Gerenciamento térmico para processadores escaláveis Intel® Xeon® da 1ª Geração

A solução de gerenciamento térmico para processadores escaláveis Intel® Xeon®, destinada para multiprocessamento de 4 ou 8 vias, é específica para o fabricante da placa-mãe e do gabinete. Todos os produtos in a box Intel® Xeon® processadores escaláveis são vendidos como um kit composto por um configurado:

• Solução térmica
• Placa-mãe
• Chassi
• Fonte de alimentação

Para obter especificações de gerenciamento térmico, consulte o fabricante do sistema ou a ficha técnica Intel® Xeon® Processador. O túnel de vento do processador (PWT) é destinado apenas para uso com servidor de uso geral (2U e acima) Intel® Xeon® processador escalável, não o processador Intel Xeon MP ou o Processador Intel Xeon para servidores de montagem em rack 1U.

Sistemas que usam Intel® Xeon® processadores escaláveis exigem gerenciamento térmico. Este documento assume um conhecimento geral e uma experiência com a operação do sistema, a integração e o gerenciamento térmico. Os integradores que seguem as recomendações apresentadas podem fornecer a seus clientes sistemas mais confiáveis e verão menos clientes retornando com problemas de gerenciamento térmico. ( O termo "processadores escaláveis Intel® Xeon® in a box" refere-se aos processadores embalados para uso pelos integradores de sistema.)

O gerenciamento térmico em Intel® Xeon® sistemas baseados em processadores escaláveis pode afetar o desempenho e o nível de ruído do sistema. Os Intel® Xeon® processadores escaláveis usam o recurso monitor térmico para proteger o processador durante tempos em que o silício operaria acima da especificação. Em um sistema projetado adequadamente, o recurso monitor térmico nunca deve se tornar ativo. O recurso destina-se a fornecer proteção para circunstâncias incomuns como temperaturas do ar ambiente mais altas do que o normal ou falha de um componente de gerenciamento térmico do sistema (como uma ventoinha do sistema). Embora o recurso Monitor térmico esteja ativo, o desempenho do sistema pode cair abaixo do nível normal de desempenho máximo. É fundamental que os sistemas sejam projetados para manter temperaturas ambientes internas baixas o suficiente para evitar que os processadores escaláveis Intel® Xeon® entrem em um estado ativo de Monitor Térmico. As informações sobre o recurso monitor térmico podem ser encontradas na ficha técnica Intel® Xeon® de processadores escaláveis.

Além disso, o dissipador de calor Intel® Xeon® processadores escaláveis usa uma solução de duto ativo chamada Túnel de vento do processador (PWT), que inclui uma ventoinha de alta qualidade. Esse ventilador do processador funciona a uma velocidade constante. Este duto fornece um fluxo de ar adequado no dissipador de calor do processador, desde que a temperatura ambiente seja mantida abaixo da especificação máxima.

Permitir que os processadores operem em temperaturas acima de sua temperatura de operação máxima especificada pode diminuir a vida útil do processador e pode causar uma operação não confiável. Atender às especificações de temperatura do processador é, em última análise, a responsabilidade do integrador do sistema. Ao construir sistemas de qualidade usando o processador Intel Xeon, é imperativo considerar cuidadosamente o gerenciamento térmico do sistema e verificar o projeto do sistema com testes térmicos. Este documento detalha os requisitos térmicos específicos do processador Intel Xeon. Os integradores de sistema usando o processador Intel Xeon devem se familiarizar com este documento.

O gerenciamento térmico adequado depende de dois elementos principais: um dissipador de calor montado corretamente no processador e um fluxo de ar eficaz pelo gabinete do sistema. O objetivo final do gerenciamento térmico é manter o processador na temperatura de operação máxima ou abaixo da máxima.

O gerenciamento térmico adequado é alcançado quando o calor é transferido do processador para o ar do sistema, que é então ventilado para fora do sistema. Os processadores escaláveis Intel® Xeon® in a box são enviados com um dissipador de calor e com o PWT, que podem transferir efetivamente o calor do processador para o ar do sistema. É responsabilidade do integrador do sistema garantir o fluxo de ar adequado do sistema. Os processadores escaláveis Intel® Xeon® em bandeja não são enviados com um dissipador de calor e o PWT, é responsabilidade do integrador do sistema garantir o fluxo de ar adequado do sistema.

Crítico: O uso do processador in a box sem aplicar corretamente o material de interface térmica incluído anulará a garantia do processador in a box e poderá causar danos ao processador. Certifique-se de seguir os procedimentos de instalação documentados no manual do processador in a box e na visão geral da integração.

A ventoinha do Túnel de Vento do Processador é um ventilador de rolamento de alta qualidade que fornece uma boa transmissão de ar local. Esse fluxo de ar transfere calor do dissipador de calor para o ar dentro do sistema. No entanto, mover calor para o ar do sistema é apenas metade da tarefa. Fluxo de ar do sistema suficiente também é necessário para exaustão do ar. Sem um fluxo constante de ar através do sistema, o dissipador de calor do ventilador irá retrasar o ar quente e, portanto, pode não resfriar o processador adequadamente.

São os seguintes fatores que determinam o fluxo de ar do sistema:

• Design do gabinete
• Tamanho do gabinete
• Localização das entradas de ar e saídas de ar do gabinete
• Capacidade e ventilação do ventilador da fonte de alimentação
• Localização do(s) Slot(s) processador(s)
• Colocação de placas e cabos adicionais

Os integradores do sistema devem garantir um fluxo de ar adequado através do sistema para permitir que o dissipador de calor funcione com eficácia. A atenção adequada ao fluxo de ar ao selecionar subconjuntos e sistemas de construção é importante para um bom gerenciamento térmico e uma operação confiável do sistema.

Os integradores usam dois fatores básicos de forma de fonte de alimentação entre placas-mãe para servidores e workstations: as variações ATX e o formato AT de servidor mais antigo. Devido a considerações sobre resfriamento e tensão, a Intel recomenda o uso de placas-mãe e chassis com fator de forma ATX para os processadores escaláveis Intel® Xeon® in a box.

As placas-mãe do dispositivo AT do servidor não são recomendadas porque esses projetos não são padronizados para um gerenciamento térmico eficaz. No entanto, alguns chassis projetados exclusivamente para placas-mãe com fator de forma servidor AT podem renderr um resfriamento eficiente.

A seguir há uma lista de diretrizes a serem usadas ao integrar um sistema:

• As aberturas de ventilação do gabinete devem ser funcionais e não excessivas em quantidade: Os integradores devem ter cuidado para não selecionar gabinetes que contenham apenas aberturas de ventilação cosméticas. Ventilações cosméticas são projetadas para parecer que permitem fluxo de ar, mas pouco ou nenhum fluxo de ar realmente existe. Gabinetes com aberturas de ar excessivas também devem ser evitados. Nesse caso, muito pouco fluxos de ar sobre o processador e outros componentes. No gabinete ATX, blindagem de E/S deve estar presente. Caso contrário, a abertura de E/S pode proporcionar ventilação excessiva.
  
• As aberturas de ventilação devem estar corretamente localizadas: Os sistemas devem ter as entradas e saídas de ar corretamente localizadas. Os melhores locais para entradas de ar permitem a entrada de ar para entrar no gabinete e fluir diretamente sobre o processador. As saídas de ar devem estar situados de modo que os fluxos de ar em um caminho através do sistema, sobre vários componentes, antes de sair. O local específico das aberturas depende do gabinete. No caso de sistemas ATX, as saídas de ar devem estar localizadas tanto na parte inferior frontal quanto na parte inferior traseira do gabinete. Além disso, para sistemas ATX, blindagens de E/S devem estar presentes para permitir que o gabinete ventilasse ar conforme projetado. A falta de um escudo de E/S pode interromper o fluxo de ar adequado ou a circulação dentro do gabinete.
  
• Direção do fluxo de ar da fonte de alimentação: É importante escolher uma fonte de alimentação que tenha uma ventoinha que exausta o ar na direção adequada. Algumas fontes de alimentação têm marcas que notam o sentido do fluxo de ar.
  
• Intensidade da ventoinha da fonte de alimentação: As fontes de alimentação do PC contêm uma ventoinha. Para alguns gabinetes em que o processador está funcionando muito quente, mudar para uma fonte de alimentação com uma ventoinha mais forte pode melhorar bastante o fluxo de ar.
  
• Fonte de alimentação: Muitos fluxos de ar através da unidade de fonte de alimentação, o que pode ser uma restrição significativa se não bem ventilado. Escolha uma unidade de fonte de alimentação com grandes aberturas. Os fios guardam os fios para o ventilador da fonte de alimentação oferecem muito menos resistência ao fluxo de ar do que as aberturas carimbadas no invólucro de metal da unidade de fonte de alimentação.
  
• Ventoinha do sistema : ela deve ser usada? Alguns gabinetes podem conter uma ventoinha do sistema (além da ventoinha de fonte de alimentação) para facilitar o fluxo de ar. Uma ventoinha do sistema é normalmente usada com dissipadores de calor passivos. Em algumas situações, uma ventoinha do sistema melhora o resfriamento do sistema. Os testes térmicos, tanto com uma ventoinha do sistema como sem a ventoinha, revelarão qual configuração é a melhor para um gabinete específico.
  
• Direção do fluxo de ar da ventoinha do sistema: Ao utilizar um ventilador do sistema, certifique-se de que ele desnude o ar na mesma direção que o fluxo de ar geral do sistema. Por exemplo, uma ventoinha de sistema em um sistema ATX deve agir como uma ventoinha de escapamento, puxando o ar de dentro do sistema para fora através das aberturas traseiras ou dianteiras do gabinete.
  
• Proteja-se contra pontos quentes: Um sistema pode ter um forte fluxo de ar, mas ainda contém pontos quentes. Os pontos quentes são áreas dentro do gabinete que são significativamente mais quentes do que o resto do ar do gabinete. O posicionamento incorreto da ventoinha do escapamento, placas do adaptador, cabos ou suportes do gabinete e subconjuntos que bloqueiam o fluxo de ar no sistema podem criar essas áreas. Para evitar pontos quentes, coloque os ventiladores de escapamento conforme necessário, reposiciona placas de adaptador de comprimento total ou use placas de meio comprimento, redirecionamento e cabos de gravata, e garantir que o espaço seja fornecido ao redor e ao redor do processador.

Diferenças nas motherboards, fontes de alimentação, periféricos adicionais e chassis afetam a temperatura operacional dos sistemas e dos processadores que os executam. O teste térmico é altamente recomendado ao escolher um novo fornecedor para placas-mãe ou chassis ou ao começar a usar novos produtos. Os testes térmicos podem determinar se uma configuração específica de fonte de alimentação de chassi-mãe fornece um fluxo de ar adequado para Intel® Xeon® processadores escaláveis. Para começar a determinar a melhor solução térmica para seus sistemas baseados em processadores escaláveis Intel® Xeon®, entre em contato com o fornecedor da placa-mãe para obter recomendações de chassi e configuração do ventilador.

Byte de referência térmica e sensor térmico
Os processadores escaláveis Intel® Xeon® possuem recursos exclusivos de gerenciamento do sistema. Uma delas é a capacidade de monitorar a temperatura do núcleo do processador em relação a uma configuração máxima conhecida. O sensor térmico do processador controla a temperatura atual do processador e pode ser abordado pelo SMBus (System Management Bus, barramento de gerenciamento do sistema). Um byte térmico (8 bits) de informação pode ser lido a partir do sensor térmico a qualquer momento. A granularidade de byte térmico é 1 °C. A leitura do sensor térmico é comparada com o Byte de referência térmica.

O Byte de referência térmica também está disponível através da ROM de informações do processador no SMBus. Este número de 8 bits é registrado quando o processador é fabricado. O Byte de referência térmica contém um valor pré-programado que corresponde à leitura do sensor térmico quando o processador é stressado à sua especificação térmica máxima. Portanto, se a leitura de byte térmico do sensor térmico exceder o Byte de referência térmica, o processador está operando mais quente do que a especificação permite.

Enfatizando cada um dos processadores em um sistema totalmente configurado, lendo o sensor térmico de cada processador e comparando-o com o byte de referência térmica de cada processador para determinar se ele está sendo executado dentro das especificações térmicas pode fazer testes térmicos. Software que pode ler informações do SMBus é necessário para ler o sensor térmico e o Byte de referência térmica.

Procedimento de teste térmico
O procedimento para testes térmicos é o seguinte:

1. Para garantir o consumo máximo de energia durante o teste, você deve desativar os modos automáticos de desligamento do sistema ou os recursos verdes. Esses recursos são controlados dentro do BIOS do sistema ou por drivers do sistema operacional.
   
2. Configure um método para registrar a temperatura ambiente, seja com um termomômetro ou termopar ou combinação precisa de medidor térmico.
   
3. Ligue a estação de trabalho ou o servidor. Se o sistema tiver sido montado corretamente e o processador estiver devidamente instalado e encaixado, o sistema é inicializado no sistema operacional (SO) pretendido.
   
4. Invoque a aplicação térmica estressante.
   
5. Permita que o programa seja executado por 40 minutos. Isso permite que todo o sistema esquentar e estabilizar. Grave a leitura do sensor térmico para cada processador uma vez a cada 5 minutos durante os próximos 20 minutos. Registre a temperatura ambiente no final do período de 1 hora.

Após registrar a temperatura ambiente, desligue o sistema. Remova a tampa do gabinete. Permite que o sistema resfriar pelo menos 15 minutos.

Utilizando a mais alta das quatro medições tiradas do sensor térmico, siga o procedimento na seção a seguir para verificar o gerenciamento térmico do sistema.

Cálculo para verificar a solução de gerenciamento térmico de um sistema
Esta seção explica como determinar se um sistema pode operar na temperatura máxima de operação enquanto mantém o processador dentro da faixa de operação máxima. O resultado desse processo mostra se o fluxo de ar do sistema precisa ser aprimorado ou se a temperatura máxima de operação do sistema precisa ser revisada para produzir um sistema mais confiável.

A primeira etapa é selecionar a temperatura máxima da sala de operação do sistema. Um valor comum para sistemas onde o ar condicionado não está disponível é 40 °C. Esta temperatura excede a temperatura externa máxima recomendada para Intel® Xeon® plataformas baseadas em processadores escaláveis, mas pode ser usada se o gabinete usado não exceder a especificação de temperatura de entrada da ventoinha de 45 °C. Um valor comum para sistemas onde o ar condicionado está disponível é 35 °C. Escolha um valor ideal para seu cliente. Escreva este valor na linha A abaixo.

Escreva a temperatura ambiente registrada após os testes na linha B abaixo. Subtraia a linha B da linha A e escreva o resultado na linha C. Essa diferença compensa o fato de que o teste provavelmente foi realizado em uma sala mais fria do que a temperatura máxima de operação do sistema.

A. _________ (temperatura máxima de operação, normalmente 35° C ou 40° C)

B. - _______ temperatura ambiente °C no final do teste

C. _________

Escreva a temperatura mais alta registrada a partir do medidor térmico na linha D abaixo. Copie o número da linha C para a linha E abaixo. Adicione a linha D e a linha E e escreva a soma na linha F. Este número representa a leitura mais alta do sensor térmico para o núcleo do processador quando o sistema é usado na temperatura máxima de sua sala de operação especificada, executando uma aplicação igualmente estressante térmica. Este valor deve permanecer abaixo do valor do Byte de referência térmica. Escreva a leitura de byte de referência térmica na linha G.

D. _________ A leitura máxima do sensor térmico

E. + _______ Máxima. ajuste da temperatura operacional da linha C acima

F. _________ Max. de leitura do sensor térmico em um ambiente de pior ambiente

G. _________ leitura de byte de referência térmica

Os processadores não devem operar a temperaturas mais altas do que as temperaturas de operação ou falhas máximas especificadas podem ocorrer. Os processadores in a box permanecerão dentro da especificação térmica se a leitura do sensor térmico for menor do que a Indicação de referência térmica o tempo todo.

Se a linha F revelar que o núcleo do processador excedeu sua temperatura máxima, então a ação é necessária. O fluxo de ar do sistema deve melhorar significativamente ou a temperatura máxima de ambiente operacional do sistema deve ser reduzida.

Se o número na linha F for menor ou igual ao Byte de referência térmica, o sistema manterá o processador in a box dentro da especificação em condições térmicas de estresse semelhantes, mesmo se o sistema estiver operando em seu ambiente mais quente.

Para resumir:
Se o valor na linha F for maior que o Byte de referência térmica, há duas opções:

1. Melhore o fluxo de ar do sistema para reduzir a temperatura de entrada do ventilador do processador (siga as recomendações feitas anteriormente). Em seguida, reteste o sistema.
   
2. Escolha uma temperatura máxima de sala de operação mais baixa para o sistema. Tenha em mente o ambiente típico do cliente e do sistema.

Dicas de teste
Use as seguintes sugestões para reduzir a necessidade de testes térmicos desnecessários:

1. Ao testar um sistema compatível com mais de uma velocidade de processador, teste usando o(s) processador(s) que mais gera energia. Processadores que dissiparem o maior consumo de energia gerarão mais calor. Ao testar o processador mais quente suportado pela motherboard, você pode evitar testes adicionais com processadores que geram menos calor com a mesma configuração de placa-mãe e chassi.
   
   A dissipação de energia varia de acordo com a velocidade do processador e a etapa do silício. Para garantir a seleção do processador adequado para o teste térmico do seu sistema, consulte a Tabela 1 para obter números de dissipação de energia para processadores escaláveis Intel® Xeon® in a box. Os processadores escaláveis Intel® Xeon® in a box são marcados com um número de especificação de teste de 5 dígitos, geralmente começando com a letra S.
2. O checkout térmico com uma nova motherboard não é necessário se todas as seguintes condições forem atendidas:
   • A nova motherboard é usada com um gabinete previamente testado que funcionava com uma placa-mãe semelhante
   • O teste anterior mostrou a configuração para fornecer fluxo de ar adequado
   • O processador está localizado aproximadamente no mesmo local nas duas motherboards.
   • Um processador com a mesma ou menor dissipação de energia será utilizado na nova motherboard
3. A maioria dos sistemas é atualizada (RAM adicional, placas de adaptador, unidades etc.) em algum momento da vida. Os integradores devem testar sistemas com algumas placas de expansão instaladas para simular um sistema que foi atualizado. Uma solução de gerenciamento térmico que funciona bem em um sistema que é fortemente carregado não precisa ser retedada para configurações levemente carregadas.

A ficha técnica Intel® Xeon® processadores escaláveis (também listada na Tabela 1) lista a dissipação de energia de Intel® Xeon® processadores escaláveis em várias frequências operacionais. Para Intel® Xeon® processadores escaláveis, o processador de frequência mais alta disponível dissipará mais potência do que frequências mais baixas. Ao construir sistemas com muitas frequências operacionais, o teste deve ser realizado usando o processador de frequência mais alta suportado, pois dissipa a maior potência. Os integradores de sistema podem realizar testes térmicos usando termopar para determinar a temperatura do dissipador de calor integrado do processador (consulte a ficha técnica Intel® Xeon® processadores escaláveis, para obter detalhes).

Uma avaliação simples da temperatura do ar que entra no dissipador de calor do ventilador pode proporcionar confiança no gerenciamento térmico do sistema. Para processadores escaláveis Intel® Xeon®, o ponto de teste está no centro do hub da ventoinha, aproximadamente 0,3 polegadas em frente à ventoinha. A avaliação dos dados de teste possibilita determinar se um sistema possui gerenciamento térmico suficiente para o processador in a box. Os sistemas devem ter uma temperatura máxima esperada de 45 °C nas condições ambientes externas máximas esperadas (que normalmente é de 35 °C).

Tabela 1: Intel® Xeon® processadores escaláveis Especificações térmicas ^1,3

Os integradores de sistema devem usar um gabinete ATX que tenha sido projetado especificamente para suportar os Intel® Xeon® processadores escaláveis. Gabinetes especificamente projetados para dar suporte aos Intel® Xeon® processadores escaláveis serão enviados com suporte mecânico e elétrico adequado para o processador, além de terem melhorado o desempenho térmico. A Intel testou o chassi para uso com processadores escaláveis Intel® Xeon® usando placas de terceiros habilitadas. O gabinete que passa neste teste térmico oferece aos integradores de sistema um local de partida para determinar qual gabinete avaliar.