Gestion thermique pour les processeurs Intel® Xeon®

Documentation

Maintenance et performances

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29/01/2020

NoterPour découvrir les démos sur le socket LGA3647, reportez-vous à :

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Présentation de la gestion thermique

Qu’est-ce que la solution de gestion thermique ?

La solution de gestion thermique pour les processeurs Intel® Xeon® MP, conçus pour le multitraitement à 4 ou 8 voies, est spécifique au fabricant de la carte mère et du châssis. Tous les processeurs Intel Xeon en boîte sont vendus comme un kit composé d’un configuré :

  • Solution thermique
  • Mères
  • SC5300
  • Bloc d’alimentation

Pour connaître les caractéristiques techniques de la gestion thermique, reportez-vous au constructeur du système ou au processeur Intel Xeon. Le tunnel du vent du processeur (PWT) est uniquement conçu pour une utilisation avec un processeur Intel Xeon (2U et supérieur), pas avec le processeur Intel Xeon MP ou le processeur Intel Xeon pour serveurs montés en rack 1U.

Pouvez-vous me donner quelques notions de base sur la gestion thermique ?

Les systèmes utilisant des processeurs Intel® Xeon® nécessitent une gestion thermique. Ce document suppose une connaissance générale et une expérience d’utilisation du fonctionnement du système, de l’intégration et de la gestion thermique. Les intégrateurs qui suivent les recommandations présentées peuvent fournir à leurs clients des systèmes plus fiables et découvrir moins de clients qui retournent des problèmes de gestion thermique. (Le terme « boxed Intel® Xeon® processeurs » fait référence aux processeurs conditionnés pour l’utilisation par les intégrateurs de systèmes.)

La gestion thermique des systèmes équipés de processeurs Intel Xeon en boîte peut affecter les performances et le niveau de bruit du système. Le processeur Intel Xeon utilise la fonction de surveillance thermique pour protéger le processeur pendant les périodes où le silicium-métal fonctionnerait autrement. Dans un système correctement conçu, la fonction de surveillance thermique ne doit jamais être activée. Cette fonctionnalité est conçue pour fournir une protection pour des circonstances inhabituelles comme les températures d’air ambiant supérieures à la normale ou la défaillance d’un composant de gestion thermique du système (par exemple, un ventilateur système). Même si la fonction de surveillance thermique est active, les performances du système peuvent chuter en deçà du niveau de performances normal des pics d’activité. Il est essentiel que les systèmes soient conçus pour maintenir une température ambiante interne suffisamment faible pour empêcher le processeur Intel Xeon de pénétrer dans un état actif du moniteur thermique. Vous trouverez des informations sur la fonction de surveillance thermique dans la fiche technique du processeur Intel Xeon.

De plus, le dissipateur de chaleur du processeur Intel Xeon en boîte utilise une solution de conduit active appelée PWT (Processor Wind Tunnel), qui inclut un ventilateur de haute qualité. Ce ventilateur de processeur fonctionne à une vitesse constante. Ce conduit fournit un flux d’aération adéquat dans le dissipateur de chaleur du processeur, à condition que la température ambiante soit maintenue en dessous des caractéristiques maximales.

Permettre aux processeurs de fonctionner à des températures supérieures à leur température de fonctionnement maximale peut réduire la durée de vie du processeur et entraîner des opérations non fiables. La satisfaction de la spécification de la température du processeur incombe en fin de compte à l’intégrateur système. Lors de la construction de systèmes de qualité à l’aide du processeur Intel Xeon en boîte, il est impératif de réfléchir avec attention à la gestion thermique du système et de vérifier la conception du système avec des tests thermiques. Ce document détaille les exigences thermiques spécifiques du processeur Intel Xeon en boîte. Les intégrateurs de systèmes utilisant le processeur Intel Xeon en boîte doivent se familiariser avec ce document.

Quelle est la gestion thermique adéquate ?

Une gestion thermique adéquate dépend de deux éléments principaux : un dissipateur de chaleur correctement monté sur le processeur et une aération efficace dans le châssis du système. L’objectif ultime de la gestion thermique est de maintenir le processeur à sa température maximale de fonctionnement ou en dessous.

Une gestion thermique adéquate est obtenue lorsque la chaleur est transférée du processeur vers le système air, qui est ensuite inversée hors du système. Les processeurs Intel Xeon en boîte sont livrés avec un dissipateur de chaleur et le PWT, qui permettent de transférer efficacement la chaleur du processeur vers l’air du système. Il est de la responsabilité de l’intégrateur système d’assurer un flux de ventilation système adéquat.

Opérations de gestion thermique

Comment installer le dissipateur de chaleur ?Vous devez attacher en toute sécurité le dissipateur de chaleur (inclus avec le processeur Intel Xeon en boîte) au processeur. Le matériau d’interface thermique (appliqué lors de l’intégration du système) assure un transfert de chaleur efficace entre le processeur et le dissipateur thermique du ventilateur.

 

Critique : L’utilisation du processeur en boîte sans appliquer correctement le matériau d’interface thermique inclus annule la garantie du processeur en boîte et peut endommager le processeur. Veillez à suivre les procédures d’installation documentées dans le guide des processeurs en boîte et la présentation de l’intégration.

Le ventilateur du processeur wind tunnel est un ventilateur à roulement à billes de haute qualité qui fournit un bon flux d’air local. Ce flux aérien transfère la chaleur entre le dissipateur de chaleur et l’air à l’intérieur du système. Cependant, le fait de déplacer la chaleur vers le système air n’est que la moitié de la tâche. Une aération système suffisante est également nécessaire pour épuiser l’air. Sans courant d’air constant dans le système, le dissipateur de chaleur du ventilateur redistribuera de l’air chaud et peut donc ne pas refroidir le processeur de manière adéquate.

Comment puis-je gérer la circulation de l’air système ?

Les facteurs suivants déterminent la circulation de l’air système :

  • Design de châssis
  • Taille du châssis
  • Localisation de l’air de châssis et orifices d’évacuation
  • Capacité de ventilateur du bloc d’alimentation et aération
  • Emplacement du ou des emplacements du processeur
  • Placement des cartes d’extension et des câbles

Les intégrateurs de systèmes doivent garantir une circulation de l’air suffisante dans le système pour que le dissipateur de chaleur fonctionne efficacement. Il est important d’être attentif à la circulation de l’air lors de la sélection de sous-ensembles et de systèmes de construction, pour une bonne gestion thermique et un fonctionnement fiable du système.

Les intégrateurs utilisent deux formats de bloc d’alimentation de base de carte mère pour les serveurs et les stations de travail : les variations ATXs et l’ancien serveur au format. En raison de considérations de refroidissement et de tension, Intel recommande l’utilisation de cartes mères et de châssis ATX pour le processeur Intel Xeon en boîte.

Les serveurs au format de la carte mère ne sont pas recommandés, car ces conceptions ne sont pas standardisées pour une gestion thermique efficace. Cependant, certains châssis conçus exclusivement pour les serveurs au format de carte mère peuvent améliorer la capacité de refroidissement.

Vous trouverez ci-dessous une liste des directives à suivre lors de l’intégration d’un système :

  • Les orifices d’aération du châssis doivent être fonctionnels et ne pas être excessifs en quantité : Les intégrateurs doivent veiller à ne pas sélectionner un châssis ne contenant que des orifices d’aération esthétiques. Les évents cosmétiques sont conçus pour ressembler à des aérations, mais peu ou aucun flux d’air n’existe réellement. Il convient également d’éviter les châssis avec des orifices d’aération excessifs. Dans ce cas, très peu d’air circule sur le processeur et d’autres composants. Dans un châssis ATX, des boucliers d’e/s doivent être présents. Sinon, l’ouverture des e/s peut fournir une aération excessive.
     
  • Les orifices d’aération doivent être correctement localisés : Les systèmes doivent avoir des orifices d’aération et d’échappement correctement localisés. Les meilleurs emplacements pour les ententes d’air permettent d’entrer dans le châssis et de passer directement sur le processeur. Les orifices d’évacuation des gaz d’échappement doivent être situés de manière à ce que l’air circule sur un trajet dans le système, par rapport à différents composants, avant de sortir. La localisation spécifique des orifices d’aération dépend du châssis. Pour les systèmes ATX, les orifices d’évacuation des gaz d’échappement doivent se trouver à l’extrémité inférieure et en bas du châssis. De plus, pour les systèmes ATX, des boucliers d’e/s doivent être présents pour permettre au châssis de reboucher de l’air comme prévu. L’absence de bouclier d’e/s risque de perturber la circulation de l’air dans le châssis.
     
  • Direction du flux d’alimentation : Il est important de choisir un bloc d’alimentation doté d’un ventilateur qui épuise l’air dans la bonne direction. Certains blocs d’alimentation présentent un sens de circulation de l’air.
     
  • Puissance du ventilateur du bloc d’alimentation : Les blocs d’alimentation de PC comportent un ventilateur. Pour certains châssis dans lesquels le processeur est trop chaud, le passage à un bloc d’alimentation avec un ventilateur plus puissant peut grandement améliorer la circulation de l’air.
     
  • Ventilation de l’alimentation : Beaucoup d’air circulent dans le bloc d’alimentation, ce qui peut représenter une restriction importante s’il n’est pas bien aéré. Choisissez un bloc d’alimentation avec des orifices d’aération de grande taille. Les protecteurs par doigt pour le ventilateur du bloc d’alimentation offrent une résistance de circulation de l’air nettement inférieure à celle des ouvertures apposées dans le boîtier de tôlerie de l’unité d’alimentation.
     
  • Ventilateur du système-doit-il être utilisé ? Certains châssis peuvent contenir un ventilateur système (en plus du ventilateur du bloc d’alimentation) pour faciliter la circulation de l’air. Un ventilateur système est généralement utilisé avec des dissipateurs thermiques passifs. Dans certains cas, un ventilateur système améliore le refroidissement du système. Les tests thermiques avec ventilateur système et sans ventilateur révèlent la configuration la mieux adaptée à un châssis spécifique.
     
  • Direction de circulation de l’air du ventilateur du système : Lors de l’utilisation d’un ventilateur système, assurez-vous qu’il est placé dans la même direction que la circulation de l’air système globale. Par exemple, un ventilateur système dans un système ATX doit fonctionner comme un ventilateur d’échappement, tirant vers l’air du système vers l’extérieur ou vers l’orifice d’aération du châssis arrière.
     
  • Protégez-vous contre les points chauds : Un système peut avoir une circulation d’air importante, mais il contient encore des points chauds. Les hot spots sont des zones au sein du châssis qui sont beaucoup plus chaudes que le reste de l’air du châssis. Le positionnement incorrect du ventilateur d’échappement, des cartes réseau, des câbles ou des supports de châssis et de sous-ensembles bloquant la circulation de l’air au sein du système peut créer de telles zones. Pour éviter les zones réactives, placez les ventilateurs comme nécessaires, repositionnez les cartes pleine longueur ou utilisez des cartes demi-longueur, réacheminez et reliez les câbles, et assurez-vous que l’espace est fourni autour du processeur.
Comment réaliser des tests thermiques ?

Les différences entre les cartes mères, les blocs d’alimentation, les périphériques et châssis de compléments affectent la température de fonctionnement des systèmes et les processeurs qui les exécutent. Les tests thermiques sont fortement recommandés lors du choix d’un nouveau fournisseur de cartes mères ou de châssis, ou lorsque vous commencez à utiliser de nouveaux produits. Les tests thermiques permettent de déterminer si un bloc d’alimentation spécifique-carte mère fournit une circulation de l’air suffisante pour les processeurs Intel Xeon en boîte. Pour déterminer la meilleure solution thermique pour vos systèmes équipés de processeurs Intel Xeon, contactez le fournisseur de votre carte mère pour en savoir plus sur les recommandations de configuration des châssis et des ventilateurs.

Capteur thermique et octet de référence thermique
Le processeur Intel Xeon possède des capacités d’administration système uniques. L’une d’entre elles est la capacité de surveiller la température du cœur du processeur par rapport à un paramètre maximum connu. La sonde thermique du processeur émet la température actuelle du processeur et peut être traitée via le bus de gestion du système (SMBus). Les informations d’un octet thermique (8 bits) peuvent être lues à tout moment à partir du capteur thermique. La granularité de l’octet thermique est de 1 ° c. La lecture du capteur thermique est ensuite comparée à l’octet de référence thermique.

L’octet de référence thermique est également disponible par le biais de la ROM d’information du processeur sur le SMBus. Ce numéro à 8 bits est enregistré lorsque le processeur est fabriqué. L’octet de référence thermique contient une valeur préprogrammée correspondant à la lecture du capteur thermique lorsque le processeur est surchargé par sa spécification thermique maximale. Par conséquent, si la lecture de l’octet thermique de la sonde thermique est supérieure à l’octet de référence thermique, le processeur exécute Hotter que la spécification le permet.

En soulignant chacun des processeurs d’un système entièrement configuré, en lisant le capteur thermique de chaque processeur et en le comparant à l’octet de référence thermique de chaque processeur pour déterminer s’il est exécuté dans les spécifications thermiques, il est possible d’effectuer des tests thermiques. Un logiciel capable de lire les informations du SMBus est nécessaire pour lire à la fois le capteur thermique et l’octet de référence thermique.

Procédure d’essai thermique
La procédure à suivre pour les tests thermiques est la suivante :

NoterSi vous testez un système avec un ventilateur système à vitesse variable, vous devez exécuter le test à la température maximale de la chambre opérationnelle que vous avez indiquée pour le système.
  1. Pour garantir une consommation d’énergie maximale pendant le test, vous devez désactiver les modes de mise hors tension automatique du système ou les fonctions vertes. Ces fonctionnalités sont contrôlées au sein du BIOS système ou en utilisant des pilotes de système d’exploitation.
     
  2. Configurez une méthode pour enregistrer la température de la pièce, avec une combinaison précise de thermomètre ou de thermocouple et de débitmètre thermique.
     
  3. Mettez la station de travail ou le serveur sous tension. Si le système a été correctement assemblé et que le processeur est correctement installé et inséré, le système démarre le système d’exploitation prévu.
     
  4. Invoquer l’application à la chaleur imstressante.
     
  5. Laissez le programme s’exécuter pendant 40 minutes. Cela permet à l’ensemble du système de chauffer et de se stabiliser. Notez la lecture de la sonde thermique de chaque processeur une fois toutes les 5 minutes pour les 20 minutes à venir. Notez la température de la pièce à la fin de la période de 1 heure.
Après avoir enregistré la température de la pièce, mettez le système hors tension. Retirez le capot du châssis. Laissez le système refroidir au moins 15 minutes.
 

Suivez la procédure décrite dans la section suivante pour vérifier la gestion thermique des systèmes en utilisant la plus grande des quatre mesures prises par le capteur thermique.

Calcul pour vérifier la solution de gestion thermique d’un système
Cette section explique comment déterminer si un système peut fonctionner à la température maximale de fonctionnement tout en gardant le processeur dans sa plage de fonctionnement maximale. Le résultat de cette procédure indique que la circulation de l’air système doit être améliorée ou que la température maximale de fonctionnement du système doit être révisée afin de produire un système plus fiable.

La première étape consiste à sélectionner la température maximale de la salle d’exploitation du système. 40 ° c représentent une valeur commune pour les systèmes où le conditionnement d’air n’est pas disponible. Cette température est supérieure à la température externe maximale recommandée pour les plates-formes équipées de processeurs Intel Xeon, mais elle peut être utilisée si le châssis utilisé ne dépasse pas la spécification de température d’entrée du ventilateur à 45 ° c. 35 ° c représentent une valeur commune pour les systèmes où le conditionnement d’air est disponible. Choisissez une valeur adaptée à votre client. Inscrivez cette valeur à la ligne A ci-dessous.

Notez la température de la salle enregistrée après le test de la ligne B ci-dessous. Soustraire la ligne B de la ligne A et écrire le résultat sur la ligne C. Cette différence compense le fait que le test a probablement été effectué dans une pièce qui est refroidisseur que la température maximale de fonctionnement du système.

A. il faire (température maximale de fonctionnement, généralement 35 ° C ou 40 ° C)

B.-_______ température de la chambre ° C à la fin du test

C. il faire

Notez la température la plus élevée enregistrée par le compteur thermique de la ligne D, ci-dessous. Copiez le numéro de la ligne C à la ligne E ci-dessous. Ajoutez la ligne D et la ligne E et écrivez la somme à la ligne F. Ce chiffre représente le capteur thermique le plus élevé qui lit le cœur du processeur lorsque le système est utilisé à sa température maximale de la chambre d’exploitation exécutant une application de même puissance thermiquement imprévue. Cette valeur doit rester en dessous de la valeur de l’octet de référence thermique. Ecrivez la lecture de l’octet de référence thermique à la ligne G.

D. il faire lecture maximum à partir du capteur thermique

E. + _______ max. réglage de la température de fonctionnement à partir de la ligne C ci-dessus

F. il faire max. capteur thermique lisant dans un endroit où l’ambiance est la plus défavorable

G. il faire de référence thermique d’un octet de lecture

Les processeurs ne doivent pas être exécutés à des températures supérieures à la température de fonctionnement ou aux défaillances maximales spécifiées. Les processeurs en boîte resteront dans la spécification thermique Si la lecture du capteur thermique est inférieure à l’octet de référence thermique à tout moment.

Si la ligne F révèle que le cœur du processeur a dépassé sa température maximale, une action est requise. La circulation de l’air système doit être nettement améliorée, ou la température maximale de la salle d’exploitation du système doit être abaissée.

Si le nombre sur la ligne F est inférieur ou égal à l’octet de référence thermique, le système conserve le processeur en boîte dans la spécification dans des conditions de stress thermiques similaires, même si le système fonctionne dans son environnement le plus chaud.

Pour résumer :
Si la valeur de la ligne F est supérieure à celle de l’octet de référence thermique, il existe deux options :

  1. Améliorez la circulation de l’air système pour réduire la température de l’entrée du ventilateur du processeur (suivez les recommandations présentées précédemment). Ensuite, retestez le système.
     
  2. Choisissez une température maximale de la chambre d’exploitation inférieure pour le système. Gardez à l’esprit le client et l’environnement habituel du système.
Après avoir implémenté l’une des options, vous devez recalculer le calcul thermique pour vérifier la solution.

 

Conseils de test
Utilisez les conseils suivants pour réduire les besoins en tests thermiques inutiles :

  1. Lors du test d’un système prenant en charge plusieurs vitesses de processeur, testez à l’aide du ou des processeurs qui génèrent le plus de puissance. Les processeurs qui dissipent le plus d’énergie génèrent le plus de chaleur. En testant le processeur le plus chaud pris en charge par la carte mère, vous pouvez éviter les tests supplémentaires avec des processeurs qui génèrent moins de chaleur avec la même configuration de carte mère et de châssis.

    La dissipation de la puissance varie en fonction de la vitesse du processeur et du niveau de silicium. Pour vérifier que le processeur approprié est sélectionné pour les tests thermiques de votre système, reportez-vous au tableau 1 pour obtenir les numéros de dissipation de puissance des processeurs Intel Xeon en boîte. Les processeurs Intel Xeon en boîte sont marqués avec un numéro de spécification à 5 chiffres, généralement commençant par la lettre S.
     
  2. La récupération thermique avec une nouvelle carte mère n’est pas nécessaire si toutes les conditions suivantes sont remplies :
    • La nouvelle carte mère est utilisée avec un châssis testé précédemment qui fonctionnait avec une carte mère similaire.
    • Le test précédent a montré la configuration permettant de fournir une circulation de l’air suffisante
    • Le processeur est situé à peu près au même endroit sur les deux cartes mères
    • Un processeur avec la même dissipation de puissance ou une consommation inférieure sera utilisé sur la nouvelle carte mère.
  3. La plupart des systèmes sont mis à niveau (RAM supplémentaire, cartes réseau, lecteurs, etc.) au cours de leur vie. Les intégrateurs doivent tester les systèmes équipés de cartes d’extension installées pour simuler un système qui a été mis à niveau. Une solution de gestion thermique qui fonctionne bien dans un système lourdement chargé n’a pas besoin d’être retestée pour les configurations légèrement chargées.

Spécifications de la gestion thermique

Quelles sont les spécifications thermiques des processeurs Intel® Xeon® ?

La fiche technique du processeur Intel Xeon (également répertoriée dans le tableau 1) répertorie la dissipation de puissance des processeurs Intel Xeon à différentes fréquences d’exploitation. Pour les processeurs Intel Xeon, le processeur de fréquence le plus élevé va dissiper plus de puissance que les fréquences inférieures. Lors de la construction de systèmes qui comporteront de nombreuses fréquences de fonctionnement, les tests doivent être réalisés à l’aide du processeur de fréquence le plus élevé pris en charge, car cela dissipe la plus grande puissance. Les intégrateurs de systèmes peuvent effectuer des tests thermiques à l’aide de thermocouples pour déterminer la température du dissipateur thermique intégré du processeur (voir la fiche technique du processeur Intel Xeon, pour plus de détails).

NoterComme le PWT peut être configuré en mode dépression ou en mode de pression, la température d’entrée du conduit doit être prise à partir de l’entrée dans la PWT, qui ne doit pas être du même côté que le ventilateur.

Une simple évaluation de la température de l’air entrant dans le dissipateur de chaleur du ventilateur peut apporter de la confiance à la gestion thermique du système. Pour les processeurs Intel Xeon en boîte, le point de test se trouve au centre du concentrateur de ventilateur, environ 0,3 pouces devant le ventilateur. L’évaluation des données de test permet de déterminer si un système dispose d’une gestion thermique suffisante pour le processeur en boîte. Les systèmes doivent avoir une température maximale attendue de 45 ° c dans les conditions d’ambiance extérieure maximale attendue (généralement 35 ° c).

Tableau 1 : spécifications thermiques des processeurs en boîte Intel Xeon 1, 3

Fréquence du cœur du processeur (GHz)Température de cas maximale (° c)Température maximale recommandée pour l’entrée du ventilateur (° c)Puissance de conception thermique du processeur (W)
1.40694556.0
1.50704559.2
1.70734565.8
1,802694555.8
2784577.2
22704558
2,202 (B0 pas à pas)724561
2,202 (C1 Step)754561
2,402 (B0 pas à pas)714565
2,402 (C1 Step)744565
2,402, 4(M0 étape)724577
2,602744571
2,662 (C1 Step)744571
2,662 (M0 étape)724577
2,802 (C1 Step)754574
2,802, 4 (M0 étape)724577
32734585
3,062 (C1 Step)734585
3,062 (étape Mo)704587
3,22, 4 (M0 étape)714592
 
Relatives
  1. Ces caractéristiques sont extraites de la fiche technique du processeur Intel Xeon.
  2. Ce processeur est une technologie de gravure de 0,13 micron.
  3. les processeurs front-side 400 MHz et bus frontal 533 MHz ont des caractéristiques thermiques identiques.
  4. Ces processeurs incluent ceux qui sont équipés de 1 Mo et de 2 Mo (processeurs 3,2 GHz uniquement) iL3 de cache.
Quelles sont les recommandations du châssis ?

Les intégrateurs de systèmes doivent utiliser un châssis ATX spécialement conçu pour prendre en charge le processeur Intel Xeon en boîte. Pour plus d’informations sur les châssis qui prennent en charge le processeur Intel Xeon en boîte, voir la présentation de l' intégration. Le châssis spécialement conçu pour prendre en charge le processeur Intel Xeon sera fourni avec un support mécanique et électrique approprié au processeur, en plus d’améliorer les performances thermiques. Intel a testé le châssis pour une utilisation avec des processeurs Intel Xeon en boîte à l’aide de cartes tierces activées. Le châssis qui réussit ces tests thermiques fournit aux intégrateurs de systèmes une position de départ pour déterminer quel châssis évaluer.