Gestione termica dei processori Intel® Xeon®

Documentazione

Manutenzione e prestazioni

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28/01/2020

NotaPer le demo sul socket LGA3647, consultare:

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Panoramica sulla gestione termica

Che cos'è la soluzione di gestione termica?

La soluzione di gestione termica per processori Intel® Xeon® MP, progettata per il multiprocessore a 4 vie o a 8 vie, è specifica per il produttore della scheda madre e dello chassis. Tutti i prodotti MP dei processori Intel Xeon in box sono venduti come kit costituito da una configurazione:

  • Soluzione termica
  • Motherboard
  • Telaio
  • Alimentatore

Per le specifiche di gestione termica, consultare il produttore del sistema o il Datasheet del processore Intel Xeon. Il processore Wind Tunnel (PWT) è destinato solo all'uso con il processore Intel Xeon per server di uso generico, non con il processore Intel Xeon MP o con il processore Intel Xeon per server rack da 1U.

Potete darmi alcune nozioni di base sulla gestione termica?

I sistemi che utilizzano processori Intel® Xeon® richiedono una gestione termica. Questo documento presuppone una conoscenza generale e un'esperienza con il funzionamento del sistema, l'integrazione e la gestione termica. Gli integratori che seguono le raccomandazioni presentate possono fornire ai loro clienti sistemi più affidabili e vedrà meno clienti tornare con problemi di gestione termica. (Il termine " processori Intel® Xeon® " si riferisce ai processori confezionati per l'uso da parte degli integratori di sistemi.)

La gestione termica dei sistemi basati su processori Intel Xeon in box può influenzare sia le prestazioni che il livello di rumore del sistema. Il processore Intel Xeon utilizza la funzione di monitoraggio termico per proteggere il processore durante i tempi in cui il silicio altrimenti avrebbe operato su specifiche. In un sistema progettato correttamente, la funzione di monitor termico non dovrebbe mai diventare attiva. La caratteristica è destinata a fornire protezione per circostanze insolite, come le normali temperature dell'aria ambiente o il guasto di un componente di gestione termica del sistema (ad esempio un ventilatore di sistema). Anche se la funzione di monitoraggio termico è attiva, le prestazioni del sistema potrebbero scendere al di sotto del normale livello di prestazioni di picco. È fondamentale che i sistemi siano progettati per mantenere temperature ambientali interne sufficientemente basse da impedire che il processore Intel Xeon entri in uno stato attivo per il monitoraggio termico. Le informazioni sulla funzione di monitoraggio termico sono reperibili nel Datasheet del processore Intel Xeon.

Inoltre, il dissipatore di calore del processore Intel Xeon in box utilizza una soluzione di condotta attiva denominata Processor Wind Tunnel (PWT), che include un ventilatore di alta qualità. Questa ventola del processore opera a una velocità costante. Questo condotto fornisce un flusso d'aria adeguato attraverso il dissipatore di calore del processore, purché la temperatura ambiente sia mantenuta al di sotto della specifica massima.

Consentire ai processori di funzionare a temperature che vanno oltre la temperatura operativa massima specificata può ridurre la durata del processore e può causare un funzionamento inaffidabile. Soddisfare le specifiche di temperatura del processore è in definitiva la responsabilità dell'integratore di sistemi. Quando si realizzano sistemi di qualità utilizzando il processore Intel Xeon in box, è fondamentale prendere in considerazione attentamente la gestione termica del sistema e verificare il design del sistema con test termici. Questo documento descrive i requisiti termici specifici del processore Intel Xeon in box. Gli integratori di sistemi che utilizzano il processore Intel Xeon in box dovrebbero familiarizzare con questo documento.

Che cos'è la gestione termica appropriata?

La corretta gestione termica dipende da due elementi principali: un dissipatore di calore correttamente montato sul processore e un flusso d'aria efficace attraverso lo chassis del sistema. L'obiettivo finale della gestione termica è mantenere il processore al di sotto della sua massima temperatura operativa.

La corretta gestione termica viene raggiunta quando il calore viene trasferito dal processore all'aria del sistema, che viene poi scaricato dal sistema. I processori Intel Xeon in box sono forniti con un dissipatore di calore e PWT, che possono trasferire efficacemente il calore del processore all'aria del sistema. È responsabilità dell'integratore di sistemi garantire un flusso d'aria adeguato al sistema.

Operazioni di gestione termica

Come si installa il dissipatore di calore?È necessario collegare saldamente il dissipatore di calore (incluso con il processore Intel Xeon in box) al processore. Il materiale dell'interfaccia termica (applicato durante l'integrazione del sistema) offre un trasferimento di calore efficace dal processore al dissipatore di calore della ventola.

 

Critico: L'utilizzo del processore in box senza applicare correttamente il materiale di interfaccia termica incluso invalida la garanzia del processore in box e può causare danni al processore. Assicurarsi di seguire le procedure di installazione descritte nel manuale del processore in box e la panoramica sull'integrazione.

La ventola del processore Wind Tunnel è un ventilatore a sfere di alta qualità che fornisce un buon flusso di aria locale. Questo flusso di aria trasferisce il calore dal dissipatore di calore all'aria all'interno del sistema. Tuttavia, il calore in avvicinamento all'aria del sistema è solo la metà del compito. È necessario anche un flusso d'aria del sistema sufficiente per esaurire l'aria. Senza un flusso costante di aria attraverso il sistema, il dissipatore di calore del ventilatore ricircola di aria calda e pertanto potrebbe non raffreddare adeguatamente il processore.

Come si fa a gestire il flusso d'aria del sistema?

Di seguito sono riportati i fattori che determinano il flusso d'aria del sistema:

  • Progettazione di chassis
  • Dimensioni chassis
  • Posizione delle aperture di aspirazione e di scarico dell'aria dello chassis
  • Capacità e ventilazione della ventola di alimentazione
  • Posizione degli slot del processore
  • Posizionamento di schede e cavi aggiuntivi

Gli integratori di sistemi devono garantire un flusso d'aria adeguato tramite il sistema per consentire al dissipatore di funzionare in modo efficace. La corretta attenzione al flusso d'aria quando si selezionano sottoassemblaggi e sistemi di costruzione è importante per una buona gestione termica e un funzionamento affidabile del sistema.

Gli integratori utilizzano due schede madri di base-chassis-fattori di forma dell'alimentatore per server e workstation: le varianti ATX e il server obsoleto a fattore di forma. A causa di considerazioni di raffreddamento e tensione, Intel consiglia l'utilizzo di schede madri di fattore di forma ATX e chassis per il processore Intel Xeon in box.

Le schede madri per fattori di forma non sono consigliate perché tali design non sono standardizzati per una gestione termica efficiente. Tuttavia, alcuni chassis progettati esclusivamente per server a schede madri di fattore di forma possono produrre un raffreddamento efficiente.

Di seguito è riportato un elenco di linee guida da utilizzare per l'integrazione di un sistema:

  • Le aperture dello chassis devono essere funzionali e non eccessive in quantità: Gli integratori devono fare attenzione a non selezionare gli chassis che contengono solo bocchette cosmetiche. Le bocchette cosmetiche sono progettate per apparire come se consentissero il flusso d'aria, ma in realtà non esiste un flusso d'aria minimo o nulla. Anche gli chassis con aperture di ventilazione eccessive dovrebbero essere evitati. In questo caso, l'aria scorre molto poco sul processore e su altri componenti. Negli chassis ATX, I/O Shields devono essere presenti. In caso contrario, l'apertura di I/O può consentire un eccessivo sfiato.
     
  • Le aperture devono essere posizionate correttamente: I sistemi devono disporre di sfiati di aspirazione e di scarico correttamente posizionati. Le migliori posizioni per le prese d'aria consentono all'aria di entrare nello chassis e di fluire direttamente sul processore. Le aperture di scarico devono essere situate in modo che l'aria scorra su un percorso attraverso il sistema, su vari componenti, prima di uscire. La posizione specifica delle aperture dipende dallo chassis. Per i sistemi ATX, le bocchette di scarico devono essere posizionate sia nella parte anteriore inferiore che inferiore dello chassis. Inoltre, per i sistemi ATX, i/O Shields devono essere presenti per consentire allo chassis di ventilare l'aria come progettato. La mancanza di uno scudo di I/O può alterare il flusso d'aria o la circolazione dell'aria all'interno dello chassis.
     
  • Direzione del flusso di alimentazione dell'alimentatore: È importante scegliere un alimentatore che abbia un ventilatore che scarichi l'aria nella direzione appropriata. Alcuni alimentatori hanno contrassegni che rilevano la direzione del flusso d'aria.
     
  • Potenza della ventola di alimentazione: Le alimentazioni a PC contengono un ventilatore. Per alcuni chassis in cui il processore è troppo caldo, il passaggio a un alimentatore con un ventilatore più robusto può migliorare notevolmente il flusso d'aria.
     
  • Ventilazione dell'alimentatore: Molta aria scorre nell'unità di alimentazione, che può essere una restrizione significativa se non è ben ventilata. Scegliere un'unità di alimentazione con ampie aperture di ventilazione. Le protezioni delle dita dei cavi per la ventola dell'alimentatore offrono una resistenza di flusso d'aria molto inferiore rispetto alle aperture impresse nel corpo della lamiera dell'alimentatore.
     
  • Ventola di sistema-dovrebbe essere usata? Alcuni chassis possono contenere un ventilatore di sistema (oltre alla ventola dell'alimentatore) per facilitare il flusso d'aria. Una ventola di sistema viene in genere utilizzata con dissipatori di calore passivi. In alcune situazioni, un ventilatore di sistema migliora il raffreddamento del sistema. Il test termico sia con un ventilatore di sistema che senza ventola rivelerà la configurazione migliore per uno chassis specifico.
     
  • Direzione del flusso d'aria del ventilatore di sistema: Quando si utilizza un ventilatore di sistema, assicurarsi che sia in grado di aspirare l'aria nella stessa direzione del flusso d'aria complessivo del sistema. Ad esempio, un ventilatore di sistema in un sistema ATX dovrebbe fungere da ventola di scarico, tirando l'aria dall'interno del sistema attraverso le aperture dello chassis posteriore o anteriore.
     
  • Proteggi dai punti caldi: Un sistema può avere un flusso d'aria forte, ma contiene ancora punti caldi. I punti caldi sono aree all'interno dello chassis che sono significativamente più calde rispetto al resto dell'aria dello chassis. Il posizionamento improprio del ventilatore di scarico, schede di rete, cavi o staffe di chassis e sottoassiemi che bloccano il flusso d'aria all'interno del sistema possono creare tali aree. Per evitare i punti caldi, posizionare i ventilatori di scarico come necessario, riposizionare le schede di rete complete o utilizzare le schede a mezza lunghezza, reinstradare e legare i cavi e garantire che lo spazio venga fornito intorno e sopra il processore.
Come effettuo I test termici?

Le differenze tra schede madri, alimentatori, periferiche e chassis aggiuntivi influiscono sulla temperatura di funzionamento dei sistemi e sui processori che li eseguono. I test termici sono altamente consigliati quando si sceglie un nuovo fornitore per schede madri o chassis o quando si inizia a utilizzare nuovi prodotti. I test termici possono determinare se una configurazione specifica di chassis-alimentatore-scheda madre fornisce un flusso d'aria adeguato per i processori Intel Xeon in box. Per iniziare a determinare la migliore soluzione termica per i sistemi basati su processori Intel Xeon, contattare il fornitore della scheda madre per le raccomandazioni sulla configurazione dello chassis e della ventola.

Sensore termico e byte di riferimento termico
Il processore Intel Xeon offre funzionalità di gestione dei sistemi esclusive. Uno di questi è la possibilità di monitorare la temperatura di base del processore rispetto a una impostazione massima Nota. Il sensore termico del processore restituisce la temperatura corrente del processore e può essere affrontato tramite il bus Management Bus (SMBus). Un byte termico (8 bit) di informazioni può essere letto dal sensore termico in qualsiasi momento. La granularità dei byte termici è di 1 ° c. La lettura del sensore termico viene quindi confrontata con il byte di riferimento termico.

Il byte di riferimento termico è disponibile anche tramite la ROM di informazioni sul processore SMBus. Questo numero a 8 bit viene registrato quando il processore viene prodotto. Il byte di riferimento termico contiene un valore preprogrammato che corrisponde alla lettura del sensore termico quando il processore viene sottolineato alla massima specifica termica. Pertanto, se la lettura termica dei byte dal sensore termico supera sempre il byte di riferimento termico, il processore è più caldo di quanto consenta la specifica.

Sottolineando ciascuno dei processori in un sistema completamente configurato, la lettura del sensore termico di ciascun processore e il confronto con il byte di riferimento termico di ciascun processore per determinare se è in funzione nelle specifiche termiche è possibile eseguire test termici. Il software in grado di leggere le informazioni SMBus è necessario per leggere sia il sensore termico che il byte di riferimento termico.

Procedura di test termico
La procedura per il test termico è la seguente:

NotaSe si sta testando un sistema con una ventola a velocità variabile, è necessario eseguire il test alla temperatura della sala operativa massima specificata per il sistema.
  1. Per assicurare il massimo consumo di energia durante il test, è necessario disattivare la modalità di spegnimento automatico del sistema o le funzioni verdi. Queste funzioni sono controllate sia all'interno del BIOS di sistema che dai driver del sistema operativo.
     
  2. Configurare un metodo per registrare la temperatura ambiente, con un termometro accurato o una termocoppia e una combinazione di contatori termici.
     
  3. Potenziate la workstation o il server. Se il sistema è stato assemblato correttamente e il processore è installato e posizionato correttamente, il sistema si avvia nel sistema operativo (OS) previsto.
     
  4. Richiamare l'applicazione termicamente stressante.
     
  5. Consentire l'esecuzione del programma per 40 minuti. In questo modo l'intero sistema si riscalda e si stabilizza. Registrare la lettura del sensore termico per ogni processore una volta ogni 5 minuti per i prossimi 20 minuti. Registrare la temperatura ambiente alla fine del periodo di 1 ora.
Dopo aver registrato la temperatura ambiente, spegnere il sistema. Rimuovere il rivestimento dello chassis. Consentire al sistema di raffreddare almeno 15 minuti.
 

Utilizzando la più alta delle quattro misurazioni effettuate con il sensore termico, seguire la procedura descritta nella sezione seguente per verificare la gestione termica dei sistemi.

Calcolo per verificare la soluzione di gestione termica di un sistema
Questa sezione spiega come determinare se un sistema è in grado di funzionare alla massima temperatura di funzionamento mantenendo il processore entro il massimo range operativo. Il risultato di questo processo Mostra se il flusso d'aria del sistema deve essere migliorato o la temperatura massima di funzionamento del sistema deve essere modificata per produrre un sistema più affidabile.

Il primo passaggio consiste nel selezionare una temperatura massima della sala operativa per il sistema. Un valore comune per i sistemi in cui l'aria condizionata non è disponibile è di 40 ° c. Questa temperatura supera la temperatura esterna consigliata massima per le piattaforme basate su processori Intel Xeon, ma può essere utilizzata se lo chassis utilizzato non supera la specifica della temperatura di ingresso della ventola di 45 ° c. Un valore comune per i sistemi in cui è disponibile l'aria condizionata è di 35 ° c. Scegli un valore ideale per il tuo cliente. Scrivete questo valore nella riga A riportata di seguito.

Scrivere la temperatura ambiente registrata dopo il test sulla linea B di seguito. Sottraete la linea B dalla linea A e scrivete il risultato sulla riga C. Questa differenza compensa il fatto che il test è stato probabilmente condotto in una sala più fresca rispetto alla massima temperatura di funzionamento del sistema.

A. _________ (temperatura massima di funzionamento, in genere 35 ° C o 40 ° C)

B.-_______ temperatura ambiente ° C alla fine del test

C. _________

Scrivere la temperatura più alta registrata dal contatore termico sulla linea D qui sotto. Copiare il numero dalla riga C alla riga E qui sotto. Aggiungere la linea D e la linea e e scrivere la somma sulla riga F. Questo numero rappresenta la lettura più alta del sensore termico per il core del processore quando il sistema viene utilizzato alla temperatura della sala operativa massima specificata in cui è in uso un'applicazione allo stesso modo termicamente stressante. Questo valore deve rimanere al di sotto del valore di byte di riferimento termico. Scrivere la lettura del byte di riferimento termico sulla linea G.

D. _________ lettura massima dal sensore termico

E. + _______ max. regolazione della temperatura operativa dalla linea C sopra

F. _________ max. lettura del sensore termico in un caso peggiore ambiente

Lettura di byte di riferimento termico _________ G.

I processori non devono essere eseguiti a temperature superiori alla temperatura di funzionamento massima specificata o potrebbero verificarsi guasti. I processori in box rimarranno entro le specifiche termiche se la lettura del sensore termico è inferiore al byte di riferimento termico in ogni momento.

Se la linea F rivela che il core del processore ha superato la temperatura massima, è necessaria un'azione. Il flusso d'aria del sistema deve essere significativamente migliorato o la temperatura della sala operativa massima del sistema deve essere ridotta.

Se il numero della linea F è inferiore o uguale al byte di riferimento termico, il sistema manterrà il processore in box entro le specifiche in condizioni analoghe a livello di stress termico, anche se il sistema viene utilizzato nel suo ambiente più caldo.

Per riepilogare:
Se il valore della linea F è maggiore del byte di riferimento termico, sono disponibili due opzioni:

  1. Migliorate il flusso d'aria del sistema per ridurre la temperatura di ingresso della ventola del processore (seguite le raccomandazioni riportate in precedenza). Quindi riprovare il sistema.
     
  2. Scegliere una temperatura della sala operativa massima inferiore per il sistema. Tenete a cuore il cliente e l'ambiente tipico del sistema.
Dopo aver implementato entrambe le opzioni, è necessario ricalcolare il calcolo termico per verificare la soluzione.

 

Suggerimenti per il test
Utilizzare i suggerimenti riportati di seguito per ridurre la necessità di test termici non necessari:

  1. Quando si testa un sistema che supporta più di una velocità di processore, testare utilizzando i processori che generano più potenza. I processori che dissipano il maggior numero di energia generano il maggior calore possibile. Testando il processore più caldo supportato dalla scheda madre, è possibile evitare ulteriori test con i processori che generano meno calore con la stessa scheda madre e la configurazione dello chassis.

    La dissipazione della potenza varia a seconda della velocità del processore e del silicio. Per garantire la scelta del processore appropriato per i test termici del sistema, fare riferimento alla tabella 1 per i numeri di dissipazione dell'alimentazione per i processori Intel Xeon in box. I processori Intel Xeon in box sono contrassegnati da un numero di specifiche di test di 5 cifre, in genere a partire dalla lettera S.
     
  2. L'estrazione termica con una nuova scheda madre non è necessaria se vengono soddisfatte tutte le condizioni seguenti:
    • La nuova scheda madre viene utilizzata con uno chassis precedentemente testato che ha lavorato con una scheda madre simile
    • Il test precedente ha mostrato la configurazione per fornire un flusso d'aria adeguato
    • Il processore si trova approssimativamente nella stessa posizione su entrambe le schede madri
    • Sulla nuova scheda madre verrà utilizzato un processore con la stessa o minore dissipazione di energia.
  3. La maggior parte dei sistemi viene aggiornata (RAM aggiuntiva, schede di rete, unità, ecc.) durante la loro vita. Gli integratori dovrebbero testare sistemi con alcune schede di espansione installate per simulare un sistema che è stato aggiornato. Una soluzione di gestione termica che funziona bene in un sistema fortemente caricato non deve essere nuovamente testata per configurazioni leggermente caricate.

Specifiche di gestione termica

Quali sono le specifiche termiche del processore Intel® Xeon®?

Il datasheet del processore Intel Xeon (anche elencato nella tabella 1) elenca la dissipazione della potenza dei processori Intel Xeon a varie frequenze operative. Per i processori Intel Xeon, il processore con la massima frequenza disponibile dissipa più potenza rispetto alle frequenze inferiori. Quando si realizzano sistemi che dispongono di numerose frequenze operative, i test dovrebbero essere eseguiti utilizzando il processore a frequenza più elevata supportato, perché dissipa il maggior consumo di energia. Gli integratori di sistemi possono eseguire test termici utilizzando termocoppie per determinare la temperatura del diffusore di calore integrato del processore (consultare il Datasheet del processore Intel Xeon, per maggiori dettagli).

NotaPoiché l'PWT può essere configurato in modalità Vacuum o in modalità pressione, la temperatura di ingresso del condotto deve essere presa dall'ingresso nel PWT, che potrebbe non essere sullo stesso lato della ventola.

Una semplice valutazione della temperatura dell'aria che entra nel dissipatore di calore dei ventilatori può garantire la sicurezza della gestione termica del sistema. Per i processori Intel Xeon in box, il punto di test si trova al centro dell'hub del ventilatore, circa 0,3 cm di fronte alla ventola. La valutazione dei dati di test rende possibile determinare se un sistema ha una gestione termica sufficiente per il processore in box. I sistemi dovrebbero avere una temperatura massima prevista di 45 ° c nelle condizioni ambientali esterne massime previste (generalmente di 35 ° c).

Tabella 1: processore Intel Xeon in Box specifiche termiche 1, 3

Frequenza del core del processore (GHz)Temperatura massima del case (° c)Temperatura di ingresso della ventola massima consigliata (° c)Potenza termica di progettazione del processore (W)
1.40694556.0
1.50704559.2
1.70734565.8
1,802694555.8
2784577.2
22704558
2,202 (passo B0)724561
2,202 (fase C1)754561
2,402 (passo B0)714565
2,402 (fase C1)744565
2,402, 4(passo M0)724577
2,602744571
2,662 (fase C1)744571
2,662 (passo M0)724577
2,802 (fase C1)754574
2,802, 4 (passo M0)724577
32734585
3,062 (fase C1)734585
3,062 (passo MO)704587
3,22, 4 (passo M0)714592
 
Note
  1. Queste specifiche sono del Datasheet del processore Intel Xeon.
  2. Questo processore è un die shrink alla tecnologia di processo 0,13 micron.
  3. i processori front side e 533MHz Front side bus da 400 MHz hanno caratteristiche termiche identiche.
  4. Questi processori includono un cache iL3 da 1 MB e 2 MB (solo processore 3,2 GHz).
Quali sono le raccomandazioni dello chassis?

Gli integratori di sistemi devono utilizzare uno chassis ATX specificamente progettato per supportare il processore Intel Xeon in box. Per ulteriori informazioni sugli chassis che supportano il processore Intel Xeon in box, consultare la Panoramica sull'integrazione. Gli chassis appositamente progettati per supportare il processore Intel Xeon verranno forniti con il supporto meccanico e elettrico appropriato per il processore, oltre ad avere prestazioni termiche migliorate. Intel ha testato lo chassis per l'uso con i processori Intel Xeon in box utilizzando schede di terze parti abilitate. Lo chassis che supera questo test termico fornisce agli integratori di sistemi un punto di partenza per determinare quali chassis valutare.