Gestión térmica para los procesadores Intel® Xeon®

Documentación

Mantenimiento y desempeño

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29/01/2020

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Introducción a la gestión térmica

¿Cuál es la solución de gestión térmica?

La solución de gestión térmica para los procesadores Intel® Xeon® MP, pensada para el multiprocesamiento de 4 vías o de ocho vías, es específica para el fabricante de la placa base y el chasis. Todos los productos de los procesadores Intel Xeon MP en caja se venden como un kit que consiste en una configuración:

  • Solución térmica
  • Compatibles
  • Chasis
  • Fuente de alimentación

Para obtener las especificaciones de gestión térmica, consulte la hoja de datos del fabricante del sistema o del procesador Intel Xeon. El túnel de aire para el procesador (PWT) solo está diseñado para su uso con el servidor de propósito general (2U y superior) del procesador Intel Xeon, no el procesador Intel Xeon MP ni el procesador Intel Xeon para los servidores de montaje en bastidor 1U.

¿Puede ofrecerme algunos aspectos básicos de la gestión térmica?

Los sistemas que utilizan procesadores Intel® Xeon® requieren administración térmica. En este documento se da por sentado un conocimiento general y experiencia en el funcionamiento del sistema, la integración y la gestión térmica. Los integradores que siguen las recomendaciones presentadas pueden ofrecer a sus clientes sistemas más fiables y verán que hay menos clientes que regresan con problemas de gestión térmica. (El término procesadores Intel® Xeon® en caja se refiere a los procesadores empaquetados para su uso por integradores de sistemas).

La gestión térmica de los sistemas equipados con procesadores Intel Xeon en caja puede afectar tanto al rendimiento como al nivel de ruido del sistema. El procesador Intel Xeon utiliza la función de Monitor térmico para proteger el procesador en los momentos en los que el silicio funcionaría por encima de la especificación. En un sistema diseñado correctamente, la función de Monitor térmico nunca debería estar activa. Esta función está destinada a proporcionar protección para circunstancias inusuales como las temperaturas de aire ambientales normales o el fallo de un componente de gestión térmica del sistema (como un ventilador del sistema). Aunque la función de Monitor térmico está activa, el rendimiento del sistema puede reducir su nivel de rendimiento máximo normal. Es fundamental que los sistemas se diseñen para que mantengan las temperaturas ambientales internas de baja capacidad para evitar que el procesador Intel Xeon acceda a un estado activo del monitor térmico. La información sobre la función de Monitor térmico se encuentra en la hoja de datos del procesador Intel Xeon.

Además, el disipador térmico del procesador Intel Xeon en caja utiliza una solución de conducto activa denominada túnel de aire para el procesador (PWT), que incluye un ventilador de alta calidad. Este ventilador de procesador funciona a una velocidad constante. Este conducto proporciona un flujo de aire adecuado a través del disipador térmico del procesador, siempre que la temperatura ambiental se mantenga por debajo de la especificación máxima.

Permitir a los procesadores funcionar a temperaturas más allá de la temperatura de funcionamiento máxima especificada puede acortar la vida útil del procesador y puede provocar una operación no fiable. La satisfacción de la temperatura del procesador es, en última instancia, la responsabilidad del integrador de sistemas. Al crear sistemas de calidad utilizando el procesador Intel Xeon en caja, es imperativo considerar cuidadosamente la gestión térmica del sistema y verificar el diseño del sistema con pruebas térmicas. En este documento se detallan los requisitos térmicos específicos del procesador Intel Xeon en caja. Los integradores de sistemas que utilizan el procesador Intel Xeon en caja deben familiarizarse con este documento.

¿Cuál es la gestión térmica adecuada?

La gestión térmica adecuada depende de dos elementos principales: un disipador de calor montado correctamente en el procesador y un flujo de aire eficaz a través del chasis del sistema. El objetivo final de la gestión térmica es mantener el procesador a la temperatura de funcionamiento máxima o por debajo de ella.

Se consigue una gestión térmica adecuada cuando se transfiere calor del procesador al aire del sistema, que luego se expulsa del sistema. Los procesadores Intel Xeon en caja se envían con un disipador térmico y el PWT, que pueden transferir el calor del procesador al aire del sistema de un modo eficaz. Es responsabilidad del integrador de sistemas garantizar un flujo de aire adecuado para el sistema.

Operaciones de gestión térmica

¿Cómo instalo el disipador térmico?Debe conectar el disipador térmico (incluido con el procesador Intel Xeon en caja) al procesador. El material de interfaz térmica (aplicado durante la integración del sistema) proporciona una transferencia de calor efectiva del procesador al disipador térmico del ventilador.

 

Crítica: El uso del procesador en caja sin aplicar correctamente el material de interfaz térmico incluido anulará la garantía del procesador en caja y puede causar daños al procesador. Asegúrese de seguir los procedimientos de instalación descritos en el manual del procesador en caja y en la descripción de la integración.

El ventilador del túnel de aire para el procesador es un ventilador de cojinete de bola de alta calidad que proporciona un buen flujo de aire local. Este flujo de aire transfiere calor del disipador térmico al aire dentro del sistema. Sin embargo, trasladar el calor al aire del sistema es solo la mitad de la tarea. También se necesita un flujo de aire para el sistema suficiente para poder agotar la atmósfera. Sin una corriente de aire a través del sistema, el disipador térmico de ventilador recirculará el aire caliente y, por lo tanto, puede que no enfríe el procesador adecuadamente.

¿Cómo puedo gestionar el flujo de aire del sistema?

Los siguientes son factores que determinan el flujo de aire del sistema:

  • Diseño de chasis
  • Tamaño del chasis
  • Ubicación de la entrada de aire de chasis y de los orificios de ventilación
  • Capacidad y ventilación del ventilador de la fuente de alimentación
  • Ubicación de las ranuras del procesador
  • Colocación de tarjetas adicionales y cables

Los integradores de sistemas deben garantizar un flujo de aire adecuado a través del sistema para permitir que el disipador térmico funcione de forma eficaz. La atención adecuada al flujo de aire a la hora de seleccionar subensambles y sistemas de edificios es importante para una buena gestión térmica y un funcionamiento fiable del sistema.

Los integradores utilizan dos formatos de fuente de alimentación y chasis de placa base básicos para servidores y estaciones de trabajo: variaciones de ATX y el servidor más antiguo en formato. Debido a consideraciones sobre refrigeración y voltaje, Intel recomienda el uso de placas base y chasis de formato ATX para el procesador Intel Xeon en caja.

Las placas base en formato de servidor no se recomiendan porque dichos diseños no están estandarizados para una gestión térmica efectiva. Sin embargo, algunos chasis diseñados exclusivamente para el servidor en placas base de formato pueden ofrecer un enfriamiento eficiente.

A continuación se muestra una lista de las directrices que se pueden utilizar cuando se integra un sistema:

  • Los orificios de ventilación del chasis deben ser funcionales y no excesivos: Los integradores deben tener cuidado de no seleccionar chasis que solo contengan ventilaciones cosméticas. Los respiraderos de la cosmética se han diseñado para que se vean como si permitieran el flujo del aire, pero poco o ningún flujo de aire existe realmente. También deben evitarse los chasis con orificios de ventilación excesivos. En este caso, muy poco flujo de aire sobre el procesador y otros componentes. En el chasis ATX, las pletinas de e/s deben estar presentes. De lo contrario, la apertura de e/s puede proporcionar una ventilación excesiva.
     
  • Los respiraderos deben estar en una ubicación adecuada: Los sistemas deben tener una admisión y unos orificios de ventilación de salida correctamente ubicados. Las mejores ubicaciones de las instalaciones de aire permiten que el aire entre en el chasis y fluya directamente a través del procesador. Los respiraderos de escape deben estar ubicados de modo que el aire fluya en una ruta a través del sistema, sobre varios componentes, antes de salir. La ubicación específica de los orificios de ventilación depende del chasis. En el caso de los sistemas ATX, los respiraderos de escape deben estar ubicados tanto en la parte inferior delantera como en la parte inferior del chasis. Además, para los sistemas ATX, las pletinas de e/s deben estar presentes para permitir que el chasis entre en el aire como se ha diseñado. La falta de una pletina de e/s puede alterar el flujo de aire o la circulación adecuados dentro del chasis.
     
  • Dirección de flujo de aire de suministro de alimentación: Es importante elegir una fuente de alimentación que tenga un ventilador que agote el aire en la dirección adecuada. Algunas fuentes de alimentación tienen marcas que señalan la dirección del flujo de aire.
     
  • Potencia del ventilador de la fuente de alimentación: Las fuentes de alimentación de los PC contienen un ventilador. Para algunos chasis en los que el procesador está funcionando demasiado caliente, cambiar a una fuente de alimentación con un ventilador más potente puede mejorar enormemente el flujo de aire.
     
  • Ventilación de la fuente de alimentación: Una gran cantidad de aire fluye a través de la unidad de suministro de alimentación, que puede ser una restricción significativa si no está bien ventilada. Elija una unidad de suministro de alimentación con grandes orificios de ventilación. Los resguardos de los dedos para el ventilador de la fuente de alimentación ofrecen una resistencia de flujo de aire mucho menor que las aberturas estampadas en la carcasa metálica de la unidad de suministro de alimentación.
     
  • Ventilador del sistema: ¿se debería utilizar? Algunos chasis pueden contener un ventilador de sistema (además del ventilador de la fuente de alimentación) para facilitar el flujo de aire. Un ventilador del sistema suele utilizarse con los disipadores térmicos pasivos. En algunas situaciones, un ventilador del sistema mejora la refrigeración del sistema. Las pruebas térmicas, tanto con un ventilador del sistema como sin él, mostrarán la mejor configuración para un chasis específico.
     
  • Dirección del flujo de aire del ventilador del sistema: Cuando se utiliza un ventilador del sistema, asegúrese de que consume aire en la misma dirección que el flujo del aire general del sistema. Por ejemplo, un ventilador del sistema en un sistema ATX debería actuar como un ventilador de escape, extrayendo aire del interior del sistema a través de los orificios de ventilación del bastidor posterior o frontal.
     
  • Proteger contra las zonas activas: Un sistema puede tener un flujo de aire potente, pero aún así contener puntos en caliente. Los puntos problemáticos son áreas dentro del chasis que son significativamente más calientes que el resto del aire del chasis. El posicionamiento inadecuado del ventilador, las tarjetas adaptadoras, los cables o los soportes de chasis y los submontajes que bloquean el flujo de aire en el sistema, puede crear esas áreas. Para evitar la presencia de puntos calientes, coloque los ventiladores de escape cuando sea necesario, cambie la posición de las tarjetas de adaptador de longitud completa o utilice tarjetas de longitud media, rerutee y ate cables, y asegúrese de que el espacio se proporcione alrededor y sobre el procesador.
¿Cómo puedo realizar una prueba térmica?

Las diferencias en las placas base, las fuentes de alimentación, los periféricos y los chasis complementarios afectan a la temperatura de funcionamiento de los sistemas y los procesadores que los ejecutan. Se recomiendan las pruebas térmicas cuando se elige un nuevo proveedor para placas base o chasis, o cuando se empiezan a utilizar nuevos productos. Las pruebas térmicas pueden determinar si un chasis específico, la configuración de la placa base proporciona un flujo de aire adecuado para los procesadores Intel Xeon en caja. Para comenzar a determinar la mejor solución térmica para sus sistemas equipados con procesadores Intel Xeon, póngase en contacto con el proveedor de su placa madre para obtener recomendaciones de configuración de chasis y ventiladores.

Sensor térmico y byte de referencia térmica
El procesador Intel Xeon tiene prestaciones de gestión de sistemas únicas. Una de ellas es la capacidad de monitorizar la temperatura del núcleo del procesador en relación con una configuración máxima conocida. El sensor térmico del procesador genera la temperatura actual del procesador y se puede abordar a través del bus de administración del sistema (SMBus). Se puede leer un byte térmico (de 8 bits) del sensor térmico en cualquier momento. La granularidad de los bytes térmicos es 1 ° c. A continuación, la lectura del sensor térmico se compara con el byte de referencia térmica.

El byte de referencia térmica también está disponible a través de la ROM de información del procesador en el SMBus. Este número de 8 bits se registra cuando se fabrica el procesador. El byte de referencia térmica contiene un valor preprogramado que corresponde a la lectura del sensor térmico cuando el procesador está sometido a la especificación térmica máxima. Por lo tanto, si la lectura de bytes térmicos del sensor térmico supera alguna vez el byte de referencia térmica, el procesador se está ejecutando Hotter que lo que permite la especificación.

Hacer hincapié en cada uno de los procesadores en un sistema completamente configurado, leer el sensor térmico de cada procesador y compararlo con el byte de referencia térmico de cada procesador para determinar si se está ejecutando dentro de las especificaciones térmicas, puede realizar pruebas térmicas. El software que puede leer información fuera del SMBus se necesita para leer tanto el sensor térmico como el byte de referencia térmica.

Procedimiento de prueba térmica
El procedimiento para las pruebas térmicas es el siguiente:

NotaSi está probando un sistema con un ventilador de sistema de velocidad variable, debe ejecutar la prueba en la temperatura de la habitación de funcionamiento máxima que haya especificado para el sistema.
  1. Para garantizar el máximo consumo de alimentación durante la prueba, debe desactivar los modos de apagado automático del sistema o las características verdes. Estas funciones se controlan en el BIOS del sistema o en los controladores del sistema operativo.
     
  2. Configure un método para registrar la temperatura de la habitación, ya sea con una combinación de termómetro o termopar y de medidor térmico.
     
  3. Encienda la estación de trabajo o el servidor. Si el sistema se ha montado correctamente y el procesador está instalado y sentado correctamente, el sistema arranca en el sistema operativo (SO) previsto.
     
  4. Invoque la aplicación de esfuerzo térmico.
     
  5. Permitir que el programa se ejecute durante 40 minutos. Esto permite que todo el sistema se caliente y se estabilice. Registre la lectura del sensor térmico de cada procesador una vez cada 5 minutos durante los próximos 20 minutos. Registre la temperatura de la sala al final del periodo de 1 hora.
Después de grabar la temperatura de la habitación, apague el sistema. Extraiga la cubierta del chasis. Permitir que el sistema se enfríe al menos 15 minutos.
 

Utilizando la mayor de las cuatro mediciones tomadas del sensor térmico, siga el procedimiento de la sección siguiente para verificar la gestión térmica de los sistemas.

Cálculo para verificar la solución de gestión térmica del sistema
En esta sección se explica cómo determinar si un sistema puede funcionar a la temperatura máxima de funcionamiento mientras se conserva el procesador en el rango de funcionamiento máximo. El resultado de este proceso muestra si el flujo de aire del sistema debe mejorarse o la temperatura de funcionamiento máxima del sistema debe ser modificada para producir un sistema más fiable.

El primer paso es seleccionar una temperatura ambiental de funcionamiento máxima para el sistema. Un valor común para los sistemas en los que no hay aire acondicionado es de 40 ° c. Esta temperatura supera la temperatura externa máxima recomendada para las plataformas equipadas con el procesador Intel Xeon, pero puede utilizarse si el chasis utilizado no supera la especificación de temperatura de entrada del ventilador de 45 ° c. Un valor común para los sistemas en los que está disponible el aire acondicionado es de 35 ° c. Elija un valor adecuado para su cliente. Escriba este valor en la línea A continuación.

Escriba la temperatura de la habitación registrada después de realizar las pruebas de la línea B a continuación. Reste la línea B de la línea A y escriba el resultado en la línea C. Esta diferencia compensa el hecho de que la prueba se haya realizado probablemente en una habitación más fría que la temperatura de funcionamiento máxima del sistema.

A. _________ (temperatura de operación máxima, normalmente 35 ° C o 40 ° C)

B.-temperatura de la habitación de la _______ ° C al final de la prueba

C. _________

Escriba la temperatura más alta registrada del medidor térmico en la línea D a continuación. Copie el número de la línea C a la línea E a continuación. Añada la línea D y la línea E y escriba la suma en la línea F. Este número representa la lectura de sensores térmicos más alta para el núcleo del procesador cuando el sistema se utiliza en su temperatura de sala de operaciones máxima especificada que ejecuta una aplicación similar de estrés térmicamente. Este valor debe permanecer por debajo del valor del byte de referencia térmica. Escriba la lectura del byte de referencia térmica en la línea G.

D. _________ lectura máxima del sensor térmico

E. + _______ máx. ajuste de temperatura de funcionamiento de la línea C anterior

F. _________ máx. lectura de sensores térmicos en un entorno de sala de la peor carcasa

G. _________ de referencia térmica lectura de bytes

Los procesadores no deben ejecutarse a temperaturas mayores que la temperatura de funcionamiento máxima especificada o que puedan producir fallos. Los procesadores en caja se mantendrán dentro de la especificación térmica si la lectura del sensor térmico es menor que el byte de referencia térmica en todo momento.

Si la línea F revela que el núcleo del procesador ha superado su temperatura máxima, se requiere una acción. El flujo de aire del sistema debe mejorarse significativamente o la temperatura de la sala de operaciones máxima del sistema debe reducirse.

Si el número de la línea F es menor o igual al byte de referencia térmica, el sistema mantendrá el procesador en caja dentro de la especificación en condiciones de estrés térmico similares, incluso si el sistema funciona en su entorno más cálido.

Para resumir:
Si el valor de la línea F es mayor que el byte de referencia térmica, hay dos opciones:

  1. Mejora el flujo de aire del sistema para reducir la temperatura de entrada del ventilador del procesador (siga las recomendaciones anteriormente realizadas). A continuación, vuelva a probar el sistema.
     
  2. Elija una temperatura de espacio de funcionamiento máxima más baja para el sistema. Tenga en cuenta el cliente y el entorno típico del sistema.
Después de implementar cualquiera de estas opciones, debe volver a calcular el cálculo térmico para verificar la solución.

 

Consejos de prueba
Utilice las siguientes sugerencias para reducir la necesidad de realizar pruebas térmicas innecesarias:

  1. Cuando se prueba un sistema que admite más de una velocidad de procesador, pruebe a utilizar los procesadores que generan la mayor potencia. Los procesadores que disipan la mayor potencia generarán más calor. Al probar el procesador más cálido admitido por la placa base, puede evitar realizar pruebas adicionales con procesadores que generan menos calor con la misma placa base y configuración de chasis.

    La disipación de potencia varía según la velocidad del procesador y la versión del silicio. Para garantizar la selección del procesador adecuado para las pruebas térmicas del sistema, consulte la tabla 1 para obtener los números de disipadores de potencia para los procesadores Intel Xeon en caja. Los procesadores Intel Xeon en caja están marcados con un número de especificación de prueba de 5 dígitos, que normalmente empieza con la letra S.
     
  2. La retirada térmica con una nueva placa base no es necesaria si se cumplen todas las condiciones siguientes:
    • La nueva placa base se utiliza con un chasis probado anteriormente que funciona con una placa base similar.
    • La prueba anterior mostró que la configuración proporciona el flujo de aire adecuado
    • El procesador está ubicado aproximadamente en el mismo lugar en ambas placas base
    • Un procesador con la misma disipación de potencia o menor se utilizará en la nueva placa base.
  3. La mayoría de los sistemas se actualizan (RAM adicional, tarjetas adaptadoras, unidades, etc.) durante su vida. Los integradores deberían probar los sistemas con algunas tarjetas de expansión instaladas para simular un sistema que se ha actualizado. No es necesario volver a probar una solución de gestión térmica que funcione bien en un sistema de carga intensa para configuraciones de carga más ligera.

Especificaciones de gestión térmica

¿Cuáles son las especificaciones térmicas del procesador Intel® Xeon®?

La hoja de datos del procesador Intel Xeon (también se encuentra en la tabla 1) indica la disipación de potencia de los procesadores Intel Xeon en diferentes frecuencias de funcionamiento. Para los procesadores Intel Xeon, el procesador de frecuencia más alta disponible disipará más potencia que las frecuencias más bajas. Cuando se construyen sistemas que van a tener muchas frecuencias de funcionamiento, las pruebas deben realizarse utilizando el procesador de mayor frecuencia admitido, ya que disipa la mayor potencia. Los integradores de sistemas pueden realizar pruebas térmicas utilizando termopares para determinar la temperatura del difusor térmico integrado del procesador (consulte la hoja de datos del procesador Intel Xeon para obtener más detalles).

NotaDebido a que el PWT puede configurarse en un modo de vacío o en un modo de presión, la temperatura de entrada del conducto debe tomarse de la entrada en el PWT, que puede no estar en el mismo lado que el ventilador.

Una evaluación sencilla de la temperatura del aire que entra en el disipador térmico del ventilador puede proporcionar confianza en la gestión térmica del sistema. Para los procesadores Intel Xeon en caja, el punto de prueba se encuentra en el centro del hub del ventilador, aproximadamente 0,3 pulgadas en la parte frontal del ventilador. La evaluación de los datos de prueba permite determinar si un sistema tiene suficiente gestión térmica para el procesador en caja. Los sistemas deben tener una temperatura máxima esperada de 45 ° c en las condiciones ambientales externas máximas esperadas (que normalmente son 35 ° c).

Tabla 1: especificaciones térmicas del procesador Intel Xeon en caja 1, 3

Frecuencia de núcleo de procesador (GHz)Temperatura de encapsulación máxima (° c)Temperatura máxima de entrada recomendada para el ventilador (° c)Potencia de diseño térmico del procesador (W)
1.40694556.0
1.50704559.2
1.70734565.8
1,802694555.8
2784577.2
22704558
2,202 (paso B0)724561
2,202 (paso C1)754561
2,402 (paso B0)714565
2,402 (paso C1)744565
2,402, 4(paso de M0)724577
2,602744571
2,662 (paso C1)744571
2,662 (paso de M0)724577
2,802 (paso C1)754574
2,802, 4 (paso de M0)724577
32734585
3,062 (paso C1)734585
3,062 (paso Mo)704587
3,22, 4 (paso de M0)714592
 
Notas
  1. Estas especificaciones proceden de la hoja de datos del procesador Intel Xeon.
  2. Este procesador es una placa que se reduce a la tecnología de proceso de 0,13 micras.
  3. los procesadores de bus frontal de 400MHz y de 533 MHz tienen características térmicas idénticas.
  4. Estos procesadores incluyen unos con 1 MB y 2 MB (solo procesador de 3,2 GHz) iL3 de caché.
¿Cuáles son las recomendaciones del chasis?

Los integradores de sistemas deben utilizar un chasis ATX que se haya diseñado específicamente para admitir el procesador Intel Xeon en caja. Para obtener más información sobre los chasis que admiten el procesador Intel Xeon en caja, consulte la descripción de la integración. El chasis diseñado específicamente para dar soporte al procesador Intel Xeon se incluirá con la compatibilidad mecánica y eléctrica adecuada para el procesador, además de tener un rendimiento térmico mejorado. Intel ha probado el chasis para su uso con procesadores Intel Xeon en caja utilizando placas de terceros habilitadas. El chasis que supera esta prueba térmica proporciona a los integradores de sistemas un punto de partida para determinar qué chasis se debe evaluar.