誰在控制CPU風扇轉速？什麼是DPTF?
風扇，是CPU、內存和顯卡等設備的主要散熱渠道，也是計算機系統主要的噪音來源，人們對它是又愛又恨。風扇在機箱裡面一會轉的快，一會轉的慢，它的控制系統在哪裡呢？大部分人認為是BIOS控制著它， 畢竟BIOS有很多控制選項和它相關：
有些OEM的BIOS允許更加精細的控制：
其實不然。除了顯卡風扇由顯卡的固件自己控制之外，機箱里的其他風扇，包括CPU、內存和機箱風扇都不由BIOS控制，那麼是誰在掌控著這一切，BIOS在其中扮演什麼角色？我們今天就來一起了解一下，並介紹風扇最新控制技術：Intel的DPTF。
誰在控制風扇？
BIOS並不控制風扇轉速（儘管從能力上來說也可以），因為BIOS主要的生命周期都在啟動前，僅僅一些運行時（Runtime）和SMM程序被留了下來，而風扇轉速控制是從一開機就要開始，直到關機的。有的同學也許注意到了，有些主板在電源一插上，開機按鍵還沒有按下，CPU風扇就已經轉了幾下，而這時BIOS還沒有開始運行。那麼這個控制風扇旋轉速度的幽靈到底是誰呢？在筆記本系統中是EC（一個16位的小晶元，它與伺服器中的BMC類似，掌控筆記本電腦的方方面面），伺服器中是BMC（今後有機會專門講，現在知道是個專門管理主板上方方面面的晶元，也有自己的固件），而台式機中有可能是EC、ME等。
看過我介紹風扇的文章：
老狼：CPU風扇是如何工作的？
就知道風扇的控制曾經極其簡單，只有兩種狀態：轉還是不轉，策略也十分簡單，那就是開機接通電源就轉，關機就停，從而也不需要單獨的控制。如此簡單粗暴的策略顯然會被掃進歷史的垃圾堆裡面。一個好一點的策略是需要降溫的部分溫度高就轉快點，加速讓空氣把熱量帶走；如果溫度低就轉慢點，減低噪音。要做的這兩點需要兩個前提條件，就是轉速可控的風扇，和溫度（如CPU)的讀取。
四根線的Smart Fan讓精確的風扇控制成為可能：
通過四條連線，我們可以控制想要它多塊速度旋轉，也可以了解它現在的轉速：TACH (tachometer) 線用來彙報風扇轉速，而PWM線則用來控制轉速。
那麼如何了解溫度情況呢？主板的溫度可以有自己的感測器，但CPU的溫度如何得知呢？對硬體和BIOS有一定了解的同學可能立刻想要回答：」通過MSR寄存器！「，是的，CPU內部的DTS（Digital Thermal Sensor）會把CPU內核溫度反映到MSR中去，訪問它可以知道CPU內部的溫度，但這是帶內（in-band）的訪問方式，即運行在CPU上的程序才能夠得知這些信息。那帶外設備呢（OOB, out-of-band）?可以通過PECI（platform environment control interface）。是的，你沒有看錯，我也沒有寫錯，不是PCIE（儘管字母一樣，順序不同）。它是一個一根線的匯流排，可以用來讀取CPU內部的信息，它的故事我們今後再說，現在只要知道，通過PECI，帶外設備就可以探知CPU內部DTS的溫度信息。
好了，萬事俱備，只欠東風，現在還需要一個中央控制機構，通過讀取DTS的信息，來通過Smart Fan介面精確控制風扇轉速。在伺服器領域，這個機構就是BMC。伺服器機箱裡面風扇眾多，CPU風扇僅僅是其中一部分，還可能有內存風扇、擴展槽風扇、磁碟陣列風扇和機箱風扇。尤其是磁碟陣列風扇可以是一組風扇。我曾經調試過的8路伺服器，開機後，風扇噪音就像飛機起飛，完全不可以呆在旁邊。伺服器機箱還有單獨的風道設計，良好的風道，可以精確控制各個地方的風扇，形成良好的風道，從而節省一部分風扇，如內存風扇，讓穿堂而過的風幫助發熱巨大的內存來撒熱。這些區域可以形成多個感熱區：
協調這些溫感區十分複雜，BMC的FSC（Fan Speed Control）子系統就是用來完成相應任務的。
對筆記本和部分台式機來說，EC控制著風扇（EC是什麼可以看這篇文章：老狼：合上筆記本的蓋子會發生什麼？背後的機理是什麼？）。筆記本相對簡單，一般只有一個溫感區：
部分台式機沒有EC，ME控制讀取DTS來控制風扇轉速。
好了，我們現在總結一下，BMC、EC或者ME這些帶外設備，他們通過PECI讀取CPU內核DTS的溫度，來控制CPU風扇；也通過其他方式讀取其他的溫度感測器（如磁碟的SMART信息，DIMM的溫度感測器信息等等），來控制它們那裡的風扇。策略就是溫度低轉慢點，溫度高轉快點，簡單而高效。由於它們是帶外設備，不受CPU死機的影響，可以高效而不被干擾的完成任務，是散熱的可靠保證，本文結束！
慢著，這似乎不是最優解。靠溫度來散熱畢竟被動，總是晚了一步，能不能根據工作量(work load)來散熱呢？這裡就要引入Intel的DPTF了。
什麼是DPTF？
如果問你，誰知道現在的Workload是大是小？答案當然是操作系統了，它才有現在運行程序的詳細信息。如果能夠讓操作系統來控制風扇，就可以有的放矢，在工作量大的時候加速風扇，而不是等工作一會有溫度上升再來降溫。這是一種主動散熱的方案，也是一種帶內策略。
操作系統要控制風扇，就要知道有哪些風扇，它們都各自給誰散熱，而這些信息又只有BIOS才能夠知道。Intel提出DPTF（Dynamic Platform and Thermal Framework）來規範這些信息：
DPTF的詳細內容我們今後再詳述，我們今天只要概括了解一下皆可。DPTF繼承了已有一些溫度控制ACPI表，並擴展了很多新表來綜合成一組規範，要求BIOS必須提供這些表來告訴操作系統這些信息：
1. 有哪些散熱設備，都給誰散熱，感測器在哪。
2. 幾組管理策略（Policy），和其中引發的條件。
3. 精確的RPM風扇信息，cTDP等。
有了這些信息，操作系統就可以按需調整風扇轉速了，結合PState和TState，也可以同時對CPU的性能做出綜合控制。值得一提的是DPTF提供的幾組策略，可以在運行時動態切換，從而讓風扇控制更加細膩。例如變形本，變形成平板後散熱困難，可以給出在這種情況下散熱的策略；打開後散熱條件改善，這種情況下散熱策略；插入Dock後，有了電源和Dock本身散熱的支持，這時候細化的散熱策略。更好的風扇控制意味著更低的噪音和提供當期情況更好的性能：
結論
那麼BIOS在兩種風扇控制策略中扮演什麼角色呢？BIOS對於DPTF來說當然是信息提供者，對於EC/ME的風扇控制來說，BIOS只是它們控制模式的配置者，因為他們沒有顯示界面的能力。本質上是個二傳手，把用戶設置的內容告訴EC或者ME罷了。當然BIOS可以設置幾個溫度閾值來處理緊急溫度事件，詳見：
老狼：CPU風扇停轉後會發生什麼？CPU憑什麼燒不壞
帶內的DPTF和基於帶外的風扇控制又是什麼關係呢？它們可以並行不悖。
從圖中我們可以看到PCH和BMC都可以控制風扇的轉速。帶外風扇控制出現的早，對workload後知後覺，但不會受到CPU死機的影響。DPTF在繼承了已有一些溫度控制ACPI表的基礎上，擴展了新表，來讓操作系統做主控制風扇，以和workload同步。但是操作系統死機，DPTF的大部分功能就失效了，這時帶外風扇控制依然發揮作用來降溫。在兩者都失效的時候，THERMTRIP#最後的熔斷機制可以保證CPU在極限情況下不會被燒毀。
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參考資料：
[1]: Understanding Intels Dynamic Power and Thermal Framework 8.1: Smarter Throttling
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