来越高，其中中央处理器（CPU）的性能就变得尤为重要。

而对于消费者来说，更好的性能往往意味着更多的付出，拥有高主频的旗舰型CPU的价格让人望而却步。

但超频可以一定程度上解决这个难题，在CPU和主板允许的前提下，人为提高CPU的运行频率从而提升性能是一个不错的选择。

超频在提高性能的同时也会让CPU在超负荷运行状态下产生更多的热量，这个时候散热能力就显得尤为重要，如何让CPU在超频状态下正常工作就成了摆在人们面前的一道难题。

而我们的工作就是在CPU极限超频的状态下找到最好的散热方案，以满足CPU的正常稳定运行。

二、研究目的及意义主要测试出CPU超频带来的实际性能提升，发热量增加，功耗增加等数据，找到超频能给使用者带来多大的好处。

还测试出CPU在不同的散热方案下的不同温度，找到最好的散热方案。

三、研究的容首先是选择了同一价位下不能超频的服务器级CPU——E3-1230-V3和主打超频性能的桌面级CPU——I5-4670K之间的数据对比，包括各项参数对比，相同散热方案下的发热和功耗对比，单核性能以及整体性能的跑分对比。

然后是对I5-4670K在默频和超频状态下的发热功耗对比，单核性能以及整体性能的跑分对比。

最后是针对I5-4670K在超频状态下的散热方案设计，包括侧吹风冷和水冷条件下的温度测试。

同时在水冷散热方案中加入自制水温计以实时监测水温的变化情况。

. word. …第二章CPU超频一、CPU超频简介在购买处理器的时候，会看到它的运行速度。

例如，Pentium 4 3.2GHz CPU运行在3200MHz下。

这是对一秒钟处理器经历了多少个时钟周期的度量。

一个时钟周期就是一段时间，在这段时间处理器能够执行给定数量的指令。

所以在逻辑上，处理器在一秒能完成的时钟周期越多，它就能够越快地处理信息，而且系统就会运行得越快。

1MHz是每秒一百万个时钟周期，所以3.2GHz的处理器在每秒能够经历3，200，000，000或是32亿个时钟周期。

超频的目的是提高处理器的GHz等级，以便它每秒钟能够经历更多的时钟周期。

计算处理器主频的公式是这个：外频（以MHz为单位）×倍频= 速度（以MHz为单位）。

在某些CPU上，例如Intel自1998年以来的处理器，倍频是锁定不能改变的。

在有些上，例如AMD Athlon 64处理器，倍频是"封顶锁定"的，也就是可以改变倍频到更低的数字，但不能提高到比最初的更高。

在其它的CPU上，倍频是完全放开的，意味着能够把它改成任何想要的数字。

这种类型的CPU是超频极品，因为可以简单地通过提高倍频来超频CPU，市面上可以见到的AMD黑盒处理器和Intel以K末尾的处理器就是这类CPU。

在CPU上提高或降低倍频比提高或降低外频容易得多了。

这是因为倍频和外频不同，它只影响CPU速度。

改变外频时，实际上是在改变每个单独的电脑部件与CPU通信的速度。

这是在超频系统的所有其它部件了。

这在其它不打算超频的部件被超得太高而无法工作时，可能带来各种各样的问题。

二、超频方法1.跳线超频法在Pentium系列CPU以及更早的年代，主板厂商为方便用户超频，特别设计了一种超频方法，就是跳线超频法（OC Jumper）。

跳线超频是指在主板上设置有跳线帽和插针，通过跳线帽与不同插针的短接来改变外频或者电压，达到超频的目的。

设置有超频跳线的主板，在主板上有专门的超频跳线。

如何跳线达到什么外频，在主板说明书上都有专门说明。

有的在主板上超频跳线旁边就有注解。

. word. …跳线超频属于硬件上直接超频，没有太多的保护措施，并且都是对外频进行提升，操作难度较大，而且很容易造成电脑黑屏或者无法启动，甚至烧坏硬件，在PC快速发展的时代很快被淘汰。

2.软件超频法所有超频软件超频的实现都离不开频率发生器的硬件支持，也就是说超频实际上是对频率发生器(clock generator)输出的基本外频进行超频。

如当CPU频率为800兆，即外频为100兆，倍频为8倍时，其外频实际上是由频率发生器的输出频率决定的。

当用软件操作频率发生器使其输出频率改变为105兆时，CPU的频将运行在105乘以8，即840兆的频率上，这样就实现了超频使用CPU的目的。

软件超频由于有一定局限性，只有拥有频率发生器的主板才能使用，并没有有效的普及开来。

3.BIOS超频法主流主板基本上都放弃了跳线设定方式更改CPU倍频或外频，而是使用更方便的BIOS设置。

在CPU参数设定中可以进行CPU的倍频、外频的设定。

如果遇到超频后电脑无常启动的状况，只要关机并按住INS或HOME键，重新开机，电脑会自动恢复为CPU默认的工作状态在BIOS中可以调节CPU的核心电压。

如果CPU超频后系统不稳定，就可以给CPU核心加电压。

但是加电压的副作用很大，首先CPU发热量会增大，其次电压加得过高很容易烧毁CPU，所以加电压时一定要慎重，一般以0.05V或者0.1V步进向上加就可以了。

第三章散热方案设计一、被动式散热方案早期的一些显卡，由于显示芯片低，厂商就直接采用在显示芯片上安装一个散热片的方式来散热，这就是早期的被动散热。

虽然被动式散热产品的起步点在显卡产品上，但是由于其静音的最大优势，在很多其他产品上也开始被逐渐的使用。

比如，国很多顶级散热器品牌就推出过专门针对CPU、存、笔记本甚至其他各类设备的散热器产品。

而这个时候，被动式散热器已经不简简单单是导热鳍片的安装了，材料学、空气学、结构学等众多的学科也在这个阶段被融入其中。

被动式散热器如图1所示。

. word. …图1 被动式散热器被动式散热也存在着致命的弱点，散热能力不足，空间占用大等一系列问题，被动式散热器本身所具备的科技含量在某种程度上还要高于主动式散热产品。

只不过，被动式散热在材料、设计、开发等方面的难度都较高。

一直没有找到连贯的开发、设计的方向。

无论材质，还是工艺设计，都在不同变化，因此无法形成真正和主动式散热器相比的连续开发生产。

二、风冷散热方案1.下压式散热器下压式散热器，顾名思义，散热器通过直吹CPU达到散热效果，散热方式由风扇直吹散热片逐渐演变为现在流行的热管导热直吹散热，由于热管导热效率更高，因而散热效率相较于散热片导热方式也就更加高效。

下压式散热器如图2所示。

. word. …图2 下压式散热器下压式散热风扇向下直吹散热片并且风量能够直达CPU以及周边主板的其他元件，这种散热方式的好处是能够为CPU降温的同时，风扇能够同时为主板北桥、存带来一定的散热效果，从而能够有效的保护主板；并且风扇能够直吹CPU带来二次散热效果。

下压式散热器的高度比较小，对于机箱的空间要求比较低，适用于MINI机箱等小型机箱。

当然，下压式散热受制于机箱温度，散热效果会有一定的影响；而且由于风扇吹向主板，容易造成热气聚集，排放不畅，所以必须搭建良好的机箱风道来辅助热气的逸散。

. word. …2.侧吹式散热器侧吹式散热则通过高塔结构散热片和导热管传导热量，风扇侧吹散热鳍片的方式进行散热，由于采用高塔散热片，散热面积更大，辅助多根导管，散热效率更加明显。

如图3所示。

图3 侧吹式散热器侧吹式散热器有效解决了热气积聚机箱的问题，侧吹风扇与机箱风扇架构成一个风道系统，能够有效排放出CPU产生热量；并且由于采用高塔散热片，散热面积更大，散热效率更高。

侧吹式散热能够专注于为CPU散热，从而提高CPU运行温度的稳定性，并且采用了侧吹风扇，能够与机箱风扇有效串联成一个整体风道，让整体散热效果更加良好。

但由于侧吹式采用的散热片和风扇为高塔，对于安装机箱的空间要求比较高，并且安装在CPU上方也可能阻挡高梳散热存的安装。

三、水冷散热方案1.水冷发展简介话说起水冷这要追溯到1966年，当时，IBM推出了System/360型91大型计算机，见图4。

被称为当时运算速度最快、性能最强的机器，主要运用在处理科学应用的高速处理（比如太空探索、亚原子物理学、全球. word. …气候预测等等）。

因此，为了给这款大型计算机降温，IBM就此研发了专门的水冷系统，就此掀开了水冷技术发展的篇章。

图4 IBM System/360型91型大型计算机2008年4月，首个采用水冷技术的超级计算机Power575，见图5。

这款Unix机器包括有14个置水冷管道的服务器。

这些水冷管道通过机架直接接入到服务器上，并配合处理器散热器上的水冷铜座共同发挥作用。

图5 超级计算机Power 5751964-1990年期间，大型主机采用的都是水冷技术，因为在传导热方面，水比空气有效得多，所以在很多年里，水冷技术也一直被高性能个人计算机所使用。