近期網友詢問CPU電壓的相關問題：

讓我想起關于CPU超頻還欠有一篇舊賬。今天我們來一起讨論一下，Intel的CPU超頻的原理是什麼？為什麼超頻要提高電壓？以及回答網友關于電壓和CPU壽命的問題。

自從Intel放棄前端總線（FSB）後，CPU的頻率計算十分的簡單：

CPU主頻 = 基頻 × 倍頻

基頻（Base Clock，BCLK）是從南橋PCH的PLL發出的基礎時鐘信号：

它一路傳遞到CPU中，為内核和很多uncore部分（内存控制器，GPU等等）提供基礎時鐘信号：

這個基頻缺省情況下是100MHz，可以提高到200MHz甚至更高。因為它并不僅僅為CPU内核提供基頻信号，還為衆多CPU中的小夥伴服務。提高它，内存頻率、Cache頻率、GPU頻率等等都會成倍提高，所謂牽一發而動全身。也正因為如此，提高它會整體提高CPU的運輸速度，但也很容易引發某些部分的不穩定。

有了基頻，CPU中的各個器件并不是工作在100MHz上的，在它後面帶個倍頻（Multiplier），來為自己服務。例如内核、GPU、Cache和内存控制器等等，都有自己的倍頻。

舉個例子，标稱3.5GHz的CPU，它的基頻是100MHz，内核的倍頻是35，算下來就是

100 × 35 = 3500MHz=3.5GHz

十分簡單，是不是？超頻中我們單獨調節各個部分的倍頻，來提高它的速度。例如我們把内核的倍頻調成45，那麼我們就有了4.5GHz的CPU。調整倍頻的好處是可以單獨調節，而不是像調整基頻一樣一股腦向上提高，死機後很難判斷那裡出了問題。

超頻資深玩家往往先試探基頻的極限，再單獨調整内核的倍頻，找到在此之上，倍頻的極限。而入門用戶，調節倍頻往往就夠了。

提高頻率如此簡單，隻要我們有了K結尾的CPU，在BIOS中僅僅調整幾個數字就好了：

超頻真的如此簡單嗎？

情況要複雜很多，超頻後，系統往往開始表現的不穩定。隻要我們知道哪裡不穩定，提高它的電壓供給，往往就能讓它再次穩定下來。為什麼提高電壓會改善高頻的穩定性呢？

我們來看個例子，含有高達80多億的場效應晶體管FET的Kabylak等CPU結構十分複雜，每個一個FET的簡單示意圖如下：

當輸入低電平時，CL被充電，我們假設a焦耳的電能被儲存在電容中。而當輸入變成高電平後，這些電能則被釋放，a焦耳的能量被釋放了出來。因為CL很小，這個a也十分的小，幾乎可以忽略不計。但如果我們以1GHz頻率翻轉這個FET，則能量消耗就是a × 10^9，這就不能忽略了，再加上CPU中有幾十億個FET，消耗的能量變得相當可觀。

我們這裡要引入門延遲（Gate Delay）的概念。簡單來說，組成CPU的FET充放電需要一定時間，這個時間就是門延遲。隻有在充放電完成後采樣才能保證信号的完整性。而這個充放電時間和電壓負相關，即電壓高，則充放電時間就短。就越能保證信号的完整性。

如果超頻後，頻率升高，原先可以滿足門延遲的電壓慢慢就不能保證信号完整性了，這時提高電壓，就可以降低門延遲，從而重新滿足信号完整性。這就需要我們發現哪部分不能滿足信号完整性，從而提高它的電壓供給。

拿CPU内核超頻來說，CPU内核電壓叫做Vcore。每種CPU都有一個VID（Voltage Identification，電壓識别碼），這個代碼會被主闆的電壓調節模塊（VR）或者CPU内置的VR（silicon-based voltage regulator,FIVR）所識别從而來設置内核運作時的電壓：

缺省的VID對應的電壓隻能保證标稱的内核頻率工作正常。根據每個CPU品質的不同，超過一定範圍的頻率後，往往需要提高Vcore，來滿足穩定性的需要：

Vcore往往是auto，在超頻時要單獨設置

這裡沒有統一的某個頻率必須多少電壓，必須慢慢一點點試錯，舉個例子：

這是某個Skylake的電壓和穩定頻率關系。

當然不管三七二十一，一下設個爆大的電壓也不是不行，但高電壓往往意味着高功耗：

一般沒有人這麼做。

CPU的最大敵人不是電壓，而是溫度。超頻的對CPU壽命的影響，也是因為溫度，而電壓的影響很小。實際上，CPU的電壓無時無刻不在變化，CPU的EIST中對應的各個降頻或者超頻狀态，VR提供的電壓都不相同，CPU的能效管理模塊會根據CPU的頻率，來要求VR提供不同的電壓，從而節省用電。我們如果能提供有效的散熱，超頻對于CPU壽命影響不大。

現在回到網友的問題上來，低電壓并不會損害CPU壽命，反而會增加CPU壽命。現在問題來了，什麼情況下要手動降低CPU電壓呢？

我們前面提過VID，VID各種CPU都不同，但同種CPU（stepping，SKU）都一樣，這意味着它對應的Vcore是Intel測試過，對于該種CPU都适用的電壓。而熟知本專欄的用戶都知道：

“All CPUs are born equal, but some are more equal than others." (猜猜引申自哪裡？)

CPU品質各有不同，VID缺省對于的Vcore，也就是Auto對于你的CPU不一定最優，資深玩家完全可以試着調低Vcore來省電。綠色環保，利國利民，何樂而不為呢？

CPU超頻比較麻煩，首先要有個帶k的CPU，升級你的散熱設備（原先那個自帶的風扇小身闆完全不行）。然後推薦慢慢提高倍頻，不穩定後增加電壓，再次提高倍頻，再次增加電壓，直到你覺得滿意、不能增高了、溫度超高為止。調整BCLK還是留給資深玩家吧。

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