电脑在更高温度下会加速吗？

在更高的温度下，计算机会更快吗？显然，人们总是想让计算机降温，因为更高的温度会损坏核心组件。

但是，这是硅之间的相互作用吗？硅在高温下会释放更多的电子，而金属组件的电阻会随着温度的升高而增加？还是在整体计算机性能方面可以忽略不计？

让我们将您的问题分解为几个子问题：

更快的计算机：

计算机“速度”的最常见度量是其最大时钟频率。这项措施从来都不是一个准确的方法（兆赫兹神话），但是在近几年多核处理器成为标准之后，它变得完全不重要。在当今的计算机中，顶级性能是由比最大时钟频率复杂得多的因素决定的（这些因素包括硬件和软件方面）。

温度对时钟频率的影响：

话虽如此，我们仍然想看看温度如何影响计算机的时钟频率。好吧，答案是它不会以任何明显的方式影响它。（通常）计算机时钟来自晶体振荡器，该晶体振荡器根本不会发热。这意味着振荡器的频率与温度无关。振荡器产生的信号的频率乘以PLL。PLL的输出频率将不受温度的影响（假设它们的设计正确），但是PLL时钟信号中的噪声电平将随温度而增加。

上面的讨论得出以下结论：温度的升高不会增加时钟的频率（增加任何可观的量），但是会由于时钟信号中噪声的增加而导致逻辑故障。

温度对最大时钟频率的影响：

温度实际上对时钟的预定频率没有影响。但是，也许更高的温度允许采用更高的频率？

首先，您需要了解现代计算机的时钟频率并没有达到技术极限。这个问题已经在这里提出了。

以上意味着您可以将CPU的频率增加到默认值以上。但是，事实证明，在这种情况下，温度是限制因素，而不是好处。这有两个原因：

• 导线的电阻随温度增加
• 电迁移率随温度增加

第一个因素导致高温下逻辑故障的可能性更高（使用了错误的逻辑值）。第二个因素导致高温下物理故障的可能性更高（例如永久损坏导线）。

因此，温度是处理器最大频率的限制因素。这就是为什么在处理器过冷时执行最滥用的处理器超频的原因。

硅中的热激发载流子：

我认为，硅的电阻率会随温度降低而得出错误的结论。事实并非如此。

虽然发热量确实随着温度而增加，但是本征硅没有太多用处。工业上使用的大多数硅是掺杂的，这意味着热激发的载流子占硅中自由载流子的比例可忽略不计。因此，即使大大提高热激发速率也不会明显影响自由载流子的密度。看看这个计算器，尝试找出在什么温度下热产生载流子的密度接近正常的掺杂浓度（）-您的处理器将在产生热之前很久就烧坏影响硅的导电性。$\geq 10^{16}cm^{-3}$

此外，自由载流子的迁移率往往随温度而降低。因此，您可能会观察到降低的结果会导致逻辑故障的可能性更高，而不是提高硅的电导率。

结论：

温度是计算机速度的主要限制因素。

处理器温度越高，导致全球变暖的速率越高，这是非常糟糕的。

感兴趣的读者的高级主题：

据我所知，以上答案对于32纳米以下的技术完全正确。但是，对于英特尔的22nm finFET技术而言，情况可能会有所不同（我发现网络上没有针对这种最新工艺的参考），并且随着工艺技术的不断缩小，这种情况肯定会发生变化。

比较使用不同技术实现的晶体管“速度”的常用方法是表征最小尺寸反相器的传播延迟。由于此参数取决于驱动电路和逆变器本身的负载，因此，当在形成环形振荡器的闭环中连接很少的逆变器时，将计算延迟。

如果传播延迟随温度增加（逻辑变慢），则称该器件在“正常温度依赖性”条件下运行。但是，取决于设备的工作条件，传播延迟会随着温度的升高而减小（逻辑更快），在这种情况下，该设备被称为在反向温度依赖状态下工作。

从正向温度状态转换到反向温度状态所涉及的因素，即使是最基本的概述，也超出了一般答案的范围，并且需要对半导体物理学有相当深入的了解。本文是这些因素的最简单但完整的概述。

上面文章（以及我在网上找到的其他参考文献）的底线是，在当前采用的技术中不应观察到反向温度依赖性（也许，对于22nm finFET，我没有发现任何数据）。

答案是不。

主要是因为计算机是时钟电路。如果CPU或整个计算机的温度更高，则时钟电路将不会运行得更快。因此，无论温度如何，MIPS或FLOPS的数量都相同。

但是，从对您的问题的评论中可以看出，温度可能会影响您的CPU支持的最大时钟速率。

计算机的运行速度与您的时钟一样快。因此，在不进行任何其他操作的情况下加热计算机不会影响计算能力，直到计算机被加热到损坏甚至计算能力变为0为止。

运行计算机需要使用电能，电能会作为热量散失在计算机中。使用的电量部分与时钟速度成正比。这意味着计算机温度越高，您必须降低计算机时钟频率，以避免达到无法正常运行并可能永久损坏的临界点。

这就是高性能计算机具有温度传感器的原因。外部电路尽可能为计算机提供时钟，但不要超过其最高工作温度。因此，对这些单元之一进行加热会降低计算能力，因为热管理电路会使计算机时钟变慢，因为在达到最高工作温度之前允许的电功率较小。

我记得曾见过英特尔的广告。他们炫耀说他们的处理器具有内置的温度感应和时钟调节电路。他们展示了两台计算机，其中一台装有芯片，一台装有竞争对手的计算机，它们以相同的速度运行相同的程序。然后他们从两个处理器上取下了散热器。具有内部热管理电路的驱动器变慢了。另一个保持了一段时间，然后在过热时完全退出。

在典型计算机中，开关元件的主要类型是金属氧化物半导体场效应晶体管。这样的设备在热时比在冷时通过电流的效率低。尽管在某些情况下这种行为可能是件好事（例如，它可以提高功率MOSFET的负载共享能力），但这也意味着用MOSFET实现的逻辑功能在较高温度下进行切换需要花费更长的时间。由于计算机的可靠运行要求在下一个周期到来之前，所有应该在给定周期内切换的电路都必须设法这样做，因此计算机通常无法在高温下像在低温下那样快地运行。

此外，计算机使用互补MOSFET逻辑产生的热量在很大程度上与它的实际运行速度成正比。为了防止过热损坏，许多处理器都有电路，如果温度超过特定阈值，它们会自动降低速度。当然，这将严重降低应用程序的性能，但是使应用程序变慢可能比使处理器暂时或永久完全停止运行更好。