Gerenciamento térmico para os processadores Intel® Xeon®

Documentação

Manutenção e desempenho

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28/01/2020

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Visão geral do gerenciamento térmico

Qual é a solução de gerenciamento térmico?

A solução de gerenciamento térmico para processadores Intel® Xeon® MP, desenvolvida para multiprocessamento de 4 vias ou 8 vias, é específica ao fabricante da motherboard e do gabinete. Todos os produtos MP in a box Intel Xeon são vendidos como um kit constituído por uma configuração:

  • Solução térmica
  • As
  • Gabinete
  • Fonte de alimentação

Para obter especificações de gerenciamento térmico, consulte o fabricante do sistema ou a ficha técnica do processador Intel Xeon. O processador Wind Tunnel (PWT) destina-se apenas ao uso com o processador Intel Xeon de servidor de uso geral (2U e acima), e não com o processador Intel Xeon MP ou o processador Intel Xeon para servidores de montagem em rack 1U.

Você pode me dar alguns princípios básicos de gerenciamento térmico?

Os sistemas que utilizam processadores Intel® Xeon® precisam de gerenciamento térmico. Este documento pressupõe um conhecimento geral e experiência com operação, integração e gerenciamento térmico do sistema. Os integradores que seguem as recomendações apresentadas podem fornecer a seus clientes sistemas mais confiáveis e perceberão menos clientes voltados para problemas de gerenciamento térmico. (O termo processadores Intel® Xeon® in a box refere-se aos processadores empacotados para uso por integradores de sistemas.)

O gerenciamento térmico nos sistemas baseados nos processadores Intel Xeon in a box pode afetar o desempenho e o nível de ruído do sistema. O processador Intel Xeon utiliza o recurso Monitor térmico para proteger o processador, no decorrer do qual o silício operaria acima da especificação. Em um sistema projetado adequadamente, o recurso Monitor térmico nunca deve se tornar ativo. O recurso destina-se a fornecer proteção para circunstâncias incomuns, como as temperaturas de ar de ambiente normal ou falha de um componente de gerenciamento térmico do sistema (como um ventilador do sistema). Embora o recurso Monitor térmico esteja ativo, o desempenho do sistema pode cair abaixo do seu nível de desempenho normal de pico. É fundamental que os sistemas tenham sido projetados para manter temperaturas de ambiente interno baixa suficiente para evitar que o processador Intel Xeon entre no estado ativo do Monitor térmico. As informações sobre o recurso Monitor térmico podem ser encontradas na ficha técnica do processador Intel Xeon.

Além disso, o dissipador de calor do processador in a box Intel Xeon utiliza uma solução de duto ativa chamada de túnel de Wind Processor (PWT), que inclui um fã de alta qualidade. Esse ventilador de processador opera a uma velocidade constante. Esse duto fornece o fluxo de ar adequado no dissipador de calor do processador, desde que a temperatura do ambiente seja mantida abaixo da especificação máxima.

A possibilidade de os processadores operarem a temperaturas acima da temperatura operacional máxima especificada pode reduzir a vida útil do processador e causar operação não confiável. Em última análise, a especificação da temperatura do processador é responsabilidade do integrador de sistemas. Ao construir sistemas de qualidade usando o processador Intel Xeon in a box, é imperativo pensar cuidadosamente sobre o gerenciamento térmico do sistema e verificar o design do sistema com testes térmicos. Este documento detalha os requisitos térmicos específicos do processador Intel Xeon in a box. Os integradores de sistemas usando o processador Intel Xeon in a box devem se familiarizar com este documento.

O que é gerenciamento térmico adequado?

O Gerenciamento térmico adequado depende de dois elementos principais: um dissipador de calor adequadamente montado no processador e fluxo de ar efetivo através do gabinete do sistema. O objetivo definitivo do gerenciamento térmico é manter o processador abaixo ou abaixo da temperatura máxima de operação.

O gerenciamento térmico adequado é alcançado quando o calor é transferido do processador para o ar do sistema, o que, em seguida, é desconectado do sistema. Os processadores Intel Xeon in a box são fornecidos com dissipador de calor e PWT, que podem transferir o calor do processador para o ar do sistema de forma eficiente. É responsabilidade do integrador de sistemas garantir o fluxo de ar adequado do sistema.

Operações de gerenciamento térmico

Como instalo o dissipador de calor?Você deve conectar o dissipador de calor de forma segura (incluído no processador Intel Xeon) ao processador. O material de interface térmica (aplicado durante a integração do sistema) fornece transferência de calor eficiente do processador para o dissipador de calor com ventilador.

 

Crítica: O uso do processador in a box sem aplicar adequadamente o material de interface térmica é anular a garantia do processador in a box e pode causar danos ao processador. Certifique-se de seguir os procedimentos de instalação documentados no manual do processador in a box e na visão geral de integração.

O ventilador no dissipador de vento do processador é um indicador de bola de alta qualidade que oferece uma boa transmissão de ar local. Essa transmissão aérea transfere o calor do dissipador de calor para o ar dentro do sistema. No entanto, a mudança de calor para o ar do sistema é apenas metade da tarefa. O fluxo de ar suficiente para o sistema também é necessário para esgotar o ar. Sem um fluxo contínuo de ar através do sistema, o dissipador de calor com ventilador recircula o ar quente e, por isso, não é possível resfriar o processador de forma adequada.

Como posso gerenciar o fluxo de ar do sistema?

Estes são fatores que determinam o fluxo de ar do sistema:

  • Design do gabinete
  • Tamanho do gabinete
  • Localização da entrada e exaustão de ar do gabinete
  • Capacidade do ventilador e ventilação da fonte de alimentação
  • Localização do (s) slot (s) do processador
  • Colocação de placas de expansão e cabos

Os integradores de sistemas devem garantir o fluxo de ar adequado através do sistema, para permitir que o dissipador de calor funcione de maneira eficiente. A atenção correta para o fluxo de ar durante a seleção de subconjuntos e sistemas de construção é importante para um bom gerenciamento térmico e operação confiável do sistema.

Os integradores usam dois fatores de forma básicos para a fonte de alimentação e de gabinetes para servidores e workstations: variações de ATX e o fator de forma anterior de servidor AT. Devido a considerações sobre resfriamento e voltagem, a Intel recomenda o uso de gabinetes e gabinetes com fator de forma ATX para o processador Intel Xeon in a box.

As motherboards do tipo servidor AT não são recomendadas porque esses designs não são padronizados para um gerenciamento térmico eficiente. No entanto, alguns gabinetes projetados exclusivamente para as motherboards do fator de forma servidor AT podem gerar resfriamento eficiente.

A seguir encontra-se uma lista de diretrizes a serem utilizadas ao integrar um sistema:

  • As aberturas do gabinete devem ser funcionais e não excessivas por quantidade: Os integradores devem ter cuidado para não selecionar gabinetes que contenham apenas saídas de exaustão superficial. As aberturas superficials são projetadas para parecer que permitem o fluxo de ar, mas o fluxo de ar realmente existe. Os gabinetes com entradas de ar excessivas também devem ser evitados. Nesse caso, muito pouca transmissão passa pelo processador e outros componentes. Em gabinetes ATX, as blindagens de e/s devem estar presentes. Caso contrário, a abertura de e/s pode propiciar um excesso de exaustão.
     
  • As aberturas devem estar localizadas corretamente: Os sistemas precisam ter entradas de entrada e de exaustão adequadamente localizadas. Os melhores locais para os inconvenientes de ar permitem que o ar entre no gabinete e flua diretamente sobre o processador. As aberturas de exaustão devem estar situadas para que o ar flua em um caminho através do sistema, em vários componentes, antes de sair. O local específico das aberturas depende do gabinete. Para os sistemas ATX, as aberturas de exaustão devem estar localizadas na parte inferior frontal e na parte traseira inferior do gabinete. Além disso, para os sistemas ATX, as blindagens de e/s devem estar presentes para permitir que os gabinetes enfiqueem o ar conforme projetado. A falta de uma blindagem de e/s pode atrapalhar o fluxo de ar ou circulação no gabinete.
     
  • Direção do fluxo de ar da fonte de alimentação: É importante escolher uma fonte de alimentação que tenha um fã que exaustão o ar na direção correta. Algumas fontes de alimentação têm marcações observando a direção do fluxo de ar.
     
  • Intensidade do ventilador da fonte de alimentação: As fontes de alimentação do PC contêm um ventilador. Para alguns gabinetes nos quais o processador esteja ficando quente demais, a troca de uma fonte de alimentação por um fã mais forte pode melhorar muito o fluxo de ar.
     
  • Ventilação da fonte de alimentação: Muitos fluxos de ar através da unidade de fonte de alimentação, o que pode ser uma restrição significativa, se não houver uma abertura bem inválida. Escolha uma unidade de fonte de alimentação com aberturas grandes. As proteções por telefone para o ventilador da fonte de alimentação proporcionam muita resistência do fluxo de ar do que as aberturas carimbadas no compartimento de metal da folha da unidade de alimentação.
     
  • Ventilador do sistema-deve ser utilizado? Alguns gabinetes podem conter um ventilador do sistema (além do ventilador da fonte de alimentação) para facilitar o fluxo de ar. Em geral, um ventilador do sistema é utilizado com dissipadores de calor passivos. Em algumas situações, um ventilador do sistema melhora a refrigeração do sistema. Os testes térmicos com um ventilador de sistema e sem o ventilador indicarão a melhor configuração para um gabinete específico.
     
  • Direção do fluxo de ar do ventilador do sistema: Ao usar um ventilador do sistema, certifique-se de que ele esteja puxando o ar na mesma direção do fluxo de ar geral do sistema. Por exemplo, um ventilador de sistema em um sistema ATX deve atuar como um fã de exaustão, puxar ar de dentro do sistema para fora das aberturas de gabinetes traseiros ou frontais.
     
  • Proteja-se contra os hot spots: Um sistema pode ter um fluxo de ar forte, mas ainda conter pontos de acesso. Os Hot spotss são áreas do gabinete que são significativamente mais quentes do que o restante do ar do gabinete. O posicionamento impróprio do ventilador de exaustão, as placas adaptadoras, os cabos ou os suportes do gabinete e os subconjuntos que bloqueiam o fluxo de ar dentro do sistema podem criar tais áreas. Para evitar hot spots, coloque os fãs de exaustão conforme necessário, reposicione as placas de adaptadores de comprimento total ou use cartões de meio comprimento, redirecione e vincule os cabos e certifique-se de que o espaço seja fornecido em torno do processador.
Como executo o teste térmico?

As diferenças nas placas-mãe, fontes de alimentação, periféricos suplementares e gabinetes afetam a temperatura de operação dos sistemas e dos processadores que os executam. O teste térmico é altamente recomendado ao escolher um novo fornecedor para motherboards ou gabinetes ou ao começar a usar novos produtos. O teste térmico pode determinar se uma configuração específica de gabinete-fonte de alimentação-placa-mãe fornece um fluxo de ar adequado para os processadores Intel Xeon in a box. Para começar a determinar a melhor solução térmica para os sistemas baseados no processador Intel Xeon, entre em contato com o fornecedor de sua motherboard para obter recomendações sobre configuração de gabinetes e ventiladores.

Sensor térmico e byte de referência térmica
O processador Intel Xeon tem recursos de gerenciamento de sistema exclusivos. Uma delas é a possibilidade de monitorar a temperatura do núcleo do processador em relação a uma configuração máxima conhecida. O sensor térmico do processador gera a temperatura atual do processador e pode ser abordado através do System Management Bus (SMBus). Um byte térmico (8 bits) de informação pode ser lido a partir do sensor térmico a qualquer momento. A granularidade do byte térmico é de 1 ° c. A leitura do sensor térmico é, então, comparada com o byte de referência térmica.

O byte de referência térmica também está disponível por meio da ROM de informações do processador no SMBus. Esse número de 8 bits é registrado quando o processador é fabricado. O byte de referência térmica contém um valor preprogramado que corresponde à leitura do sensor térmico, quando o processador está sob medida para a sua especificação térmica máxima. Por conseguinte, se a leitura do byte térmico do sensor térmico já exceder o byte de referência térmica, o processador está executando temperatura do que a especificação permite.

Enfatizar cada processador em um sistema totalmente configurado, ler o sensor térmico de cada processador e compará-lo com o byte de referência térmica de cada processador para determinar se ele está sendo executado dentro das especificações térmicas pode fazer um teste térmico. O software que pode ler as informações do SMBus é necessário para ler o sensor térmico e o byte de referência térmica.

Procedimento do teste térmico
O procedimento para o teste térmico é o seguinte:

Pré-registrosSe você estiver testando um sistema com um ventilador de sistema de velocidade variável, você deve executar o teste na temperatura ambiente máxima de operação que você especificou para o sistema.
  1. Para garantir o consumo máximo de energia durante o teste, você deve desativar os modos de ativação automática do sistema ou os recursos verdes. Esses recursos são controlados no BIOS do sistema ou nos drivers do sistema operacional.
     
  2. Configure um método para gravar a temperatura da sala, com um termômetro preciso ou um termopar e uma combinação de medidor térmico.
     
  3. Ligue a Workstation ou o servidor. Se o sistema foi montado corretamente, e o processador é instalado e colocado adequadamente, o sistema inicializa no sistema operacional (SO) pretendido.
     
  4. Invoque o aplicativo termicamente estressante.
     
  5. Permita que o programa seja executado por 40 minutos. Isso permite que todo o sistema se dissipasse e estabilize. Grave a leitura do sensor térmico para cada processador uma vez a cada 5 minutos para os próximos 20 minutos. Grave a temperatura da sala no final do período de 1 hora.
Depois de gravar a temperatura da sala, desligue o sistema. Remova a tampa do chassi. Deixe o sistema resfriar, no mínimo, 15 minutos.
 

Usando as quatro medições mais altas obtidas a partir do sensor térmico, siga o procedimento descrito na seção a seguir para verificar o gerenciamento térmico de sistemas.

Cálculo para verificar a solução de gerenciamento térmico do sistema
Esta seção explica como determinar se um sistema pode operar na temperatura máxima de operação enquanto mantém o processador dentro de seu máximo de alcance de operação. O resultado desse processo indica se o fluxo de ar do sistema deve ser melhorado ou se a temperatura máxima de operação do sistema precisa ser revisada para produzir um sistema mais confiável.

A primeira etapa é selecionar a temperatura máxima da sala de operação para o sistema. Um valor comum para os sistemas nos quais o ar condicionado não está disponível é de 40 ° c. Essa temperatura excede a temperatura externa máxima recomendada para plataformas baseadas no processador Intel Xeon, mas ela pode ser utilizada se o gabinete utilizado não exceder a especificação de temperatura de entrada do ventilador de 45 ° c. Um valor comum para os sistemas nos quais o ar condicionado está disponível é 35 ° c. Escolha um valor adequado para seu cliente. Escreva esse valor na linha A seguir.

Escreva a temperatura da sala gravada após o teste na linha B abaixo. Subtraia o linha B da linha A e escreva o resultado na linha C. Essa diferença compensa o fato de que o teste provavelmente foi realizado em uma sala que é mais fria do que a temperatura máxima de operação do sistema.

A. _________ (temperatura máxima de operação, geralmente 35 ° C ou 40 ° C)

B.-temperatura ambiente _______ ° C no final do teste

C. _________

Escreva a maior temperatura gravada a partir do medidor térmico na linha D abaixo. Copie o número da linha C para a linha E abaixo. Adicione a linha D e a linha e e escreva a soma na linha F. Esse número representa a leitura mais alta do sensor térmico para o núcleo do processador, quando o sistema é utilizado na temperatura máxima de sua sala de operação, executando um aplicativo com a mesma forma térmica. Esse valor deve permanecer abaixo do valor do byte de referência térmica. Escreva a leitura do byte de referência térmica na linha G.

D. _________ leitura máxima do sensor térmico

E. + _______ Max. ajuste da temperatura operacional da linha C acima

F. _________ máx. leitura de sensor térmico em um ambiente de quarto de gabinete

Leitura de bytes da referência térmica G. _________

Os processadores não devem ser executados com temperaturas mais altas do que a temperatura operacional máxima especificada ou as falhas podem ocorrer. Os processadores in a box permanecerão na especificação térmica se a leitura do sensor térmico for menor do que o byte de referência térmica o tempo todo.

Se a linha F revelar que o núcleo do processador excedeu a temperatura máxima, é necessário agir. O fluxo de ar do sistema deve ser significativamente melhorado ou a temperatura máxima da sala de operação do sistema deve ser diminuída.

Se o número na linha F for menor ou igual ao byte de referência térmica, o sistema manterá o processador in a box dentro de uma especificação com condições de estressa térmicas semelhantes, mesmo que o sistema esteja operando em seu ambiente mais quente.

Para resumir:
Se o valor na linha F for maior do que o byte de referência térmica, existem duas opções:

  1. Melhore o fluxo de ar do sistema para reduzir a temperatura da entrada do ventilador do processador (siga as recomendações disponibilizadas anteriormente). Em seguida, teste novamente o sistema.
     
  2. Escolha uma temperatura ambiente máxima de operação mais baixa para o sistema. Tenha em mente o ambiente típico do cliente e do sistema.
Após implementar qualquer uma dessas opções, você deve recalcular o cálculo térmico para verificar a solução.

 

Dicas de teste
Use as seguintes dicas para reduzir a necessidade de testes térmicos desnecessários:

  1. Ao testar um sistema que suporta mais de uma velocidade de processador, teste usando o (s) processador (es) que gera o máximo de potência. Os processadores que dissipam a maior potência vão gerar o máximo de calor. Ao testar o processador mais quente suportado pela motherboard, você pode evitar testes adicionais com processadores que geram menos calor com a mesma configuração da motherboard e do gabinete.

    A dissipação de energia varia com a velocidade do processador e a revisão de silício. Para garantir a seleção do processador apropriado para o seu teste térmico do sistema, consulte a tabela 1 para obter os números de dissipação de energia dos processadores Intel Xeon in a box. Os processadores Intel Xeon in a box são marcados com um número de 5 dígitos para a especificação do teste, geralmente começando com a letra S.
     
  2. A retirada térmica com uma nova motherboard não será necessária se todas as seguintes condições forem atendidas:
    • A nova motherboard é utilizada com gabinetes testados previamente que trabalharam com uma motherboard semelhante
    • O teste anterior mostrou a configuração para fornecer o fluxo de ar adequado
    • O processador está localizado em quase o mesmo lugar em ambas as motherboards
    • Um processador com a mesma dissipação de alimentação ou menor será utilizado na nova motherboard
  3. A maioria dos sistemas é atualizada (RAM adicional, placas adaptadoras, unidades etc.) durante a sua vida. Os integradores devem testar sistemas com algumas placas de expansão instaladas a fim de simular um sistema que tenha sido atualizado. Uma solução de gerenciamento térmico que funciona bem em um sistema muito carregado não precisa ser testado novamente para configurações com pouca carga.

Especificações do gerenciamento térmico

Quais são as especificações térmicas do processador Intel® Xeon®?

A ficha técnica do processador Intel Xeon (também listada na tabela 1) lista a dissipação de energia dos processadores Intel Xeon em várias frequências operacionais. Para os processadores Intel Xeon, o processador de frequência mais alta disponível dissipará mais potência do que as frequências mais baixas. Ao construir sistemas que contenham várias frequências operacionais, o teste deve ser realizado usando o processador de frequência mais alta aceito, porque ele dissipa a maior potência. Os integradores de sistemas podem realizar testes térmicos usando termopares para determinar a temperatura do difusor de calor integrado do processador (consulte a ficha técnica do processador Intel Xeon, para obter detalhes).

Pré-registrosComo o PWT pode ser configurado em um modo de vácuo ou em um modo de pressão, a temperatura de entrada do duto deve ser retomada da entrada no PWT, que pode não estar no mesmo lado do ventilador.

Uma simples avaliação da temperatura do ar de entrada no dissipador de calor com ventilador pode proporcionar confiança no gerenciamento térmico do sistema. Para os processadores Intel Xeon in a box, o ponto de teste está no centro do Hub do ventilador, com cerca de 0,3 polegadas na frente do ventilador. A avaliação de dados de teste permite determinar se um sistema tem gerenciamento térmico suficiente para o processador in a box. Os sistemas devem ter uma temperatura máxima esperada de 45 ° c nas condições máximas de ambiente externo esperadas (geralmente 35 ° c).

Tabela 1: Especificações térmicas do processador in a box Intel Xeon 1, 3

Frequência do núcleo do processador (GHz)Temperatura máxima do gabinete (° c)Temperatura máxima recomendada de entrada do ventilador (° c)Potência de design térmico do processador (W)
1.40694556.0
1.50704559.2
1.70734565.8
1,802694555.8
2784577.2
22704558
2,202 (etapa B0)724561
2,202 (etapa C1)754561
2,402 (etapa B0)714565
2,402 (etapa C1)744565
2,402, 4(etapa de M0)724577
2,602744571
2,662 (etapa C1)744571
2,662 (etapa de M0)724577
2,802 (etapa C1)754574
2,802, 4 (etapa de M0)724577
32734585
3, 62 (etapa C1)734585
3, 62 (etapa mo)704587
3,22, 4 (etapa de M0)714592
 
Notas
  1. Estas especificações são da ficha técnica do processador Intel Xeon.
  2. Este processador é uma redução de chip para a tecnologia de processo de 0,13 mícron.
  3. o barramento frontal de 400MHz e os processadores de barra lateral de 533MHz têm características térmicas idênticas.
  4. Esses processadores incluem um cache iL3 de 1 MB e 2 MB (somente com processador de 3,2 GHz).
Quais são as recomendações do gabinete?

Os integradores de sistemas devem utilizar gabinetes ATX que foram especificamente projetados para suportar o processador Intel Xeon in a box. Para obter mais informações sobre os gabinetes que suportam o processador Intel Xeon in a box, examine a visão geral de integração. Os gabinetes projetados especificamente para suportar o processador Intel Xeon serão fornecidos com o suporte mecânico e elétrico adequado para o processador, além de ter um desempenho térmico aprimorado. A Intel testou o gabinete para uso com os processadores Intel Xeon in a box usando placas de terceiros ativadas. Os gabinetes que passam neste teste térmico fornecem aos integradores de sistema um local de início para determinar que gabinetes avaliar.