Administración térmica para procesadores escalables Intel® Xeon®

Documentación

Mantenimiento y desempeño

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10/05/2023

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Descripción general de la administración térmica

Para caja vs bandeja, visite: ¿Cuál es la diferencia entre los procesadores Intel® en caja y en bandeja?

¿Qué es la solución de administración térmica?

La solución de administración térmica para procesadores escalables Intel® Xeon®, destinada a multiprocesamiento de 4 vías u 8 vías, es específica para el fabricante de la placa base y el chasis. Todos los productos de los procesadores escalables Intel® Xeon® en caja se venden como un kit que consta de una configuración:

  • Solución térmica
  • Placa base
  • Chasis
  • Fuente de alimentación

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

¿Puede proporcionarme algunos aspectos básicos de la administración térmica?

Los sistemas que utilizan procesadores Intel® Xeon® escalables requieren administración térmica. Este documento supone un conocimiento general y una experiencia con respecto al funcionamiento, la integración y la gestión térmica del sistema. Los integradores que siguen las recomendaciones presentadas pueden proporcionar a sus clientes sistemas más confiables y verán menos clientes que regresan con problemas de administración térmica. (El término procesadores escalables en caja Intel® Xeon® hace referencia a los procesadores empacados para que los integradores de sistemas los utilicen).)

La administración térmica en sistemas basados en procesadores escalables Intel® Xeon® puede afectar tanto el desempeño como el nivel de ruido del sistema. Los procesadores escalables Intel® Xeon® utilizan la función de monitor térmico para proteger al procesador durante los tiempos en los que el silicio funcionaría de otro modo por encima de la especificación. En un sistema diseñado correctamente, la función del monitor térmico nunca debe activarse. La función está destinada a brindar protección para circunstancias inusuales, como temperaturas de aire más altas que las normales o fallos de un componente de administración térmica del sistema (como un ventilador del sistema). Mientras la función de monitor térmico está activa, el desempeño del sistema puede estar por debajo de su nivel de desempeño máximo normal. Es fundamental que los sistemas se diseñán para mantener una temperatura ambiental interna lo suficientemente baja para evitar que los procesadores Intel® Xeon® escalables ingresen a un estado activo de monitor térmico. Puede encontrar información sobre la función de monitor térmico en la hoja de datos de los procesadores escalables Intel® Xeon®.

Además, el disipador térmico de los procesadores escalables Intel® Xeon® utiliza una solución de conducto activa llamada Túnel de aire del 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 y cuando la temperatura del ambiente se mantenga por debajo de la especificación máxima.

Permitir que los procesadores funcionen a temperaturas superiores a la temperatura de funcionamiento máxima especificada puede acortar la vida útil del procesador y puede causar un funcionamiento poco confiable. En última instancia, cumplir con la especificación de temperatura del procesador es responsabilidad del integrador del sistema. Al construir sistemas de calidad utilizando el procesador Intel Xeon, es deseable considerar cuidadosamente la administración térmica del sistema y verificar el diseño del sistema con pruebas térmicas. Este documento detalla los requisitos térmicos específicos del procesador Intel Xeon. Los integradores de sistemas que utilizan el procesador Intel Xeon deben familiarizarse con este documento.

¿Qué es la administración térmica adecuada?

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

Se logra una administración térmica adecuada cuando se transfiere calor del procesador al aire del sistema, que luego se ventila fuera del sistema. Los procesadores escalables Intel® Xeon® en caja se entregan con un disipador térmico y el PWT, que puede transferir eficazmente el calor del procesador al aire del sistema. Es responsabilidad del integrador del sistema garantizar un flujo de aire adecuado del sistema. Los procesadores escalables en bandeja Intel® Xeon® no se envían con un disipador térmico y el PWT es responsabilidad del integrador del sistema garantizar un flujo de aire adecuado del sistema.

Operaciones de administración térmica

¿Cómo se instala el disipador térmico? Debe sujetar de forma segura el disipador térmico (incluido con los procesadores en caja Intel® Xeon® escalables) al procesador. El material de interfaz térmica (aplicado durante la integración del sistema) ofrece una transferencia de calor eficaz desde el procesador hasta el disipador térmico del ventilador.

Crítico: El uso del procesador en caja sin aplicar correctamente el material de interfaz térmica incluida anulará la garantía del procesador en caja y podría causar daños al procesador. Asegúrese de seguir los procedimientos de instalación documentados en el manual del procesador en caja y la descripción general de la integración.

El ventilador del túnel de aire del procesador es un ventilador de rodamiento de esfera de alta calidad que proporciona una buena corriente de aire local. Esta corriente de aire transfiere el calor del disipador térmico al aire dentro del sistema. Sin embargo, mover el calor al aire del sistema es solo la mitad de la tarea. También se necesita suficiente flujo de aire del sistema para agotar el aire. Sin una corriente constante de aire por el sistema, el disipador térmico del ventilador volverá a circular con aire caliente y, por lo tanto, es posible que no enfrie el procesador adecuadamente.

¿Cómo se gestiona el flujo de aire del sistema?

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

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

Los integradores del sistema deben garantizar un flujo de aire adecuado a través del sistema para permitir que el disipador de calor funcione eficazmente. Es importante prestar atención debida al flujo de aire al seleccionar los subensabligos y los sistemas de construcción para una buena administración térmica y un funcionamiento confiable del sistema.

Los integradores utilizan dos factores de forma básicos de fuente de alimentación de chasis de placa base para servidores y estaciones de trabajo: variaciones ATX y el formato Server AT anterior. Debido a consideraciones de refrigeración y voltaje, Intel recomienda el uso de motherboards y chasis de factor de forma ATX para los procesadores escalables Intel® Xeon® en caja.

No se recomiendan las motherboards con formato AT para servidores porque dichos diseños no están estandarizados para una administración térmica eficaz. Sin embargo, algunos chasis diseñados exclusivamente para motherboards con formato Server AT podrían generar una refrigeración eficiente.

La siguiente es una lista de pautas que se deben utilizar al integrar un sistema:

  • Las ventilaciones del chasis deben ser funcionales y no excesivas en cantidad: Los integradores deben tener cuidado de no seleccionar el chasis que contenga únicamente respiraderos estéticos. Las ventilaciones cosméticas están diseñadas para parecerse a que permiten el flujo de aire, pero en realidad existe poco o ningún flujo de aire. También se debe evitar el chasis con ventilaciones de aire excesivas. En este caso, muy poco flujo de aire sobre el procesador y otros componentes. En el chasis ATX, las cubiertas de E/S deben estar presentes. De lo contrario, la abertura de E/S puede proporcionar una ventilación excesiva.
  • Los respiraderos deben estar ubicados correctamente: Los sistemas deben tener ubicados correctamente los respiraderos de entrada y salida. Las mejores ubicaciones para las tomas de aire permiten que el aire ingrese al chasis y fluya directamente sobre el procesador. Los respiraderos de salida deben ventilarse de modo que el aire fluya por un camino a través del sistema, a través de varios componentes, antes de salir. La ubicación específica de las ventilaciones depende del chasis. En el caso de los sistemas ATX, los respiraderos de salida deben ubicarse tanto en la parte frontal inferior como en la parte posterior inferior del chasis. Además, en el caso de los sistemas ATX, deben estar presentes los protectores de E/S para permitir que el chasis ventilará aire según lo diseñado. La falta de una cubierta de E/S puede interrumpir el flujo de aire adecuado o la inición dentro del chasis.
  • Dirección del flujo de aire de la fuente de alimentación: Es importante elegir una fuente de alimentación que tenga un ventilador que escape aire en la dirección adecuada. Algunas fuentes de alimentación tienen nomenclaturas que señala la dirección del flujo de aire.
  • Intensidad del ventilador de la fuente de alimentación: Las fuentes de alimentación de PC contienen un ventilador. En el caso de algunos chasis en los que el procesador funciona con demasiado calor, cambiar a una fuente de alimentación con un ventilador más resistente puede mejorar enormemente el flujo de aire.
  • Ventilación de la fuente de alimentación: Muchos flujos de aire a través de la unidad de fuente de alimentación, lo que puede ser una restricción significativa si no se ventila bien. Elija una fuente de alimentación con respiraderos grandes. Los protectores protectores protectores de cables para el ventilador de la fuente de alimentación ofrecen una resistencia al flujo de aire mucho menor que las aberturas selladas en la carcasa de lámina metálica de la unidad de fuente de alimentación.
  • Ventilador del sistema: ¿Debe utilizarse? Algunos chasis pueden contener un ventilador del sistema (además del ventilador de la fuente de alimentación) para facilitar el flujo de aire. Por lo general, los ventiladores de sistema se utilizan con disipadores de calor pasivos. En algunas situaciones, un ventilador del sistema mejora la refrigeración del sistema. Las pruebas térmicas tanto con un ventilador de sistema como sin el ventilador revelarán qué configuración es mejor para un chasis específico.
  • Dirección del flujo de aire del ventilador del sistema: Cuando utilice un ventilador de sistema, asegúrese de que extraiga aire en la misma dirección que el flujo de aire general del sistema. Por ejemplo, un ventilador de sistema en un sistema ATX debería actuar como ventilador de salida, tirando del aire desde dentro del sistema hacia afuera a través de las ventilaciones del chasis trasero o delantero.
  • Protéjase contra Hot Semillero: Un sistema puede tener un flujo de aire fuerte, pero todavía contiene agua caliente. Las zonas calientes del chasis son áreas que están significativamente más calientes que el resto del aire del chasis. La colocación incorrecta del ventilador de salida, las tarjetas adaptadoras, los cables o los soportes del chasis y los subconjuntos que bloqueen el flujo de aire dentro del sistema puede crear tales áreas. Para evitar el calor, coloque ventiladores de extracción según sea necesario, vuelva a colocar las tarjetas adaptadoras de longitud completa o utilice tarjetas de media longitud, vuelva a enrutar y ate los cables, y asegúrese de que haya espacio alrededor del procesador y encima de este.
¿Cómo puedo realizar pruebas térmicas?

Las diferencias en las motherboards, las fuentes de alimentación, los periféricos adicionales y el chasis afectan la temperatura operativa de los sistemas y los procesadores que los ejecutan. Se recomienda encarecidamente realizar pruebas térmicas al elegir un nuevo proveedor para placas base o chasis, o al comenzar a utilizar nuevos productos. Las pruebas térmicas pueden determinar si una configuración específica de la motherboard-fuente de alimentación del chasis proporciona un flujo de aire adecuado para los procesadores escalables Intel® Xeon® en caja. Para comenzar a determinar la mejor solución térmica para sus sistemas equipados con procesadores escalables Intel® Xeon®, comuníquese con el proveedor de la motherboard para obtener recomendaciones de configuración de chasis y ventilador.

Sensor térmico y byte de referencia térmica
Los procesadores Intel® Xeon® escalables tienen capacidades únicas de administración del sistema. Una de estas es la capacidad de supervisar 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 (8 bits) de información desde el sensor térmico en cualquier momento. La granularidad de byte térmico es de 1°C. A continuación, se compara el lectura del sensor térmico 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 al lectura del sensor térmico cuando el procesador se ve afectado por la especificación térmica máxima. Por lo tanto, si la lectura de byte térmico del sensor térmico supera alguna vez el byte de referencia térmica, el procesador se está ejecutando con más frecuencia de la que permite la especificación.

Destacar cada uno de los procesadores en un sistema totalmente configurado, leer el sensor térmico de cada procesador y compararlo con el byte de referencia térmica de cada procesador para determinar si se está ejecutando dentro de las especificaciones térmicas puede realizar pruebas térmicas. Se necesita un software que pueda leer la información del SMBus 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:

Nota Si está probando un sistema con un ventilador de sistema de velocidad variable, debe ejecutar la prueba a la temperatura máxima de sala de operación especificada para el sistema.
  1. Para garantizar el consumo máximo de energía durante la prueba, debe desactivar los modos de apagado automático del sistema o las características verdes. Estas características se controlan dentro del BIOS del sistema o mediante los controladores del sistema operativo.
  2. Establezca un método para registrar la temperatura ambiente, ya sea con una precisa combinación de termopar y medidor térmico.
  3. Encienda la estación de trabajo o el servidor. Si el sistema se ha ensamblado correctamente y el procesador está correctamente instalado y sentado, el sistema arranca en el sistema operativo (SO) previsto.
  4. Invoque la aplicación con estrés térmico.
  5. Permita 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 siguientes 20 minutos. Registre la temperatura ambiente al final del período de 1 hora.
Después de registrar la temperatura ambiente, apague el sistema. Retire la cubierta del chasis. Permita que el sistema se enfríe por lo menos 15 minutos.

Utilizando la más alta de las cuatro mediciones tomadas del sensor térmico, siga el procedimiento descrito en la sección siguiente para verificar la administración térmica de los sistemas.

Cálculo para verificar la solución de administración térmica de un sistema
En esta sección se explica cómo determinar si un sistema puede funcionar a la temperatura de funcionamiento máxima mientras mantiene al procesador dentro de su rango operativo máximo. El resultado de este proceso muestra si es necesario mejorar el flujo de aire del sistema o revisar la temperatura máxima de funcionamiento del sistema para producir un sistema más confiable.

El primer paso es seleccionar una temperatura máxima de sala de operación para el sistema. Un valor común para los sistemas en los que no hay aire acondicionado disponible es de 40 °C. Esta temperatura supera la temperatura externa máxima recomendada para plataformas basadas en procesadores escalables Intel® Xeon®, pero se puede utilizar 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 hay aire acondicionado disponible es de 35°C. Elija un valor adecuado para su cliente. Escriba este valor en la línea A a continuación.

Escriba la temperatura ambiente registrada después de las pruebas en la línea B a continuación. Línea B de resonar de la línea A y escribir el resultado en la línea C. Esta diferencia compensa el hecho de que la prueba probablemente se realizó en una habitación que sea más fría que la temperatura máxima de funcionamiento del sistema.

A. ____ (temperatura máxima de funcionamiento, por lo general 35° C o 40° C)

B. - . Temperatura ambiente ° C al final de la prueba

C._________

Escriba la temperatura más alta registrada desde el medidor térmico en la línea D a continuación. Copie el número de la línea C a la línea E a continuación. Agregue la línea D y la línea E y escriba la suma en la línea F. Este número representa la lectura más alta del sensor térmico para el núcleo del procesador cuando el sistema se utiliza a la temperatura máxima de sala de operación especificada, ejecutando una aplicación con una temperatura térmica similar. Este valor debe permanecer por debajo del valor de Bytes de referencia térmica. Escriba la lectura del bytes de referencia térmica en la línea G.

D. __. Lectura máxima del sensor térmico

E. + . Ajuste de temperatura de funcionamiento máximo de la línea C anterior

F. __. Lectura máxima del sensor térmico en un entorno de habitación en el peor de los casos

G. __. Lectura de bytes de referencia térmica

Los procesadores no se deben ejecutar a temperaturas superiores a la temperatura de funcionamiento máxima especificada o podrían producirse fallos. Los procesadores en caja permanecerán dentro de la especificación térmica si la lectura del sensor térmico es menor que el bytes de referencia térmica en todo momento.

Si la línea F revela que el núcleo del procesador superó su temperatura máxima, entonces se requiere acción. Es necesario mejorar significativamente el flujo de aire del sistema o reducir la temperatura máxima del espacio operativo del sistema.

Si el número en línea F es menor que o igual a Thermal Reference Byte, el sistema mantendrá el procesador en caja dentro de la especificación en condiciones térmicas de resistencia similares, incluso si el sistema se utiliza en su entorno más cálido.

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

  1. Mejore el flujo de aire del sistema para reducir la temperatura de entrada del ventilador del procesador (siga las recomendaciones hechas anteriormente). A continuación, vuelva a probar el sistema.
  2. Elija una temperatura máxima de sala de operación inferior para el sistema. Tenga en cuenta el cliente y el entorno típico del sistema.
Después de implementar cualquiera de las opciones, debe realizar el cálculo térmico para verificar la solución.

Indicios de pruebas
Utilice las siguientes sugerencias para reducir la necesidad de pruebas térmicas innecesarias:

  1. Cuando pruebe un sistema que admita más de una velocidad de procesador, pruebe utilizando los procesadores que generen más potencia. Los procesadores que disipan más potencia generarán más calor. Al probar el procesador más caliente compatible con la motherboard, puede evitar pruebas adicionales con procesadores que generen menos calor con la misma configuración de placa base y chasis.

    La disipación de energía varía según la velocidad del procesador y los pasos del silicio. A fin de garantizar la selección del procesador adecuado para las pruebas térmicas del sistema, consulte la Tabla 1 de números de disipación de energía de los procesadores escalables Intel® Xeon® en caja. Los procesadores escalables Intel® Xeon® en caja están marcados con un número de especificación de prueba de 5 dígitos, que suele comenzar con la letra S.
  2. No es necesario realizar el check-out térmico con una placa base nueva si se cumplen todas las condiciones siguientes:
    • La nueva motherboard se utiliza con un chasis previamente probado que funcionaba con una placa base similar
    • La prueba anterior mostró la configuración para proporcionar un flujo de aire adecuado
    • El procesador se encuentra en aproximadamente el mismo lugar en ambas motherboards
    • Se utilizará un procesador con la misma disipación de energía o menor en la nueva motherboard
  3. La mayoría de los sistemas se actualizan (RAM adicional, tarjetas adaptadoras, unidades, etc.) en algún momento de su vida útil. Los integradores deben probar sistemas con algunas tarjetas de expansión instaladas con el fin de simular un sistema que se haya actualizado. No es necesario volver a probar una solución de administración térmica que funcione bien en un sistema con una carga pesada para configuraciones ligeramente cargadas.

Especificaciones de administración térmica

¿Cuáles son las especificaciones térmicas de los procesadores escalables Intel® Xeon®?

La hoja de datos de los procesadores escalables Intel® Xeon® (también se indica en la Tabla 1) enumera la disipación de energía de los procesadores escalables Intel® Xeon® en varias frecuencias de funcionamiento. Para los procesadores escalables Intel® Xeon®, el procesador de frecuencia más alta disponible disipará más potencia que las frecuencias más bajas. Al construir sistemas que contarán con muchas frecuencias de funcionamiento, las pruebas se deben realizar utilizando el procesador de frecuencia más alta compatible, porque disipa la mayor potencia. Los integradores de sistemas pueden realizar pruebas térmicas utilizando termopars para determinar la temperatura del difusor térmico integrado del procesador (consulte la ficha técnica de los procesadores escalables Intel® Xeon®, para obtener más información).

Nota Debido a que el PWT se puede configurar en un modo de ajuste de temperatura o de presión, se debe tomar la temperatura de entrada del conducto desde la entrada al PWT, que puede no estar del mismo lado que el ventilador.

Una evaluación simple de la temperatura del aire que entra en el disipador térmico del ventilador puede proporcionar confianza en la administración térmica del sistema. Para los procesadores escalables Intel® Xeon®, el punto de prueba se encuentra en el centro del concentrador del ventilador, aproximadamente 0,3 pulgadas frente al ventilador. La evaluación de los datos de prueba permite determinar si un sistema tiene suficiente administración térmica para el procesador en caja. Los sistemas deben tener una temperatura máxima esperada de 45°C en las condiciones de ambiente externas máximas esperadas (que por lo general son de 35°C).

Tabla 1: Especificaciones térmicas de los procesadores escalables Intel® Xeon® 1,3

Frecuencia del núcleo del procesador (GHz) Temperatura máxima de la carcasa (°C) Temperatura máxima de entrada del ventilador recomendada (°C) Potencia de diseño térmico del procesador (W)
1.40 69 45 56.0
1.50 70 45 59.2
1.70 73 45 65.8
1.802 69 45 55.8
2 78 45 77.2
22 70 45 58
2.202 (paso B0) 72 45 61
2.202 (paso C1) 75 45 61
2.402 (paso B0) 71 45 65
2.402 (paso C1) 74 45 65
2.402,4 (paso M0) 72 45 77
2.602 74 45 71
2.662 (paso C1) 74 45 71
2.662 (paso M0) 72 45 77
2.802 (paso C1) 75 45 74
2.802,4 (paso M0) 72 45 77
32 73 45 85
3.062 (paso C1) 73 45 85
3.062 (paso MO) 70 45 87
3.22,4 (paso M0) 71 45 92
Notas
  1. Estas especificaciones provienen de la hoja de datos de los procesadores escalables Intel® Xeon®.
  2. Este procesador es una tecnología de procesamiento de chip de 0,13 micron.
  3. Los procesadores de bus frontal de 400 MHz y frontal de 533 MHz tienen características térmicas idénticos.
  4. Estos procesadores incluyen uno con caché iL3 de 1 MB y 2 MB (solo procesador de 3,2 GHz).
¿Cuáles son las recomendaciones de chasis?

Los integradores de sistemas deben utilizar un chasis ATX que se haya diseñado específicamente para admitir los procesadores escalables Intel® Xeon®. El chasis diseñado específicamente para admitir los procesadores escalables Intel® Xeon® se enviará con soporte mecánico y eléctrico adecuado para el procesador, además de tener un desempeño térmico mejorado. Intel ha probado el chasis para su uso con procesadores escalables Intel® Xeon® que utilizan placas de terceros habilitadas. El chasis que pasa esta prueba térmica proporciona a los integradores de sistemas un punto de partida para determinar qué chasis evaluar.

Nota Para demostraciones sobre el zócalo LGA3647, revise: