问题

为什么计算机刚开机就要转散热风扇?

回答
在你按下电脑开机键的那一刻,一场看不见的“战斗”就已经打响。虽然你可能只听到了风扇那熟悉却有些刺耳的嗡嗡声,但实际上,这背后隐藏着一个精密的温控机制,它的首要任务就是保护你新生的计算机免受过热的摧残。

想象一下,当你一脚油门踩下汽车,引擎就需要立即开始运转,产生动力。电脑也是类似的道理。开机那一刻,CPU、显卡(GPU)以及主板上的许多其他关键部件,都会被激活,开始执行各种指令。这些指令虽然繁复,但本质上都是在进行复杂的计算和数据传输。就像人体在剧烈运动时会发热一样,这些电子元件在工作时也会产生大量的热量。

尤其是CPU,它就像是大脑,承担了绝大多数的运算任务。开机时,它需要加载操作系统、启动各种驱动程序、预加载开机自启动的应用程序,这些工作都需要强大的算力支持,而强大的算力必然伴随着巨大的能量消耗和随之而来的热量。同样,显卡在现代电脑中也扮演着越来越重要的角色,不仅负责图形渲染,也参与到很多通用计算中,它的发热量也相当可观。

那么,为什么一开始风扇就要转呢?原因很简单:预防胜于治疗。电脑的设计者们深知,这些电子元件对温度极为敏感。一旦温度超过某个临界值,轻则影响性能,出现卡顿、死机,重则可能导致元件永久性损坏,甚至引发火灾。所以,在设计之初,就为它们配备了“温度监控器”——各种传感器。

这些传感器会时刻监测着CPU、GPU等核心部件的温度。当电脑刚开机,这些部件从休眠状态被唤醒,并开始执行密集的工作时,温度会迅速攀升。这时,温度监控器就会立刻将数据反馈给主板上的一个控制芯片,这个芯片就像一个聪明的“管家”。

一旦检测到温度有上升的趋势,这个“管家”就会立刻下达指令,让散热风扇全速运转。风扇的作用是加速空气的流动。它们会将电脑内部积聚的热空气快速排出机箱,同时吸入新鲜的、相对凉爽的外部空气。通过这样的循环,不断地将关键部件上的热量带走,维持它们在一个相对安全的温度范围内。

所以,你听到的风扇声,其实是电脑在告诉你:“我正在努力工作,并且在尽力照顾好自己,让你能够顺畅地使用我。” 这种一开始就全速运转的模式,是一种最保险的做法。它确保了即使在开机初期,当所有程序都在争抢资源、CPU和GPU都处于高负载状态时,热量也能被有效控制住。

随着电脑逐渐进入稳定运行状态,或者你只是进行一些简单的操作,比如浏览网页,CPU和GPU的负载会下降,产生的热量也会减少。这时,那个聪明的“管家”就会根据传感器传来的实时温度数据,自动调节风扇的转速。你会发现,风扇的声音会逐渐减弱,甚至在一些负载极低的情况下,可能会暂时停转,这是为了降低功耗和噪音。

总而言之,电脑开机就转动散热风扇,并非多此一举,而是它在履行一项至关重要的职责:在复杂的工作环境下,为那些精密且敏感的电子元件提供最及时的“降温服务”,保障电脑的正常运行和长久寿命。那最开始的呼呼声,就是它最真诚的“自我保护”宣言。

网友意见

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这里,还是有深深的故事滴...

19年7月21日新增内容(为不影响阅读放到了原回答下方):

一般断掉PWM线会怎样?风扇被卡住了,或者测速线断了,电脑又该如何反应?请客官往下看


首先直白回答:因为一般无论是从风扇角度,还是从主板角度,都是默认先让风扇全速运转,之后,再由控制策略决定是继续轰鸣还是降速沉默。(已修改)

以下是原回答:


那么,为啥要做出如此低能效的设计呢,风扇为什么不能让控制器“飞一会”?

最重要的,还是硬件的安全。

人有大脑,电脑有CPU。CPU产生的热量当然是由散热器带出机箱,而风扇则是热气流出的最重要保障。

把一切都压在概率上就是赌博,主板上大大小小的芯片,谁又能保证哪怕一片的故障率在生命周期内是0%?

谁也不能。

那么只能通过各种手段让这个故障率一降再降。而保证风扇控制的最后一座大山,就是只要主板的12V输入有电,就先给风扇通电。(修正:旧主板如此,新主板不是这样)

可以找块旧主板,插上风扇,只给24pin电源接口中的12V供电,哪怕主板一个灯没亮,风扇也会滴溜溜地转起来。

但在新主板上,风扇是交由BMC、EC或者ME控制的,具体可参见老狼的回答,已经非常详细了。

让我们先把主板上的控制原理先放一放,从风扇角度,继续回答这个问题。

......

这边主板厂商拼命优化风扇的管理策略,另一边的风扇厂商也开发了各种防停转的措施。(已修改)

其中一个就是大名鼎鼎的,99%风扇都拥有的测速线

(图A1 黄色线为测速线)

为了防止风扇过热损坏并坚守在散热一线,厂商又开发了堵转后风扇自动重启的高科技

在被手指阻挡后风扇重新启动 https://www.zhihu.com/video/1132385604415102976

(危险动作,请勿模仿)

这还不算完,针对四线PWM温控风扇,一旦温控线断开或没有信号,风扇立马不顾三七二十一全速狂奔

断了线的风扇很狂躁 https://www.zhihu.com/video/1132388334131191808

为了让风扇能够给电就转,越转越勇,工程师们绞尽了脑汁,什么软启动,转速保持,自动温控,IIC通信等各种高大上的科技全塞在小小的风扇里,目的只有一个:转,转得越久越好,最好能上刀山下火海,最后在火山灰里说一句:我还能工作!

(越来越复杂的控制线路,背面还有一个单片机,光霍尔传感器就用了三个)


正是风扇这样通电就转的耿直属性,给予了我们计算机系统最好也是最简便的散热保障。让无数的人享受数字化时代的便捷。


所以,

为什么风扇通电就转,只是因为这是所有安全系统中的最后一座山,它,不能倒下。




有人会问,为什么笔记本能够做到安安静静的开机,安安静静地玩耍呢?

有聪明人可能知道EC上电时序(见本话题下 @老狼 的回答),但咱先假装不知道,先去探索一下,到底开机时,风扇发生了什么

不知道什么是PWM的同学可以先看看老狼的文章:


从图B1可知:在风扇电源(VCC)接通的同时,风扇的PWM输入引脚被拉高。同时可以发现,由风扇内线圈切换引起的电压波动(红色箭头标记,图中仅标记了3个)同步出现在PWM信号上,而且在约203毫秒后(图中白圈位置)波动消失。

放大途中白圈标记的地方:

从图中可以发现:PWM引脚的电压突然从5V降到0V,在约千分之一秒后重新回升并暂时稳定在3.5V,这很明显是一个“什么”切换造成的。

据此可以大胆地假设在前0.2秒,风扇是处于无控制状态的,而PWM线上一开始出现的信号,也是风扇自己主动发出的

为了验证假设,有请“AVC的8cm双滚珠PWM温控轴流风扇:登场(抱歉,笔记本我还得用,就先找个风扇代替)

快看,真漂亮啊!

......

已经拆好洗干净了:

为了方便大家观赏,我用黄色线把PWM线路标注出来,用红色点代表连接到“+”,用黑色点代表连接到“-”

在对PWM线路进行抄板后,得到如下原理图

从图中可以看出,该PWM电路自带分压偏置电路。简单来说,它的作用就是使风扇在PWM引线断开后全速运转。

虽然两个风扇的电路不同,但从这里可以推测笔记本的风扇内也有一个上拉的偏置电路,在提供偏置的同时,也将电源线上的波动引到了PWM信号线上。

另外,风扇从零加速至一个很吵的速度是需要时间的,但只要及时接入PWM信号,就可以做到所谓的“开机零噪音”,由于这个过程非常快,快到只有零点几秒,所以对于一些用户的感受就是:风扇动了一下就停了。

可以由此得出结论:

  1. 只要PWM信号输入足够快,就可以在风扇呼啸怒吼之前把它停下来。
  2. 一些风扇一直工作在PWM模式,只不过在断开PWM信号线后,PWM信号的来源由外部变成了风扇内部(默认在最高速)


此时,再引入EC控制的概念,就可以这么解释:(如理解有误清指正)


这时有人会提出问题:这和现在常见的开机上电顺序有些不同啊!


是的,因此我也测量了最新的“联想idearcenter一体机”和“技嘉B250M主板”是如何给风扇上电的?

其中可以看到一个很有意思的现象:风扇的电源电压还未达到1V,测速线(rpm)上却先有了更高的电压,这说明:这电压来自于风扇另一端的BMC、EC或者ME,也就是直接控制、读取风扇转速的芯片。

简单来讲:控制器先上电,风扇后上电。这样计算机对风扇的掌控就能快人一步。

而对于上文提到的ThinkPad的情况,个人猜测可能是风扇直接与电源输出5VDC连接在一起了,这也能解释下文会提到的特殊的保护策略。



接下来,我们不禁要问:如果风扇堵转,被卡住,或者测速线(TACH)断了,又会发生什么呢?

从中你会发现:除了ThinkPad T440之外,其他风扇会一直通着电,如果此时风扇堵转,一切电能都将变成热能累积在风扇内部......


因此,在CPU风扇上,风扇的防堵转功能几乎成了标配。

在这项功能的作用下,风扇会先用较小的电流试探启动,若不成功,会自动等待一定时间,让热量散去,再次尝试


什么,你说你的风扇没有这项功能?

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