На данный момент, на вашем месте,

На данный момент, на вашем месте, я бы ничего анализировать не стал, а погонял бы систему на предмет работоспособности с новым процессором, а потом установил бы старый. И если со старым процессором всплывёт та же проблема (20 минут работы), то можно было бы с высокой долей вероятности утверждать о том, что неисправность кроется в процессоре (хорошо бы его ещё и на другой исправной плате протестировать).
Но если вам всё же хочется по анализировать его нибудь, то сделайте как говорил Bishop - измерьте сигналы VID ШИМа, ножки 1-5 и 46-48. Судя по даташиту и тому, что процессор AMD, вам нужно узнать лог.уровень VID7 (осцилл в данном случае не нужен, мультиметра достаточно). Этим определите какая используется адресация (5 или 6 бит). А затем по правильной таблице (стр.17-18) рассчитаете напряжение запрашиваемое у ШИМа процессором и сможете сравнить с реальным напряжением выдаваемым ШИМом и ещё сравнить с реальным напряжением для данного процессора в соответствии с его спецификацией (см. в инете).
Но, ИМХО, даже не знаю, что это всё вам даст. Если надумаете мерить, главное ничего лишнего не закоротить, выводы то почти под микросхемой, еле видно.

Да вроде нормально всё. Там ещё, кажется, один стабилизатор есть (левый нижний угол радиатора чипсета).