說出不要嚇到你!詳解超頻的五大害處

理論上,CMOS門電路輸出的數字信號(也是下一級門電路的輸入信號)理想波形的上、下沿都是嚴格垂直的,從高電平跳變到低電平是突變的,不需要時間。

但是,實際上任何實物集成電路最終的性能都不可能完全達到理論指標。CMOS門電路輸出波形也不是嚴格理論上的”方波”,在電壓跳變的過程中,不但輸出電壓不是嚴格垂直,而且還需要耗費一定的時間。

圖中的Δt是指從高電平到低電平所需要的時間。這是因為CMOS門電路中幾乎無處不在的寄生電容和寄生電阻。而電容器件最重要的一個特性就是,不允許電容器兩端的電壓突變,而必須有個上升或者下降的過程。只要有寄生電容的存在,Δt的存在就不可避免。通常,寄生電容的主要有以下幾種:1)作為輸出的晶體管的結電容;2)作為上級負載的下一級輸入的晶體管的結電容;3)傳輸導線之間和晶體管之間的電容。
寄生電阻和寄生電容越小,高低電平的轉換時間Δt在整個信號中占據的百分比越小,實際輸出的波形也就越接近于理想波形,集成電路的電氣性能就更優秀。它們只能通過制造工藝的提高去減小,而不可能完全消失。高k柵介質(High K gate Dielectric)、SOI工藝絕緣體上硅芯片技術(Silicon On Insulator)、“Low-k”低介電常數絕緣體技術等技術都是為了減小CPU中寄生電容采用的方法,而銅互連則有效減小了CPU中寄生電阻。然而不容樂觀的是,隨著集成密度的提高,線寬越來越窄,導線之間和晶體管之間的距離越來越近,晶體管柵極層厚度越來越薄,這幾年CPU寄生電容和電阻的增加已經成為CPU制造技術中最難又最亟待解決的問題。
超頻的CPU會使信號波形變的更差。因為CPU成品以后,其電容和電阻值都為常數,晶體管的各項參數也已經固定。在信號電壓值不變的情況下, 信號高低電平的跳變所需要的時間也不變。但是頻率的提高會使信號寬度 (占用的時間)變短,最終造成波形進一步惡化。

可以看見,超頻以后的信號更加“非理想化”,電平電壓不變的時間ΔT逐漸減小,給信號的辨認造成困難。當頻率增加過高.門電路還未達到最高電平和最低電平的電壓要求值就開始“跳變”。波形嚴重失真,并且可能造成信號達不到下一級門電路的觸發電壓而使整個CPU無法工作。通常,這種過度超頻會造成電腦根本無法啟動、黑屏等故障。
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