英特尔® 至强® 可扩展处理器的散热管理

适用于 英特尔® 至强® 可扩展处理器的散热管理解决方案适用于 4 路或 8 路多处理，特定于主板和机箱的制造商。所有盒装 英特尔® 至强® 可扩展处理器产品均以包含配置的套件出售：

• 散热解决方案
• 主板
• 底盘
• 电源

有关散热管理规范，请参阅 系统制造商或 英特尔 至强处理器数据表。处理器风洞 （PWT） 仅适用于通用服务器（2U 及更高）英特尔® 至强®可扩展处理器，而不是 英特尔 至强 处理器 MP 或适用于 1U 机架安装服务器的英特尔 至强处理器。

使用英特尔® 至强®可扩展处理器的系统需要散热管理。本文档拥有系统运行、集成和散热管理方面的一般知识和经验。遵照介绍的集成商可以为客户提供更可靠的系统，并且因散热管理问题而退回的客户将会减少。（“盒装英特尔® 至强®可扩展处理器”一词是指为系统集成商包装后使用的处理器。）

基于英特尔® 至强®可扩展处理器的系统中的散热管理会影响系统的性能和噪声级别。英特尔® 至强® 可扩展处理器在芯片以高于规格运行期间使用 Thermal Monitor 功能保护处理器。在正确设计的系统中，散热监视器功能绝不应处于活动状态。此功能旨在为异常环境（如高于正常环境温度或系统散热管理组件（如系统风扇）的故障提供保护。当温度监视器功能处于活动状态时，系统的性能可能会低于正常峰值性能水平。系统的设计是保持足够低的内部环境温度，以防止英特尔® 至强®可扩展处理器进入热监视器活动状态至关重要。有关热监视器功能的信息可在 英特尔® 至强®可扩展处理器数据表中找到。

此外，英特尔® 至强® 可扩展处理器散热器还使用了一种称为处理器风洞 （PWT） 的主动管道解决方案，该解决方案包含高质量风扇。该处理器风扇以恒定的速度运行。只要环境温度保持在最高规格以下，该管道就可为处理器散热器提供充足的气流。

允许处理器在超出规定工作温度最高温度的温度下运行可能会缩短处理器的寿命，并导致操作不可靠。满足处理器的温度规格最终是系统集成商的责任。使用英特尔 至强处理器构建高质量系统时，必须仔细考虑系统的散热管理，并通过热测试验证系统设计。本文档详细介绍了 英特尔 至强 处理器的特定散热要求。使用 英特尔 至强 处理器的系统集成商应该熟悉本文档。

正确的 散热管理 取决于两个主要因素：正确安装到处理器的散热器，以及通过系统机箱出现有效的气流。散热管理的最终目标是使处理器保持在或低于其最高工作温度。

当热量从处理器传输到系统空气（然后通风至系统外）时，系统将实现正确的散热管理。盒装英特尔® 至强®可扩展处理器随散热器和 PWT 一起发运，可有效将处理器热量传输到系统风中。确保系统气流充足是系统集成商的责任。散装英特尔® 至强®可扩展处理器不带散热器和 PWT，系统集成商有责任确保系统气流充足。

关键： 使用盒装处理器时未正确应用所含热界面材料会使盒装处理器失效，并可能对处理器造成损坏。请务必遵循盒装处理器手册和集成概述 中记录的安装过程。

处理器 Wind Tunnel 上的风扇是一个高质量的带有球的风扇，可提供优质的本地通风。这种空气流将热量从散热器传输到系统内部的空气中。但是，将热量移到系统风中只是任务的一半。还需要足够的系统气流才能使空气耗尽。如果没有系统稳定的空气流式传输，风扇散热器便会重新散热，因而可能无法充分冷却处理器。

确定系统气流的因素如下：

• 机箱设计
• 机箱大小
• 机箱进排气孔的位置
• 电源风扇容量和通风
• 处理器插槽的位置
• 外接卡和电缆的位置

系统集成商必须确保整个系统有充足的气流，以允许散热器有效工作。在选择分组件和构建系统时，要适当注意气流，这对于实现良好的散热管理和可靠的系统运行至关重要。

集成商在服务器和工作站中使用两种基本的主板-机箱电源外形：ATX 变体和较旧的服务器 AT 外形。考虑到冷却和电压方面的考虑，英特尔建议在盒装英特尔® 至强®可扩展处理器上使用 ATX 外形主板和机箱。

不建议使用服务器 AT 外形主板，因为此类设计并未标准化，以实现有效的散热管理。但是，一些专为 Server AT 板型主板设计的机箱可能会产生高效冷却。

以下是集成系统时要使用的准则列表：

• 机箱通风口必须正常工作，但数量不能过多： 集成商应注意，不要选择仅包含装饰性通风口的机箱。装饰性通风口设计为看上去似乎允许气流，但实际上只有很少或没有气流。此外，还应避免通风孔过多的机箱。在这种情况下，处理器和其他组件的气流很少。在 ATX 机箱中，必须提供 I/O 防护板。否则，I/O 孔可能会造成过度通风。
  
• 必须正确定位通风口： 系统必须具有位置适当的进排气孔。通风入口的最佳位置允许空气进入机箱，并直接在处理器上流动。排气通风口应进入人流，以便在通过系统的路径上通过各种组件的气流，然后再退出。通风口的具体位置取决于机箱。对于 ATX 系统，排气口应位于机箱的底部前后部。此外，对于 ATX 系统，必须使用 I/O 防护板来使机箱能够按照设计通风。缺乏 I/O 防护板可能会破坏正确的气流或夹在机箱中。
  
• 电源气流方向： 选择具有风扇、使空气朝着正确的方向排气的电源是很重要的。一些电源的标记标记注明了气流方向。
  
• 电源风扇强度： 电脑电源包含风扇。对于某些处理器运行太暖的机箱来说，改用风扇来为电源供电，会大大改善气流。
  
• 电源通风： 电源装置出现大量气流，如果通风效果不好，这可能是一项重大限制。选择具有大通风口的电源装置。与电源装置的金属板外壳上标记的开口相比，电源风扇的电指保护功能具有小得多的气流耐用性。
  
• 系统风扇 - 是否应使用？ 有些机箱可能包含系统风扇（除了电源风扇）以促进气流。系统风扇通常用于被动散热器。在某些情况下，系统风扇会改善系统冷却。使用系统风扇或无风扇进行热测试将揭示哪种配置最适合特定机箱。
  
• 系统风扇气流方向： 使用系统风扇时，请确保它以与整个系统气流相同的方向绘制空气。例如，ATX 系统中的系统风扇应作为排气扇使用，将系统内空气从后部或前端机箱通风口拖出。
  
• 防范热点： 系统可能出现强气流，但仍包含 热点。机箱内的热点区域比机箱其余空气暖化得多。排气扇、适配器卡、电缆或机箱支架的定位不当，以及阻塞系统内气流的子组件，会造成此类区域。为了避免热点，请根据需要放置排气风扇，重新定位全长适配器卡或使用半长卡，重新布线和绑定电缆，并确保在处理器周围和整个处理器上提供空间。

主板、电源、外设外设和机箱之间的差异都会影响系统及运行它们的处理器的运行温度。在选择主板或机箱的新供应商或开始使用新产品时，强烈推荐进行散热测试。散热测试可以确定特定机箱电源主板配置是否为盒装英特尔® 至强®可扩展处理器提供充足的气流。要开始确定基于英特尔® 至强®可扩展处理器的系统的最佳散热解决方案，请联系您的主板供应商，了解机箱和风扇配置建议。

散热传感器和热参考字节
英特尔® 至强® 可扩展处理器具有独特的系统管理功能。其中之一是能够相对于已知的最大设置监控处理器的核心温度。处理器的热传感器输出当前处理器温度，可通过系统管理总线 （SMBus） 进行处理。热 字节 （8 位）的信息可随时从热传感器中读取。热字节粒度为 1°C。 然后，热传感器的读数与热参考字节进行比较。

散热参考字节也可通过 SMBus 上的处理器信息 ROM 获得。此 8 位数字是在制造处理器时录制的。温度参考字节包含一个预编程值，当处理器按其最大散热规格工作时，它相对应于热传感器的读数。因此，如果热传感器的热字节读数超过 热参考字节，处理器运行温度超过规格允许的。

在完全配置的系统中加压每个处理器，读取每个处理器的热传感器，并将其与每个处理器的热参考字节进行比较，以确定它是否在散热规范范围内运行，可以进行散热测试。读取 SMBus 信息的软件需要同时读取“温度传感器”和“热参考字节”。

散热测试流程
热测试流程如下：

1. 为了确保测试过程中的最大功耗，您必须禁用系统的自动断电模式或 绿色功能。这些功能要么在系统 BIOS 内控制，要么由操作系统驱动程序控制。
   
2. 设置一个使用精确的温度计、热电偶和温度计组合记录室温的方法。
   
3. 为工作站或服务器通电源。如果系统已正确组装，并且处理器已正确安装和安装，系统将引导至预定的操作系统 （OS）。
   
4. 调用热压力大的应用。
   
5. 允许程序运行 40 分钟。这使整个系统能够高温稳定。在接下来的 20 分钟内，每 5 分钟记录一次每个处理器的热传感器读数。在 1 小时结束时记录病房温度。

记录病房温度后，关闭系统电源。卸下机箱盖。使系统冷却至少 15 分钟。

使用从热传感器测量的四个测量值中最高的一个，按照以下部分中的步骤操作以验证系统散热管理。

计算以验证系统的散热管理解决方案
这部分解释了如何确定系统是否可以在最高工作温度下运行，同时将处理器保持在最大操作范围内。这一过程的结果表明，是否需要改进系统气流，或需要修改系统的最大运行温度，以便生产更可靠的系统。

第一步是为系统选择最高操作室温度。对没有空调的系统来说，一个通用值是 40°C。 此温度超过了基于英特尔® 至强® 可扩展处理器的平台的最大建议的外部温度，但如果使用的机箱不超过 45°C 风扇入口温度规格，则可以使用该温度。对提供空调的系统来说，一个通用值是 35°C。 选择适合您客户的价值。在下面的 A 行上写下此值。

写入以下 B 行测试后记录的会议室温度。从 A 行中减去 B 行，并在 C 行上编写结果。此差异可以补偿测试可能在比系统最高操作温度更冷的会议室中进行这一事实。

A. _________（最高工作温度，通常为 35° C 或 40° C）

B. - _______ Room temperature ° C 在测试结束时

C。_________

写入下方 D 行温度计记录的最高温度。将编号从 C 行复制到下面的 E 行。添加 D 行和 E 行，并写入 Line F 上的总和。此数字代表在系统以指定的最大操作室温度运行类似的热应力应用时，处理器内核的最高热传感器读数。此值必须保留在“热量参考字节”值以下。在行 G 上写入 热参考字节读数。

D. _________ 最大温度读数来自热传感器

E. + _______ Max.从高于 C 行调整工作温度

F. _________ Max. 在最坏情况下室环境下的热传感器读取

G. ________ Thermal 参考字节读数

处理器的运行温度不应高于规定的最大指定工作温度，或可能会发生故障。如果热传感器读数始终低于热参考字节，则盒装处理器将保持在散热规范范围内。

如果 F 行显示处理器内核超过了其最高温度，则需要采取行动。必须显著改善系统气流，或必须降低系统的最大操作室温度。

如果 F 线上的编号小于或等于热参考字节，系统会在类似的热应力条件下，将盒装处理器保留在规格范围内，即使系统在最热的环境中操作。

总结一下：
如果线路 F 上的值大于热参考字节，有两个选项：

1. 改善系统气流，以降低处理器风扇入口的温度（遵照前面的建议）。然后重新测试系统。
   
2. 为系统选择较低的最大工作室温度。请注意客户和系统的典型环境。

测试提示
使用以下提示减少对不必要的散热测试的需求：

1. 在测试支持多个处理器速度的系统时，使用生成最大功率的处理器进行测试。耗用最大功率的处理器会产生最大的热量。通过测试主板支持的最热的处理器，您可以避免使用相同主板和机箱配置产生的热量更少的处理器进行其他测试。
   
   功耗耗因处理器速度和芯片步进而异。为确保为系统散热测试选择合适的处理器，请参阅表 1 以了解盒装英特尔® 至强®可扩展处理器的功耗耗编号。盒装 英特尔® 至强® 可扩展处理器以 5 位数字的测试规格标记，通常以字母 S 开头。
2. 如果满足以下所有条件，不需要使用新主板进行散热检查：
   • 新主板用于与类似主板配合使用的先前测试的机箱
   • 先前的测试展示了用来提供充足气流的配置
   • 处理器位于两个主板上的同一位置
   • 具有相同或低功耗的处理器将用于新主板
3. 大多数系统在系统使用寿命的某个时间进行了升级（额外的 RAM、适配器卡、驱动器等）。集成商应该测试安装了一些扩展卡的系统，以模拟已升级的系统。在加载严重的系统中运行良好的散热管理解决方案无需重新测试轻负载配置。

英特尔® 至强® 可扩展处理器数据表（也在表 1 中列出）列出了英特尔® 至强®可扩展处理器以各种操作频率的功耗耗。对于英特尔® 至强®可扩展处理器，最高频率的处理器比较低的频率会降低功耗。当构建具有大量操作频率的系统时，应使用支持的最高频率处理器进行测试，因为它会释放最大功率。系统集成商可以使用热电偶执行散热测试，以确定处理器集成导热器的温度（有关详细信息，请参阅 英特尔® 至强® 可扩展处理器数据表）。

对进入风扇散热器的空气温度进行简单的评估，可以对系统的散热管理充满信心。对于 英特尔® 至强® 可扩展处理器，测试点位于风扇中枢的中心，风扇前置大约为 0.3 英寸。对测试数据的评估可以确定系统是否具有针对盒装处理器的足够的散热管理。系统在预期的最大外部环境条件下应达到预期的最高预期温度为 45°C（通常为 35°C）。

表 1：英特尔® 至强® 可扩展处理器散热规格 ^1，3

系统集成商必须使用特别设计的 ATX 机箱来支持英特尔® 至强®可扩展处理器。专门为支持英特尔® 至强®可扩展处理器而设计的机箱，除了具有更高的散热性能外，还将为处理器提供适当的机械和电气支持。英特尔已测试过使用启用的第三方主板英特尔® 至强®可扩展处理器的机箱。通过此散热测试的机箱为系统集成商提供了确定需要评估哪种机箱的起点。