第 1 代Intel® Xeon®可擴充處理器的散熱管理
按兩下主題以取得詳細資料:
熱管理概述
有關盒裝與托盤,請訪問: Intel® 盒裝處理器和托盤處理器之間的差異是什麼?
什麼是熱管理解決方案?
Intel® Xeon®可擴充處理器的熱管理解決方案適用於 4 向或 8 向多重處理,特定於主機板和機箱的製造商。所有盒裝Intel® Xeon®可擴充處理器產品均作為套件出售,套件包含:
- 散熱解決方案
- 母板
- 底盤
- 電源
有關散熱管理規格,請參閱系統製造商或 Intel® Xeon®處理器數據表。處理器風洞 (PWT) 僅適用於一般用途伺服器(2U 及以上)Intel® Xeon®可擴充處理器,不適用於 1U 機架安裝伺服器的Intel Xeon處理器 MP 或Intel Xeon處理器。
你能給我一些熱管理基礎知識嗎?
使用可擴充處理器Intel® Xeon®系統需要散熱管理。本文檔假定您具備系統操作、集成和散熱管理方面的一般知識和經驗。遵循所提建議的整合商可以為客戶提供更可靠的系統,並且會減少因散熱管理問題而返回的客戶。(術語盒裝Intel® Xeon®可擴充處理器是指包裝供系統整合商使用的處理器。)
在搭載可擴充處理器Intel® Xeon®系統中的過熱管理會影響系統的效能和噪音等級。Intel® Xeon®可擴充處理器使用熱監控器功能,在矽晶片運作超出規格時保護處理器。在設計良好的系統中,熱監控功能永遠不應變為活動狀態。此功能旨在為異常情況提供保護,例如高於正常環境空氣溫度或系統熱管理元件(如系統風扇)故障。當熱監控功能處於活動狀態時,系統效能可能會下降到正常峰值效能水準以下。至關重要的是,系統應設計為保持足夠低的內部環境溫度,以防止Intel® Xeon®可擴充處理器進入熱監控器活動狀態。有關熱監控器功能的資訊,請參閱 Intel® Xeon®可擴充處理器數據表。
此外,Intel® Xeon®可擴充處理器散熱器採用稱為處理器風洞 (PWT) 的主動管道解決方案,其中包括一個高品質的風扇。此處理器風扇以恆定速度運行。只要環境溫度保持在最高規格以下,此管道就會提供足夠的氣流穿過處理器散熱器。
允許處理器在超出其最高指定操作溫度的溫度下運行,可能會縮短處理器的壽命,並可能導致不可靠的操作。滿足處理器的溫度規格最終是系統整合商的責任。使用 Intel Xeon 處理器構建高質量系統時,必須仔細考慮系統的熱管理,並通過散熱測試驗證系統設計。本文件詳細說明 Intel Xeon 處理器的特定散熱需求。使用 Intel Xeon 處理器的系統整合商應該會熟悉本文檔。
什麼是正確的熱管理?
正確的 散熱管理 取決於兩個主要要素:正確安裝到處理器的散熱器,以及通過系統機箱的有效氣流。散熱管理的最終目標是使處理器維持在其最高工作溫度以下。
當熱量從處理器傳遞到系統空氣,然後從系統中排出時,就實現了適當的熱管理。盒裝Intel® Xeon®可擴充處理器隨附散熱器和 PWT,可有效地將處理器熱量傳遞到系統空氣中。系統整合商有責任確保系統有足夠的氣流。托盤Intel® Xeon®可擴充處理器不隨附散熱器和 PWT,確保系統有足夠的氣流是系統整合商的責任。
熱管理操作
如何安裝散熱器?
您必須將散熱器(隨附於盒裝Intel® Xeon®可擴充處理器)牢固地連接到處理器。導熱介面材料(在系統整合期間應用)可提供從處理器到風扇散熱片的有效熱傳遞。危急: 在沒有正確應用隨附的熱介面材料的情況下使用盒裝處理器將使盒裝處理器保固失效,並可能導致處理器損壞。請務必遵循盒裝處理器手冊和整合概述中記載的安裝程式。
處理器風洞上的風扇是高品質的滾珠軸承風扇,可提供良好的局部氣流。此氣流將熱量從散熱器傳遞到系統內部的空氣。然而,將熱量輸送到系統空氣中只是任務的一半。還需要足夠的系統氣流才能排出空氣。如果沒有穩定的空氣流通過系統,風扇散熱器會重新循環熱空氣,因此可能無法充分冷卻處理器。
如何管理系統氣流?
以下是決定系統氣流的因素:
- 機殼設計
- 機箱尺寸
- 機箱進氣口和排氣口的位置
- 電源風扇容量和通風
- 處理器插槽的位置
- 擴充卡和纜線的放置
系統整合商必須確保有足夠的氣流通過系統,以使散熱器有效工作。在選擇子元件和建築系統時,適當注意氣流對於良好的熱管理和可靠的系統運行非常重要。
整合商對伺服器和工作站使用兩種基本的主機板-機箱-電源外型規格:ATX 變體和較舊的伺服器 AT 外型規格。出於冷卻和電壓方面的考慮,Intel 建議盒裝Intel® Xeon®可擴充處理器使用 ATX 外型規格的主機板和機殼。
不建議使用伺服器 AT 外型規格的主機板,因為此類設計未標準化,無法進行有效的散熱管理。但是,某些專為伺服器 AT 外型規格主機板設計的機箱可能會產生有效的散熱。
以下是整合系統時要使用的準則清單:
- 機箱通風口必須功能齊全且數量不多: 整合商應注意不要選擇僅包含裝飾性通風口的機箱。裝飾通風口的設計看起來好像允許空氣流動,但實際上很少或根本不存在氣流。還應避免通風口過多的機箱。在這種情況下,處理器和其他元件上的氣流非常少。在ATX機箱中,必須存在I/O防護板。否則,I/O 開口可能會過度排氣。
- 通風口必須正確放置: 系統必須具有正確定位的進氣口和排氣口。進氣口的最佳位置允許空氣進入機箱並直接流過處理器。排氣口的位置應使空氣在出口之前通過系統的路徑流過各種元件。通風口的具體位置取決於機箱。對於ATX系統,排氣口應位於機箱的前下方和後下方。此外,對於 ATX 系統,必須存在 I/O 擋板,以使機箱能夠按照設計排出空氣。缺少 I/O 防護板可能會破壞機箱內正常的氣流或迴圈。
- 電源供應氣流方向: 選擇具有以正確方向排出空氣的風扇的電源非常重要。某些電源具有指示氣流方向的標記。
- 電源風扇強度: PC 電源包含風扇。對於某些處理器運行過熱的機箱,更換為具有更強大風扇的電源可以大大改善氣流。
- 電源排氣: 大量空氣流經電源裝置,如果通風不良,這可能是一個重大限制。選擇具有大通風口的電源裝置。與壓入電源裝置鈑金外殼的開口相比,電源風扇的鋼指護罩提供的氣流阻力要小得多。
- 系統風扇 - 應該使用嗎? 某些機箱可能包含系統風扇(除了電源風扇之外),以促進空氣流通。系統風扇通常搭配被動式散熱器使用。在某些情況下,系統風扇會改善系統冷卻。使用系統風扇和不使用風扇進行散熱測試將揭示哪種配置最適合特定機箱。
- 系統風扇氣流方向: 使用系統風扇時,請確保其吸入的空氣與整個系統氣流的方向相同。例如,ATX 系統中的系統風扇應充當排氣風扇,將系統內的空氣從機箱後部或前部通風口抽出。
- 防範熱點: 系統可能具有強大的氣流,但仍包含 熱點。熱點是機箱內溫度明顯高於機箱其他空氣的區域。排氣扇、適配卡、纜線或機箱支架和子元件放置不當會阻塞系統內的氣流,都可能造成此類區域。為了避免熱點,請根據需要放置排氣扇、重新定位全長適配卡或使用半長適配卡、重新佈線和系好纜線,並確保在處理器周圍和上方提供空間。
如何執行散熱測試?
主機板、電源供應器、附加周邊裝置和機箱的差異都會影響系統以及運行它們的處理器的操作溫度。選擇主機板或機箱的新供應商時,或是開始使用新產品時,強烈建議進行散熱測試。散熱測試可以確定特定的機箱-電源-主機板配置是否為盒裝Intel® Xeon®可擴充處理器提供足夠的氣流。若要開始為搭載可擴充處理器Intel® Xeon®系統確定最佳散熱解決方案,請聯絡主機板供應商以獲取機箱和風扇配置建議。
熱感測器和溫度參考位元組
Intel® Xeon®可擴充處理器具有獨特的系統管理功能。其中之一是能夠監視處理器相對於已知最大設定的核心溫度。處理器的熱感測器輸出目前的處理器溫度,並可透過系統管理總線 (SMBus) 尋址。可以隨時從熱感測器讀取熱 位元組 (8 位)的資訊。熱位元節粒度為1°C。 然後將來自熱感測器的讀數與溫度參考位元組進行比較。
散熱參考位元組也可透過SMBus上的處理器資訊ROM取得。此8位數位是在製造處理器時記錄的。散熱參考位元組包含一個預程式設計值,該值對應於處理器承受最大散熱規格時的溫度感測器讀數。因此,如果從溫度感測器讀取的熱位元組超過溫度參考位元組,處理器運行的溫度高於規格允許的溫度。
對完全配置系統中的每個處理器施加壓力,讀取每個處理器的熱量感測器,並將其與每個處理器的散熱參考位元組進行比較,以確定它是否在散熱規格範圍內運行,可以進行散熱測試。需要能夠從SMBus讀取資訊的軟體來讀取溫度感測器和溫度參考位元組。
熱測試程式
散熱測試的程式如下:
注意 | 如果要測試具有變速系統風扇的系統,則必須在為系統指定的最大操作室溫度下運行測試。 |
- 為確保測試期間的最大功耗,您必須 停用 系統的自動關機模式或 綠色功能。這些功能可在系統 BIOS 中或由作業系統驅動程式控制。
- 設置 一種記錄室溫的方法,使用精確的溫度計或熱電偶和溫度計組合。
- 啟動 工作站或伺服器的電源。如果系統已正確組裝,處理器也已正確安裝和就位,系統將啟動到預定的操作系統 (OS)。
- 調用 熱應激應用程式。
- 讓 程式運行 40 分鐘。這允許整個系統升溫並穩定下來。 在接下來的 20 分鐘內,每 5 分鐘記錄一次每個處理器的熱感測器讀數。 記錄 1 小時週期結束時的室溫。
記錄室溫后,關閉系統電源。卸下機箱蓋。讓系統冷卻至少 15 分鐘。 |
使用從熱感測器獲得的四個測量值中的最高一個,按照下一節中的步驟驗證系統的熱管理。
驗證系統熱管理解決方案的計算
本節說明如何判斷系統是否可以在最高操作溫度下運行,同時將處理器保持在最大操作範圍內。此過程的結果顯示是否需要改善系統氣流或需要修改系統的最高工作溫度,以產生更可靠的系統。
第一步是為系統選擇最高操作室溫。對於沒有空調的系統,一個常見的值是40°C。 此溫度超過Intel® Xeon®可擴充處理器平台建議的最高外部溫度,但如果使用的機箱不超過 45°C 風扇入口溫度規格,則可以使用此溫度。對於提供空調的系統,一個常見的值是35°C。 選擇適合客戶的值。將此值寫在下面的第 A 行。
將測試後記錄的室溫寫在下面的B行上。從行 A 中減去行 B 並將結果寫在行 C 上。這種差異彌補了以下事實:測試可能是在比系統最高工作溫度涼爽的房間中進行的。
A. _________(最高工作溫度,通常為 35° C 或 40° C)
B. - 試驗結束時_______室溫°C
C. _________
將溫度計記錄的最高溫度寫在下面的 D 行。將數位從 C 行複製到下面的 E 行。將 D 行和 E 行相加,並將總和寫在第 F 行上。此數位代表系統在指定的最高操作室溫度運行類似的熱應力應用時,處理器核心的最高熱感測器讀數。此值必須保持在散熱參考位元元元值以下。將溫度參考位元組讀取寫入第 G 行。
D. _________ 熱感測器的最大讀數
E. + _______ 從上面的C線調整最大工作溫度
F. _________ 在最壞情況下的室內環境中的最大熱感測器讀數
G. _________溫度參考位元組讀取
處理器不應在高於其指定最高操作溫度的溫度下運行,否則可能會發生故障。如果溫度感測器讀數始終小於熱量參考位元組,盒裝處理器將保持在散熱規格範圍內。
如果 F 行顯示處理器核心超過其最高溫度,則需要採取行動。要麼必須顯著改善系統氣流,要麼必須降低系統的最高操作室溫度。
如果第 F 行的數位小於或等於散熱參考位元組,則即使系統在最熱的環境中運行,系統也會在類似的熱應力條件下將盒裝處理器保持在規格範圍內。
總結一下:
如果第 F 行的值大於熱參考位元組,則有兩個選項:
- 改善 系統氣流,降低處理器的風扇入口溫度 (請遵循先前提出的建議)。然後 重新測試 系統。
- 為系統選擇較低的最高操作室溫。請記住客戶和系統的典型環境。
測試提示
使用以下提示來減少不必要的散熱測試需求:
- 當測試支援一個以上處理器速度的系統時,請使用產生最大功率的處理器進行測試。耗散最多功率的處理器將產生最多的熱量。通過測試主板支援的最熱處理器,您可以避免使用在相同的主機板和機箱配置下產生較少熱量的處理器進行額外的測試。
功耗隨處理器速度和矽步進而變化。為確保為您的系統散熱測試選擇合適的處理器,請參閱表 1 瞭解盒裝Intel® Xeon®可擴充處理器的功耗數位。盒裝Intel® Xeon®可擴充處理器標有5位數位的測試規格編號,通常以字母 S 開頭。 - 如果滿足以下所有條件,則不需要使用新主板進行熱檢查:
- 新主機板與先前測試過的機箱一起使用,該機箱與類似的主機板配合使用
- 先前的測試顯示配置可提供足夠的氣流
- 處理器位於兩個主機板上大致相同的位置
- 新主機板上將使用功耗相同或更低的處理器
- 大多數系統在其生命週期中的某個時間都會升級(額外的 RAM、適配卡、驅動器等)。集成商應測試安裝了某些擴展卡的系統,以類比已升級的系統。在重負載系統中運作良好的熱管理解決方案不需要針對輕負載配置進行重新測試。
熱管理規格
Intel® Xeon®可擴充處理器的散熱規格為何?
Intel® Xeon®可擴充處理器數據表(也在表 1 中列出)列出了Intel® Xeon®可擴充處理器在不同工作頻率下的功耗。對於Intel® Xeon®可擴充處理器,可用的最高頻率處理器將比較低頻率消耗更多的功率。在構建具有許多工作頻率的系統時,應使用支援的最高頻率處理器進行測試,因為它消耗的功耗最大。系統整合商可以使用熱電偶進行散熱測試,以確定處理器的整合式散熱器的溫度(有關詳細資訊,請參閱 Intel® Xeon® 可擴充處理器數據表)。
注意 | 由於PWT可以配置為真空模式或壓力模式,因此管道入口溫度應從入口進入PWT,PWT可能與風扇不在同一側。 |
簡單評估進入風扇散熱片的空氣溫度,就能確保系統散熱管理順利進行。對於Intel® Xeon®可擴充處理器,測試點位於風扇集線器的中心,風扇前方約0.3英寸。通過評估測試數據,可以確定系統是否為盒裝處理器提供了足夠的散熱管理。在最大預期外部環境條件(通常為 35°C)下,系統的最高預期溫度應為 45°C。
表 1:Intel® Xeon®可擴充處理器散熱規格 1、3
處理器核心頻率 (GHz) | 最高外殼溫度 (°C) | 建議的最高風扇入口溫度 (°C) | 處理器散熱設計功耗 (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 (B0 步進) | 72 | 45 | 61 |
2.202 (C1 步驟) | 75 | 45 | 61 |
2.402 (B0 步進) | 71 | 45 | 65 |
2.402 ( C1 步驟) | 74 | 45 | 65 |
2.402,4(M0步進) | 72 | 45 | 77 |
2.602 | 74 | 45 | 71 |
2.662 ( C1 步驟) | 74 | 45 | 71 |
2.662 ( M0 階躍) | 72 | 45 | 77 |
2.802 (C1 階躍) | 75 | 45 | 74 |
2.802,4 (M0 階躍) | 72 | 45 | 77 |
32 | 73 | 45 | 85 |
3.062 (C1 步驟) | 73 | 45 | 85 |
3.062 ( MO 步進) | 70 | 45 | 87 |
3.22,4 (M0步長) | 71 | 45 | 92 |
筆記 |
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機箱建議是什麼?
系統整合商必須使用專為支援Intel® Xeon®可擴充處理器而設計的 ATX 機殼。專為支援可擴充處理器而設計Intel® Xeon®機殼除了具有更優異的散熱性能外,還將為處理器提供適當的機械和電氣支援。Intel 已經使用支援的第三方主板測試了機箱與Intel® Xeon®可擴充處理器配合使用。通過此散熱測試的機箱為系統整合商提供了一個確定要評估的機箱的起點。
注意 | 如需 LGA3647 套接字的示範,請查看: |