
本人最近為了實(shí)現(xiàn)較高的單核性能(AMD R5 3600X的單核性能非常高(別那么貴的情況下),所以我沒(méi)選Intel的處理器)+想初步玩一玩深度學(xué)習(xí)(所以必須是N卡)

組裝了一臺(tái)電腦,配置如下:
| 組件 | 品牌與型號(hào) | 價(jià)格(元人民幣) |
|---|---|---|
| CPU+主板 | AMD R5 3600X;MSI B450M Mortar Max | 1848.58 |
| 散熱器 | 利民AS120單風(fēng)扇 | 109.61 |
| 內(nèi)存 | ADATA XPG DDR4 3000MHz 8G 2條 | 535.85 |
| 顯卡 | Gigabyte Nvidia GeForce GTX 1660 Super Gaming OC 6G | 1687.25 |
| 固態(tài)硬盤 | Plextor M9PeG 256G | 321.57 |
| 無(wú)線網(wǎng)卡 | DIEWU TX083(Intel AX200)帶散熱片 | 128.36 |
| 機(jī)械硬盤 | WD10EZEX 1T 3.5寸 64MB緩存 7200RPM | 267.26 |
| 主機(jī) | 先馬塞恩3(贈(zèng)5個(gè)風(fēng)扇)(其中40元為郵費(fèi)) | 237.7 |
| 電源 | 振華HX500W | 340.28 |
| 合計(jì) | 5476.46 |
但是遇到了一個(gè)問(wèn)題:
在主板的設(shè)置中,需要對(duì)CPU風(fēng)扇設(shè)置一個(gè)轉(zhuǎn)速自動(dòng)調(diào)整的規(guī)則,以實(shí)現(xiàn)靜音和散熱的平衡:


這該如何設(shè)置呢?
一、風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié),是怎么個(gè)規(guī)則
微星的主板允許用戶設(shè)置的規(guī)則,是如何根據(jù)CPU的溫度傳感器示數(shù)(以下簡(jiǎn)稱CPU傳感溫度)來(lái)調(diào)節(jié)CPU散熱風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速。一共有連續(xù)的四檔CPU傳感溫度和風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)規(guī)則繪如下圖:

經(jīng)反復(fù)測(cè)試,規(guī)則的設(shè)定具有以下限制或特點(diǎn):
- 規(guī)則是根據(jù)傳感溫度(記為
)調(diào)節(jié)CPU風(fēng)扇轉(zhuǎn)速(風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的負(fù)荷率記為
)
- 轉(zhuǎn)速
與溫度
的對(duì)應(yīng)關(guān)系,畫成函數(shù)圖像,是一條折線,由4條線段和1條射線組成。記從左向右數(shù)第
條線段的斜率為
(
)
- 用戶可以調(diào)節(jié)的只有圖上那4個(gè)“×”的位置(即溫度-轉(zhuǎn)速數(shù)對(duì)),記為
,
- 最低溫那個(gè)“×”與原點(diǎn)相連,最高溫那個(gè)“×”的右側(cè)的線是水平的。
- 每個(gè)叉之間溫度方面至少要相差1度
- 任何一段線均不能是豎直的,即任意
- 整條線必須是單調(diào)不減的,即任意
。為了充分利用這四個(gè)叉,下文將要求折線中任意一條線段的斜率都大于0(即
)
二、直覺(jué)下設(shè)置的規(guī)則
既然默認(rèn)的是這樣,那就大概微調(diào)一下就好了。由于CPU報(bào)警的溫度是70度,因此我就把最高檔的溫度調(diào)整為70度,其他的就沒(méi)怎么調(diào)。
三、直覺(jué)下的規(guī)則真的是最優(yōu)的嗎
為了發(fā)揚(yáng)科學(xué)精神,擺脫常識(shí)的束縛,我決定仔細(xì)想一想這個(gè)事。最后的結(jié)果告訴我,不是!
1 何為最優(yōu)
為了散熱好,直接把任何溫度下的風(fēng)扇轉(zhuǎn)速拉滿,就完事了。但是這就會(huì)帶來(lái)過(guò)大的噪音。誰(shuí)家散熱風(fēng)扇打開(kāi)個(gè)Word也是滿負(fù)荷的?吵死了。
為了靜音,不要裝風(fēng)扇好不好?不好,那樣的話CPU的性能和壽命就會(huì)受到很大影響。
所以,設(shè)置這個(gè)調(diào)節(jié)規(guī)則,目標(biāo)是:
在CPU發(fā)熱一定的情況下,最優(yōu)規(guī)則能夠使風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速很低,且CPU的溫度也很低。
2 問(wèn)題模型化
模型的基本想法是:CPU溫度的變化來(lái)自于自身發(fā)熱和風(fēng)扇的散熱。把它翻譯成微分方程是:
其中表示CPU的溫度,
是CPU發(fā)熱量,
是風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的負(fù)荷率,界于0-100%,
是CPU風(fēng)扇的散熱系數(shù)(此處合理假定風(fēng)扇轉(zhuǎn)速與散熱量呈正比關(guān)系)。
另外,溫度與風(fēng)扇轉(zhuǎn)速還滿足調(diào)節(jié)規(guī)則:
將上式代入,得到一元常微分方程
3 模型的特點(diǎn)
a 當(dāng)CPU發(fā)熱量“不太大”時(shí),方程存在唯一且穩(wěn)定的解
i 存在與唯一性
當(dāng)時(shí),方程存在唯一且穩(wěn)定的解。
由于連續(xù),且滿足利普希茨條件(
取風(fēng)扇規(guī)則曲線中最大的斜率再乘以
),因此方程存在唯一解,記為
。
ii 穩(wěn)定性及穩(wěn)定的狀態(tài)
當(dāng)初始溫度在第4個(gè)叉以上(即
)時(shí),
為定值100%。若
,則此時(shí)
已達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài);若
,則
,解得
,則溫度
將隨時(shí)間
一路下降至第4個(gè)叉以下。
當(dāng)初始溫度在第4個(gè)叉以下(即
)且
時(shí),對(duì)于穩(wěn)定解
的任意小的一個(gè)
鄰域外,總有
,且
與
異號(hào),從而在有限時(shí)間
內(nèi),
將進(jìn)入該鄰域。且由于在鄰域中,溫度-轉(zhuǎn)速存在連續(xù)的負(fù)反饋機(jī)制,因而當(dāng)溫度進(jìn)入該鄰域后,不會(huì)再跳出該鄰域。因此,對(duì)于任意小的
,存在
,當(dāng)
時(shí),成立
,因此
。
當(dāng)初始溫度在第4個(gè)叉以下(即
)且
時(shí),
,且當(dāng)
在任意一個(gè)
的
左鄰域外時(shí),有
,因此在有限時(shí)間內(nèi),溫度
將進(jìn)入該鄰域。當(dāng)溫度
進(jìn)入該鄰域時(shí),溫度
不會(huì)超過(guò)
(是上確界,因?yàn)?img class="math-inline" src="https://math.jianshu.com/math?formula=T" alt="T" mathimg="1">不會(huì)穩(wěn)定于任何低于
的溫度),因此
收斂于
(
)。
綜上所述,
- 當(dāng)CPU發(fā)熱
剛好等于風(fēng)扇散熱的能力
時(shí)
1.1 當(dāng)初始溫度時(shí),最終溫度將穩(wěn)定在
1.2 當(dāng)初始溫度時(shí),溫度將不再改變,穩(wěn)定在
- 當(dāng)CPU發(fā)熱
小于風(fēng)扇散熱的能力
時(shí)(多數(shù)情況),不論初始溫度處于何值,最終都將趨于穩(wěn)定,其中風(fēng)扇轉(zhuǎn)速穩(wěn)定于
,溫度穩(wěn)定于
,滿足
b CPU溫度穩(wěn)定時(shí),風(fēng)扇轉(zhuǎn)速不隨規(guī)則而改變
當(dāng)CPU溫度穩(wěn)定時(shí),,從而有
,即
。
四、模型告訴了我什么
嗯,模型告訴我們,CPU發(fā)熱一定的情況下,風(fēng)扇的噪音與你設(shè)置的規(guī)則幾乎無(wú)關(guān)!
所以,根據(jù)模型來(lái)看,將第1個(gè)叉拉到(室溫+1,100%轉(zhuǎn)速),其他叉放到100%轉(zhuǎn)速,應(yīng)當(dāng)為最優(yōu)的解,即規(guī)則曲線應(yīng)盡可能地“上凸”。由于風(fēng)扇轉(zhuǎn)速(即噪音)只取決于風(fēng)扇的散熱性能(固定)和CPU的發(fā)熱量,因此只要調(diào)速規(guī)則能夠達(dá)到100%的轉(zhuǎn)速,那么CPU最終的噪音都是一樣的,無(wú)論規(guī)則如何設(shè)置。而且,這樣還能使CPU保持在最低的溫度。
但是,實(shí)際中還有以下問(wèn)題:
- CPU的溫度測(cè)量存在誤差
也就是說(shuō),如果真的直接將第1個(gè)叉拉到(室溫+1,100%)的話,由于CPU溫度傳感器存在測(cè)量上的誤差,那風(fēng)扇其實(shí)絕大多數(shù)時(shí)候就一直在以100%的速度運(yùn)行。反而噪音更大。如果將四個(gè)叉的位置擺放得開(kāi)一些,能夠容納下測(cè)量誤差的話,即可實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的配置(讓CPU的溫度盡可能地降低)。
五、到底應(yīng)該如何設(shè)置風(fēng)扇轉(zhuǎn)速規(guī)則
1 舉例說(shuō)明
以下述情況舉例說(shuō)明如何設(shè)置風(fēng)扇規(guī)則:
- CPU溫度傳感器的測(cè)量誤差為
2度
- 想讓CPU風(fēng)扇實(shí)現(xiàn)至少10個(gè)檔位(不含空檔)
- 室溫為28度
風(fēng)扇規(guī)則應(yīng)滿足:
| CPU實(shí)際溫度 | 風(fēng)扇轉(zhuǎn)速 |
|---|---|
| 28 | 0% |
| 32 | 10% |
| 36 | 20% |
| 40 | 30% |
| 44 | 40% |
| 48 | 50% |
| 52 | 60% |
| 56 | 70% |
| 60 | 80% |
| 64 | 90% |
| 68 | 100% |
即
第一列為室溫+2n個(gè)測(cè)量誤差,第二列為由0%起至100%的各個(gè)檔位。
所以設(shè)置的時(shí)候就非常好設(shè)置了:
- 第1個(gè)叉:(室溫,0%)
- 第2個(gè)叉:(上表最后一項(xiàng)溫度值68℃,100%)
- 第3、4個(gè)叉:100%
2 參數(shù)的設(shè)置
上述舉例中,涉及到3個(gè)參數(shù):
- CPU溫度傳感器的測(cè)量誤差
- 想讓風(fēng)扇有多少個(gè)檔位
- 室溫
a CPU溫度傳感器的測(cè)量誤差
這個(gè)如果能找到廠家直接問(wèn)到的話,最好。找不到的話,那就只好自己測(cè)了。測(cè)量的方法是:先將CPU風(fēng)扇功率調(diào)至恒定值,然后給出恒定負(fù)荷的CPU計(jì)算量(通常是用烤機(jī)軟件),查看溫度在多少的范圍內(nèi)變動(dòng)。范圍上限減范圍下限再除以2,即為CPU溫度傳感器的誤差。需要注意的是,這需要讓CPU穩(wěn)定在不同溫度下進(jìn)行測(cè)試,以獲取平均值。如果各個(gè)溫度下溫度傳感器的測(cè)量誤差不同且存在一定規(guī)律性,則需要根據(jù)這個(gè)規(guī)律,讓上表中CPU實(shí)際溫度一列的遞增值隨所在行的溫度而改變。比如經(jīng)測(cè)量發(fā)現(xiàn),40度以下時(shí),誤差是2度,40度以上時(shí),是
1度,其他條件不變,則應(yīng)當(dāng)將檔位設(shè)置成:
| CPU實(shí)際溫度 | 風(fēng)扇轉(zhuǎn)速 | 下一行遞增 |
|---|---|---|
| 28 | 0% | 4 |
| 32 | 10% | 同上 |
| 36 | 20% | 同上 |
| 40 | 30% | 同上 |
| 44 | 40% | 同上 |
| 48 | 50% | 2 |
| 50 | 60% | 同上 |
| 52 | 70% | 同上 |
| 54 | 80% | 同上 |
| 56 | 90% | 同上 |
| 58 | 100% | 0 |
b 想讓風(fēng)扇有多少個(gè)檔位
由于要盡可能降低的不是轉(zhuǎn)速,而是噪音,所以應(yīng)當(dāng)測(cè)一下自己可感知的最小噪音變動(dòng),從而反算出應(yīng)當(dāng)如何設(shè)置風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的檔位。如上表,其中可感知的噪音定為10%。如果發(fā)現(xiàn)自己對(duì)于噪音的感知精度隨風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的負(fù)荷率變化,則應(yīng)當(dāng)按照此規(guī)律設(shè)定風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的檔位。
至于如何測(cè)量,可以到BIOS里自己去試,一檔一檔地試。由于大多數(shù)CPU風(fēng)扇都是PWM調(diào)節(jié)模式的,因此對(duì)于精確度的把握應(yīng)當(dāng)是十分準(zhǔn)確的,不像DC調(diào)節(jié)的風(fēng)扇那樣不準(zhǔn)確。
c 室溫
其實(shí),這個(gè)溫度更貼切的講法,應(yīng)該是風(fēng)扇的啟動(dòng)溫度。由于一般人用的散熱最終目標(biāo)是接近室溫(有一些用液氮的另說(shuō)。。。),因此當(dāng)CPU低于室溫時(shí),開(kāi)啟風(fēng)扇反而會(huì)使其加熱,因此不太建議將此溫度設(shè)定得過(guò)低,如18度(除非你家室溫能達(dá)到18度。。。);建議設(shè)置為家中室溫波動(dòng)的上限,如28度~30度。
六、現(xiàn)實(shí)遠(yuǎn)比你想象的復(fù)雜
1 模型的精細(xì)化
其實(shí),風(fēng)扇轉(zhuǎn)速和降溫效果之間,不只是正比的關(guān)系,還要考慮到外界溫度,即很可能模型應(yīng)該改成
這樣,模型的收斂性會(huì)更好一些,穩(wěn)定性不變,穩(wěn)態(tài)會(huì)略有變化,但是最終如何設(shè)定風(fēng)扇轉(zhuǎn)速曲線的結(jié)論沒(méi)有變。
2 AMD處理器的PBO
經(jīng)過(guò)我實(shí)際測(cè)試,將第2個(gè)叉放在(48℃,100%)與放在(70℃,100%)相比,由于我開(kāi)啟了AMD的PBO(Precision Boost Overclocking,即精準(zhǔn)超頻)功能,當(dāng)AMD處理器感覺(jué)到散熱條件好時(shí),會(huì)給CPU加電壓,從而使得其發(fā)熱(即模型中的)加大,所以會(huì)導(dǎo)致前述結(jié)論的錯(cuò)誤,而應(yīng)是風(fēng)扇轉(zhuǎn)速曲線越上凸,噪音反而越大。