面向英特尔®至强®处理器的热量管理

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维护与性能

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2020 年 01 月 29 日

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热量管理概述

什么是散热管理解决方案?

面向英特尔®至强®处理器 MP 的热量管理解决方案专为4路或8路多处理技术而设计,是主板和机箱的制造商特有的。所有盒装英特尔至强处理器 MP 产品作为套件进行了配置:

  • 散热解决方案
  • 保留
  • 电源

有关热量管理规范,请参阅系统制造商或英特尔至强处理器数据表。处理器风隧道(PWT)仅适用于通用服务器(2U 及以上)英特尔至强处理器,而非英特尔至强处理器 MP 或适用于1U 机架安装服务器的英特尔至强处理器。

您能为我提供一些热量管理基础吗?

使用英特尔®至强®处理器的系统需要热量管理。本文档假设您对系统操作、集成和热量管理的一般了解和经验。遵循所示建议的集成商可以为客户提供更可靠的系统,并将更少的客户返回到热量管理问题。(盒装英特尔®至强®处理器这一术语指的是封装供系统集成商使用的处理器。

基于盒装英特尔至强处理器的系统中的热量管理可能会影响系统的性能和噪声水平。英特尔至强处理器使用热量监控功能来保护处理器,在此期间,芯片将以高于规范的速度运行。在设计合理的系统中,散热监控功能决不会变为活跃状态。该功能旨在为不寻常的环境(如系统散热管理组件(例如,一台 system 风扇)的正常温度提供保护。当热监控功能处于活动状态时,系统的性能可能下降到低于正常峰值性能水平。关键是为了维持足够低的内部环境温度,以防止英特尔至强处理器进入散热监控处于活动状态。有关热监控功能的信息可在英特尔至强处理器数据表 中找到。

此外,盒装英特尔至强处理器散热器使用名为处理器风隧道(PWT)的主动管道解决方案,其中包括高质量的风扇。该处理器风扇以恒定的速度运行。只要环境温度低于最大规格,该管道就能在处理器散热接收器上提供充足的空气流通。

允许处理器在超出其最高指定运行温度的情况下运行可能会缩短处理器的寿命,并可能导致不可靠的操作。满足处理器的温度规范最终是系统集成商的责任。使用盒装英特尔至强处理器构建高质量系统时,必须认真考虑系统的热量管理,并通过热量测试来验证系统设计。本文档详细说明了盒装英特尔至强处理器的特定散热要求。使用盒装英特尔至强处理器的系统集成商应该熟悉本文档。

什么是正确的热量管理?

适当的散热管理取决于两个主要要素:散热器正确安装到处理器上,并通过系统机箱有效气流。热量管理的最终目标是将处理器保持在最高运行温度以下。

如果将热量从处理器传输到系统空气(然后从系统中 vented),则可实现适当的散热管理。盒装英特尔至强处理器附带了散热器和 PWT,可以有效地将处理器热量传输到系统空气中。确保系统的充足气流是系统集成商的责任。

散热管理操作

如何安装散热器?您必须将散热器(包括在盒装英特尔至强处理器中)安全地连接到处理器。热接口材料(在系统集成过程中应用)可提供从处理器到风扇散热器的有效散热传输。

 

关键:使用盒装处理器而不正确应用随附的热接口材料将使盒装处理器保修无效,并可能会损坏处理器。请务必遵循盒装处理器手册和集成概述中记录的安装步骤。

处理器风隧道上的风扇是一个高质量的球贴风扇,可提供良好的本地空气流。空气流把热量从散热器传输到系统内部的空气中。然而,将热量转移到系统空气只是任务的一半。为了排出空气,还需要足够的系统气流。如果系统中没有稳定的空气流,风扇散热器会重新循环热空气,因此可能无法充分冷却处理器。

如何管理系统气流?

以下是确定系统气流的因素:

  • 机箱设计
  • 机箱大小
  • 机箱空气进气和排气通风口的位置
  • 电源风扇容量和通风
  • 处理器插槽的位置
  • 附加卡和电缆的放置

系统集成商必须确保系统有充足的气流,才能使散热片有效工作。在选择子组件和构建系统时,正确注意空气流通对于良好的热量管理和可靠的系统操作非常重要。

集成商使用两款适用于服务器和工作站的基本主板机箱电源外形: ATX 变体和旧服务器的外形。由于散热和电压考虑,英特尔推荐使用 ATX 板型主板和机箱来支持盒装英特尔至强处理器。

不推荐使用采用外形外形的主板,因为这种设计不具备有效的散热管理的标准化。然而,专为采用外形主板的服务器设计的一些机箱可能会产生高效的冷却。

以下是集成系统时使用的指南列表:

  • 机箱通风口必须具备功能且不会有太多的数量:集成商应该小心不要选择仅含修饰通风口的机箱。修饰通风孔的设计与空气流通相同,但实际上几乎不存在空气流。还应避免使用具有过多空气通风口的机箱。在这种情况下,对处理器和其他组件的空气流量非常小。在 ATX 机箱中,i/o 防护板必须存在。否则,i/o 开口可能会提供过多的通风。
     
  • 通风口必须正确定位:系统必须正确定位进气和排气通风口。空气 intakes 的最佳位置允许空气进入机箱并直接流经处理器。在退出之前,排气通风孔应位于系统上的通道上,从而在不同组件上流动。通风口的具体位置取决于机箱。对于 ATX 系统,排气通风孔应位于机箱的底部和底部。此外,对于 ATX 系统,必须存在 i/o 防护板,以使机箱能够像设计那样通风空气。缺乏 i/o 防护板可能会破坏机箱内的合适气流或循环。
     
  • 电源气流方向:选择一种具有 exhausts 空气且正确方向的风扇的电源是非常重要的。一些电源具有标记空气流通方向的标志。
     
  • 电源风扇强度:电脑电源包含一个风扇。对于某些处理器运行过热的机箱,更换为具有较强风扇的电源会大幅提高空气流通。
     
  • 电源通风:大量空气流过电源设备,如果不能很好地 vented,这可能是一个重大的限制。选择带有大通风口的电源单元。对于电源风扇,有线手指可提供比电源设备的钣金件外壳中的开口不一样的气流阻力。
     
  • 系统风扇-应该使用吗?一些机箱可能包含系统风扇(除电源风扇外)以促进空气流通。系统风扇通常与被动式散热接收器配合使用。在某些情况下,系统风扇可提高系统散热能力。使用系统风扇和不带风扇的散热进行测试,可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,确保它能以与整体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充当排气风扇,通过后面或前面的机箱将空气从系统中取出。
     
  • 防御热点:系统可能有强大的气流,但仍包含热点。热点是机箱内的区域,比机箱空气的其余部分更暖。不正确地定位系统中的排气风扇、适配卡、电缆或机箱支架及子组件,可以创建这样的区域。要避免热点,请根据需要放置排气风扇,重定位全长适配器卡或使用半长卡,然后重新路由和连接电缆,并确保在处理器周围或上方提供空间。
如何执行热量测试?

主板、电源、外接外设和机箱之间的差异都影响了系统的运行温度和执行这些设备的处理器。强烈建议在为主板或机箱选择新的供应商时,或者在开始使用新产品时进行热量测试。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处理器提供充足的空气流通。要开始确定适用于您的基于英特尔至强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,以了解机箱和风扇配置建议。

热传感器和温度参考字节
英特尔至强处理器具有独特的系统管理功能。其中之一就是以已知的最大设置来监控处理器内核温度的能力。处理器的热传感器输出了当前处理器的温度,并可通过系统管理总线(SMBus)进行解决。可以随时从热传感器读取热字节(8位)信息。温度字节粒度为1° C。然后,热量传感器的读数与温度参考字节进行比较。

还可通过 SMBus 上的处理器信息 ROM 获取温度参考字节。该8位数字是在制造处理器时记录的。温度参考字节包含一个预编程值,该数值对应于处理器达到最大散热规格时的热传感器读数。因此,如果散热传感器的热字节读数超过了温度参考字节,处理器运行的 hotter 不是规格所允许的。

担心经过完全配置的系统中的每个处理器,读取每个处理器的热传感器,并将其与每个处理器的温度参考字节进行比较,以确定其是否在散热规格范围内运行可以进行热量测试。需要在 SMBus 上读取信息的软件才能阅读热传感器和温度参考字节。

散热测试过程
热量测试的过程如下:

会议如果您要测试系统的速度是否为变速系统风扇,则必须在您为系统指定的最高工作温度范围内运行测试。
  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关机模式或绿色功能。这些功能可以在系统 BIOS 或操作系统驱动程序中进行控制。
     
  2. 使用精确的温度计或 thermocouple 和热测光组合设置一种记录室内温度的方法。
     
  3. 启动工作站或服务器。如果系统已正确装配,且处理器已正确安装和固定,则系统将引导进入目标操作系统(OS)。
     
  4. 调用散热压力应用程序。
     
  5. 允许该程序运行40分钟。这将使整个系统的温度提升,并稳定。在接下来的20分钟内,每隔5分钟记录一次热传感器读数。在1小时的时间结束时记录室内温度。
记录室内温度后,关闭系统电源。卸下机箱盖。允许系统冷却至少15分钟。
 

使用来自热传感器的4种测量的最高值,按照下一节中的步骤验证系统散热管理。

用于验证系统的散热管理解决方案的计算
本节介绍如何确定系统是否能以最高运行温度运行,同时使处理器处于最高工作范围内。此过程的结果显示系统气流是否需要改进,或系统的最高运行温度是否需要修订才能生成更可靠的系统。

第一步是选择系统的最大操作室温度。对于空调不可用的系统的常见价值是40° C。这一温度超过了基于英特尔至强处理器的平台上推荐的最高外部温度,但是,如果使用的机箱不超过45° C 风扇入口温度规范,则可以使用它。一种适用于空调的系统的常见价值是35° C。为您的客户选择合适的值。在下面的行 A 上写入此值。

在下面的 B 行上书写测试后的室内温度。从 A 行中减去 B 行,并在 C 行上写下结果。这一差异弥补了测试可能在一个不足于系统最高运行温度的房间内执行的事实。

_________ (最高工作温度,通常为35° C 或40° C)

B.-测试结束时的 _______ 房间温度° C

C. _________

在下面的 D 行上写入热仪记录的最高温度。将数字从行 C 复制到下方的 E 行。添加第 D 行和第 E 行,并在 F 行上写下和。这一数字代表了当系统在其指定的最大工作室温度(运行类似的热压力应用)时,处理器内核的最高热传感器读数。该值必须保持低于温度参考字节值。在线路 G 上写入温度参考字节读数。

D. 热传感器的最大读数 _________

E. + _______ 最大值上述第 C 行的工作温度调整

_________ Max热传感器读数在最坏的机箱内环境中

G. _________ 温度参考字节读数

处理器不应在高于其最高指定运行温度的情况下运行,否则可能会发生故障。如果热传感器读数低于温度参考字节,则盒装处理器将在散热规范范围内。

如果 line F 发现处理器内核超过了其最大温度,则需要采取行动。系统气流必须大幅提高,或者系统的最高工作室温度必须降低。

如果线路 F 上的数字小于或等于温度参考字节,系统会在类似的散热压力条件下将盒装处理器置于规范内,即使系统在其最热的环境中运行也是如此。

总结:
如果行 F 上的值大于温度参考字节,则有两种选择:

  1. 提高系统气流,使处理器的风扇入口温度下降(遵循前面提供的建议)。然后重新测试系统。
     
  2. 为系统选择较低的最大工作室温度。请记住客户和系统的典型环境。
在实施任一选项后,您必须重新计算散热计算以验证解决方案。

 

测试提示
使用以下提示来减少对不必要的热量测试的需求:

  1. 测试支持多个处理器速度的系统时,请使用最大功率的处理器进行测试。消耗最多功耗的处理器将生成最热的散热。通过测试主板支持的最热处理器,您可以避免使用相同主板和机箱配置生成较少热量的处理器进行额外测试。

    功率散发因处理器速度和芯片步进而异。为确保为您的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处理器的功率散发。盒装英特尔至强处理器标有5个数字的测试规格编号,通常以字母 S 开头。
     
  2. 如果满足以下所有条件,则无需使用新主板进行热检出:
    • 这款新型主板适用于先前测试过的、与类似主板配合使用的机箱
    • 上一次测试演示了配置以提供充足的气流
    • 处理器在两个主板上的位置大致相同
    • 采用相同或更低功耗散热的处理器将在新主板上使用
  3. 大多数系统在其生命周期内进行升级(额外的 RAM、适配器卡、驱动器等)。集成商应测试安装了一些扩展卡的系统,以模拟已升级的系统。在负载较重的系统中工作良好的散热管理解决方案不需要经过重新测试,就会导致负载较轻的配置。

热量管理规格

英特尔®至强®处理器的散热规格是什么?

英特尔至强处理器数据表(也在表1中列出)列出了英特尔至强处理器在不同工作频率下的功率散发。对于英特尔至强处理器,可用的最高频率处理器将比较低频率消耗更多功耗。在构建将具备许多工作频率的系统时,应使用支持的最高频率处理器执行测试,因为它工作消耗了最强大的功能。系统集成商可以使用热电耦进行热量测试,以确定处理器的集成式导热器的温度(有关详细信息,请参阅英特尔至强处理器数据表)。

会议由于 PWT 可在真空模式或压力模式下进行配置,因此管道入口温度应从接头进入 PWT,这可能与风扇不在同一侧。

对进入风扇散热接收器的空气温度的简单评估可为系统散热管理提供信心。对于盒装英特尔至强处理器,测试点位于风扇中枢中央,在风扇前约0.3 英寸。测试数据的评估使您能够确定系统是否有足够的面向盒装处理器的散热管理。系统在预期的最大外部环境条件(通常为35° C)中的最大预期温度为45° C。

表1:盒装英特尔至强处理器散热指标 1、3

处理器内核频率(GHz)最大机箱温度(° C)建议的最高风扇入口温度(° C)处理器散热设计功耗(W)
1.40694556.0
1.50704559.2
1.70734565.8
1.802694555.8
2784577.2
22704558
2.202 (B0 步骤)724561
2.202 (C1 步骤)754561
2.402 (B0 步骤)714565
2.402 (C1 步骤)744565
2.402,4(M0 步骤)724577
2.602744571
2.662 (C1 步骤)744571
2.662 (M0 步骤)724577
2.802 (C1 步骤)754574
2.802,4 (M0 步骤)724577
32734585
3.062 (C1 步骤)734585
3.062 (MO 步骤)704587
3.22,4 (M0 步骤)714592
 
便笺
  1. 这些规范来自英特尔至强处理器数据表。
  2. 这种处理器是一种片上光到0.13 微米工艺技术的产品。
  3. 400MHz 前端总线和533MHz 前端总线处理器具有相同的热量特性。
  4. 这些处理器包括 1 MB 和 2 MB (仅限 3.2 GHz 处理器) iL3 高速缓存。
机箱有哪些建议?

系统集成商必须使用专为支持盒装英特尔至强处理器而设计的 ATX 机箱。有关支持盒装英特尔至强处理器的机箱的更多信息,请查看集成概述。专为支持英特尔至强处理器而设计的机箱除了具备更高的散热性能外,还能为处理器提供适当的机械和电气支持。英特尔已使用支持的第三方主板测试了与盒装英特尔至强处理器配合使用的机箱。通过热量测试的机箱可为系统集成商提供一种用于确定要评估哪款机箱的入门位置。