Administración térmica para procesadores escalables Intel® Xeon® de 1ª generación

La solución de administración térmica para Intel® Xeon® procesadores escalables, destinada al multiprocesamiento de 4 u 8 vías, es específica del fabricante de la placa base y el chasis. Todos los productos de procesadores escalables Intel® Xeon® en caja se venden como un kit que consta de:

• Solución térmica
• Placa base
• Chasis
• Fuente de alimentación

Para conocer las especificaciones de administración térmica, consulte la hoja de datos del fabricante del sistema o Intel® Xeon® procesador. El túnel de viento del procesador (PWT) solo está diseñado para usarse con un servidor de propósito general (2U y superior) Intel® Xeon® procesador escalable, no con el procesador Intel Xeon MP o el procesador Intel Xeon para servidores de montaje en bastidor 1U.

Los sistemas que utilizan procesadores escalables Intel® Xeon® requieren administración térmica. Este documento asume un conocimiento general y experiencia en el funcionamiento, la integración y la administración térmica del sistema. Los integradores que sigan las recomendaciones presentadas pueden proporcionar a sus clientes sistemas más confiables y verán que menos clientes regresan con problemas de administración térmica. (El término procesadores en caja Intel® Xeon® escalables se refiere a los procesadores empaquetados para uso de los integradores de sistemas).

La administración térmica en Intel® Xeon® sistemas basados en procesadores escalables puede afectar tanto al desempeño como al nivel de ruido del sistema. Los procesadores escalables Intel® Xeon® utilizan la función de monitor térmico para proteger el procesador en momentos en los que, de lo contrario, el silicio funcionaría por encima de las especificaciones. En un sistema correctamente diseñado, la función Monitor térmico nunca debería activarse. La función está diseñada para proporcionar protección en circunstancias inusuales, como temperaturas del aire ambiente más altas de lo normal o fallas en un componente de administración térmica del sistema (como un ventilador de sistema). Mientras la función Monitor térmico está activa, el desempeño del sistema puede caer por debajo de su nivel de rendimiento máximo normal. Es fundamental que los sistemas estén diseñados para mantener temperaturas ambiente internas lo suficientemente bajas como para evitar que los procesadores escalables Intel® Xeon® entren en un estado activo de Monitor térmico. Puede encontrar información sobre la función de monitor térmico en la hoja de datos de procesadores escalables Intel® Xeon®.

Además, el disipador térmico de procesadores escalables Intel® Xeon® utiliza una solución de conducto activo llamada túnel de viento del procesador (PWT), que incluye un ventilador de alta calidad. Este ventilador del procesador funciona a una velocidad constante. Este conducto proporciona un flujo de aire adecuado a través del disipador térmico del procesador, siempre y cuando la temperatura ambiente se mantenga por debajo de la especificación máxima.

Permitir que los procesadores funcionen a temperaturas superiores a la temperatura máxima especificada de funcionamiento puede acortar la vida útil del procesador y causar un funcionamiento poco confiable. Cumplir con las especificaciones de temperatura del procesador es, en última instancia, responsabilidad del integrador de sistemas. Cuando se construyen sistemas de calidad con el procesador Intel Xeon, es imperativo considerar cuidadosamente la administración térmica del sistema y verificar el diseño del sistema con pruebas térmicas. En este documento se detallan los requisitos térmicos específicos del procesador Intel Xeon. Los integradores de sistemas que utilizan el procesador Intel Xeon deben familiarizarse con este documento.

La administración térmica adecuada depende de dos elementos principales: un disipador térmico debidamente montado en el procesador y un flujo de aire eficaz a través del chasis del sistema. El objetivo final de la administración térmica es mantener al procesador a la temperatura de funcionamiento máxima o por debajo de ésta.

La administración térmica adecuada se logra cuando el calor se transfiere del procesador al aire del sistema, que luego se ventila fuera del sistema. Los procesadores en caja Intel® Xeon® escalables se entregan con un disipador térmico y el PWT que puede transferir eficazmente el calor del procesador al aire del sistema. Es responsabilidad del integrador de sistemas garantizar un flujo de aire adecuado del sistema. Los procesadores escalables Intel® Xeon® en bandeja no se entregan con un disipador térmico y el PWT, es responsabilidad del integrador de sistemas garantizar un flujo de aire adecuado del sistema.

Crítico: El uso del procesador en caja sin aplicar correctamente el material de interfaz térmica incluido anulará la garantía del procesador en caja y podría causar daños al procesador. Asegúrese de seguir los procedimientos de instalación documentados en el manual del procesador en caja y en la descripción general de la integración.

El ventilador en el túnel de viento del procesador es un ventilador de cojinete de bolas de alta calidad que proporciona una buena corriente de aire local. Esta corriente de aire transfiere calor del disipador de calor al aire dentro del sistema. Sin embargo, mover el calor al aire del sistema es solo la mitad de la tarea. También se necesita suficiente flujo de aire del sistema para expulsar el aire. Sin un flujo constante de aire a través del sistema, el disipador térmico del ventilador recirculará el aire caliente y, por lo tanto, es posible que no enfríe el procesador adecuadamente.

Los siguientes son factores que determinan el flujo de aire del sistema:

• Diseño del chasis
• Tamaño del chasis
• Ubicación de las entradas de aire del chasis y las salidas de aire
• Capacidad del ventilador de la fuente de alimentación y ventilación
• Ubicación de la(s) ranura(s) del procesador
• Colocación de tarjetas y cables adicionales

Los integradores de sistemas deben garantizar un flujo de aire adecuado a través del sistema para permitir que el disipador de calor funcione de manera efectiva. La atención adecuada al flujo de aire al seleccionar subconjuntos y sistemas de construcción es importante para una buena gestión térmica y un funcionamiento fiable del sistema.

Los integradores utilizan dos formatos básicos de fuente de alimentación de placa base, chasis para servidores y estaciones de trabajo: las variaciones ATX y el formato Server AT más antiguo. Debido a consideraciones de refrigeración y voltaje, Intel recomienda el uso de motherboards y chasis de formato ATX para los procesadores escalables Intel® Xeon® en caja.

No se recomiendan las placas base con formato AT de servidor porque no están estandarizados para una administración térmica eficaz. Sin embargo, algunos chasis diseñados exclusivamente para motherboards con formato Server AT pueden producir una refrigeración eficiente.

La siguiente es una lista de pautas que se utilizarán al integrar un sistema:

• Las rejillas de ventilación del chasis deben ser funcionales y no excesivas en cantidad: Los integradores deben tener cuidado de no seleccionar chasis que contengan únicamente ventilaciones cosméticas. Las rejillas de ventilación cosméticas están diseñadas para parecer que permiten el flujo de aire, pero en realidad existe poco o ningún flujo de aire. También se deben evitar los chasis con salidas de aire excesivas. En este caso, fluye muy poco aire sobre el procesador y otros componentes. En el chasis ATX, las pletinas de E/S deben estar presentes. De lo contrario, la abertura de E/S puede proporcionar una ventilación excesiva.
  
• Las rejillas de ventilación deben estar correctamente ubicadas: Los sistemas deben tener ventilaciones de admisión y salida correctamente ubicadas. Las mejores ubicaciones para las tomas de aire permiten que el aire ingrese al chasis y fluya directamente sobre el procesador. Las salidas de aire deben estar situadas de manera que el aire fluya en un camino a través del sistema, sobre varios componentes, antes de salir. La ubicación específica de las rejillas de ventilación depende del chasis. En el caso de los sistemas ATX, las salidas de escape deben ubicarse tanto en la parte inferior delantera como en la parte inferior trasera del chasis. Además, para los sistemas ATX, las pletinas de E/S deben estar presentes para permitir que el chasis ventile aire según lo previsto. La falta de una cubierta de E/S podría interrumpir el flujo de aire adecuado o la circulación dentro del chasis.
  
• Dirección del flujo de aire de la fuente de alimentación: Es importante elegir una fuente de alimentación que tenga un ventilador que expulse el aire en la dirección correcta. Algunas fuentes de alimentación tienen marcas que indican la dirección del flujo de aire.
  
• Fuerza del ventilador de la fuente de alimentación: Las fuentes de alimentación de PC contienen un ventilador. Para algunos chasis en los que el procesador se está calentando demasiado, cambiar a una fuente de alimentación con un ventilador más fuerte puede mejorar considerablemente el flujo de aire.
  
• Ventilación de la fuente de alimentación: Una gran cantidad de aire fluye a través de la unidad de fuente de alimentación, que puede ser una restricción significativa si no se ventila bien. Elija una fuente de alimentación con ventilaciones grandes. Los protectores de dedos de alambre para el ventilador de la fuente de alimentación ofrecen mucha menos resistencia al flujo de aire que las aberturas estampadas en la carcasa de chapa metálica de la unidad de fuente de alimentación.
  
• Ventilador del sistema: ¿debería utilizarse? Algunos chasis pueden contener un ventilador de sistema (además del ventilador de la fuente de alimentación) para facilitar el flujo de aire. Un ventilador de sistema se utiliza normalmente con disipadores de calor pasivos. En algunas situaciones, un ventilador del sistema mejora la refrigeración del sistema. Las pruebas térmicas, tanto con un ventilador de sistema como sin el ventilador, revelarán qué configuración es la mejor para un chasis específico.
  
• Dirección del flujo de aire del ventilador del sistema: Cuando utilice un ventilador de sistema, asegúrese de que extraiga aire en la misma dirección que el flujo de aire general del sistema. Por ejemplo, un ventilador de sistema en un sistema ATX debe actuar como un extractor de aire, extrayendo aire desde dentro del sistema hacia afuera a través de las rejillas de ventilación del chasis trasera o delantera.
  
• Protéjase contra los puntos calientes: Un sistema puede tener un flujo de aire fuerte, pero aún así contener puntos calientes. Los puntos calientes son áreas dentro del chasis que están significativamente más calientes que el resto del aire del chasis. La colocación incorrecta de los extractores de aire, las tarjetas adaptadoras, los cables o los soportes del chasis y los subconjuntos que bloquean el flujo de aire dentro del sistema pueden crear tales áreas. Para evitar puntos calientes, coloque ventiladores de extracción, según sea necesario, vuelva a colocar las tarjetas adaptadoras de longitud completa o use tarjetas de media longitud, redirija y amarre los cables, y asegúrese de dejar espacio alrededor del procesador y sobre él.

Las diferencias en las placas base, las fuentes de alimentación, los periféricos complementarios y los chasis afectan la temperatura de funcionamiento de los sistemas y de los procesadores que los ejecutan. Se recomiendan encarecidamente las pruebas térmicas al elegir un nuevo proveedor de placas base o chasis, o cuando se empiezan a utilizar nuevos productos. Las pruebas térmicas pueden determinar si una configuración específica de chasis, fuente de alimentación y motherboard proporciona un flujo de aire adecuado para los procesadores escalables Intel® Xeon® en caja. Para comenzar a determinar la mejor solución térmica para sus sistemas basados en procesadores escalables Intel® Xeon®, comuníquese con su proveedor de placa base para obtener recomendaciones de configuración de chasis y ventilador.

Sensor térmico y byte de referencia térmica
Los procesadores escalables Intel® Xeon® tienen capacidades únicas de administración del sistema. Una de ellas es la capacidad de monitorear la temperatura central del procesador en relación con una configuración máxima conocida. El sensor térmico del procesador emite la temperatura actual del procesador y se puede direccionar a través del bus de administración del sistema (SMBus). Se puede leer un byte térmico (8 bits) de información del sensor térmico en cualquier momento. La granularidad del byte térmico es de 1 °C. A continuación, la lectura del sensor térmico se compara con el byte de referencia térmica.

El byte de referencia térmica también está disponible a través de la ROM de información del procesador en SMBus. Este número de 8 bits se registra cuando se fabrica el procesador. El byte de referencia térmica contiene un valor preprogramado que corresponde a la lectura del sensor térmico cuando el procesador está sometido a tensión hasta su especificación térmica máxima. Por lo tanto, si la lectura de bytes térmicos del sensor térmico supera alguna vez el byte de referencia térmica, el procesador se está calentando más de lo que permite la especificación.

Hacer hincapié en cada uno de los procesadores en un sistema totalmente configurado, leer el sensor térmico de cada procesador y compararlo con el byte de referencia térmica de cada procesador para determinar si se está ejecutando dentro de las especificaciones térmicas puede hacer pruebas térmicas. Se necesita software que pueda leer información del SMBus para leer tanto el sensor térmico como el byte de referencia térmica.

Procedimiento de prueba térmica
El procedimiento para las pruebas térmicas es el siguiente:

1. Para garantizar el máximo consumo de energía durante la prueba, debe desactivar los modos de apagado automático del sistema o las funciones ecológicas. Estas características se controlan dentro del BIOS del sistema o mediante controladores del sistema operativo.
   
2. Configure un método para registrar la temperatura ambiente, ya sea con un termómetro preciso o una combinación de termopar y medidor térmico.
   
3. Encienda la estación de trabajo o el servidor. Si el sistema se ha ensamblado correctamente y el procesador está instalado y colocado correctamente, el sistema arranca en el sistema operativo (SO) previsto.
   
4. Invocar la aplicación térmicamente estresante.
   
5. Deje que el programa se ejecute durante 40 minutos. Esto permite que todo el sistema se caliente y se estabilice. Registre la lectura del sensor térmico para cada procesador una vez cada 5 minutos durante los próximos 20 minutos. Registre la temperatura ambiente al final del período de 1 hora.

Después de registrar la temperatura ambiente, apague el sistema. Retire la cubierta del chasis. Deje que el sistema se enfríe al menos 15 minutos.

Utilizando la más alta de las cuatro mediciones tomadas del sensor térmico, siga el procedimiento de la sección siguiente para verificar la administración térmica del sistema.

Cálculo para verificar la solución de administración térmica de un sistema
Esta sección explica cómo determinar si un sistema puede funcionar a la temperatura máxima de funcionamiento mientras mantiene el procesador dentro de su rango máximo de funcionamiento. El resultado de este proceso muestra si es necesario mejorar el flujo de aire del sistema o revisar la temperatura máxima de funcionamiento del sistema para producir un sistema más fiable.

El primer paso es seleccionar una temperatura máxima del quirófano para el sistema. Un valor común para sistemas donde el aire acondicionado no está disponible es de 40 ° C. Esta temperatura supera la temperatura externa máxima recomendada para plataformas basadas en procesadores escalables Intel® Xeon®, pero se puede utilizar si el chasis utilizado no supera la especificación de temperatura de entrada del ventilador a 45 °C. Un valor común para sistemas donde hay aire acondicionado disponible es de 35 ° C. Elija un valor que sea adecuado para su cliente. Escriba este valor en la línea A a continuación.

Escriba la temperatura ambiente registrada después de la prueba en la línea B a continuación. Resta la línea B de la línea A y escribe el resultado en la línea C. Esta diferencia compensa el hecho de que la prueba probablemente se realizó en una habitación que es más fría que la temperatura máxima de funcionamiento del sistema.

A. _________ (temperatura máxima de funcionamiento, típicamente 35° C o 40° C)

B. - _______ Temperatura ambiente ° C al final de la prueba

C. _________

Escriba la temperatura más alta registrada en el medidor térmico en la línea D a continuación. Copie el número de la línea C a la línea E a continuación. Suma la línea D y la línea E y escribe la suma en la línea F. Este número representa la lectura más alta del sensor térmico para el núcleo del procesador cuando el sistema se utiliza a su temperatura máxima especificada del quirófano ejecutando una aplicación térmicamente estresante de manera similar. Este valor debe permanecer por debajo del valor del byte de referencia térmica. Escriba la lectura del byte de referencia térmica en la línea G.

D. _________ Lectura máxima del sensor térmico

E. + _______ Ajuste máx. de la temperatura de funcionamiento desde la línea C anterior

F. _________ Lectura máx. del sensor térmico en el peor ambiente de la habitación

G. _________ Lectura de bytes de referencia térmica

Los procesadores no deben funcionar a temperaturas superiores a su temperatura operativa máxima especificada o podrían producirse fallas. Los procesadores en caja se mantendrán dentro de las especificaciones térmicas si la lectura del sensor térmico es inferior al byte de referencia térmica en todo momento.

Si la línea F revela que el núcleo del procesador superó su temperatura máxima, es necesario actuar. O bien el flujo de aire del sistema debe mejorarse significativamente o la temperatura máxima del quirófano del sistema debe reducirse.

Si el número en línea F es menor o igual al byte de referencia térmica, el sistema mantendrá el procesador en caja dentro de las especificaciones en condiciones de estrés térmico similares, incluso si el sistema funciona en su entorno más cálido.

En resumen:
Si el valor en la línea F es mayor que el byte de referencia térmica, hay dos opciones:

1. Mejore el flujo de aire del sistema para bajar la temperatura de entrada del ventilador del procesador (siga las recomendaciones anteriores). A continuación, vuelva a probar el sistema.
   
2. Elija una temperatura ambiente operativa máxima más baja para el sistema. Tenga en cuenta al cliente y el entorno típico del sistema.

Sugerencias para las pruebas
Utilice las siguientes sugerencias para reducir la necesidad de pruebas térmicas innecesarias:

1. Cuando pruebe un sistema que admita más de una velocidad de procesador, pruébelo utilizando el(los) procesador(es) que generan más energía. Los procesadores que disipen más energía generarán la mayor cantidad de calor. Al probar el procesador más caliente compatible con la motherboard, puede evitar pruebas adicionales con procesadores que generan menos calor con la misma configuración de placa base y chasis.
   
   La disipación de energía varía según la velocidad del procesador y el paso del silicio. Para garantizar la selección del procesador adecuado para las pruebas térmicas del sistema, consulte la Tabla 1 para obtener los números de disipación de energía para los procesadores escalables Intel® Xeon® en caja. Los procesadores en caja Intel® Xeon® escalables están marcados con un número de especificación de prueba de 5 dígitos, que generalmente comienza con la letra S.
2. La comprobación térmica con una motherboard nueva no es necesaria si se cumplen todas las condiciones siguientes:
   • La nueva motherboard se utiliza con un chasis probado previamente que funcionaba con una motherboard similar
   • La prueba anterior mostró la configuración para proporcionar un flujo de aire adecuado
   • El procesador se encuentra aproximadamente en el mismo lugar en ambas motherboards
   • En la nueva motherboard se utilizará un procesador con la misma disipación de potencia o una menor
3. La mayoría de los sistemas se actualizan (RAM adicional, tarjetas adaptadoras, unidades, etc.) en algún momento de su vida útil. Los integradores deben probar los sistemas con algunas tarjetas de expansión instaladas para simular un sistema que ha sido actualizado. Una solución de administración térmica que funcione bien en un sistema que está muy cargado no necesita volver a probarse para configuraciones con poca carga.

La hoja de datos de procesadores escalables Intel® Xeon® (también aparece en la Tabla 1) enumera la disipación de energía de Intel® Xeon® procesadores escalables a varias frecuencias de operación. Para Intel® Xeon® procesadores escalables, el procesador de frecuencia más alta disponible disipará más potencia que las frecuencias más bajas. Cuando se construyen sistemas que contarán con muchas frecuencias de funcionamiento, las pruebas deben realizarse utilizando el procesador de frecuencia más alta compatible, ya que disipa la mayor cantidad de energía. Los integradores de sistemas pueden realizar pruebas térmicas utilizando termopares para determinar la temperatura del difusor térmico integrado del procesador (consulte la Hoja de datos de procesadores escalables Intel® Xeon® para obtener más información).

Una simple evaluación de la temperatura del aire que entra en el disipador térmico del ventilador puede proporcionar confianza en la administración térmica del sistema. Para Intel® Xeon® procesadores escalables, el punto de prueba se encuentra en el centro del concentrador del ventilador, aproximadamente 0,3 pulgadas delante del ventilador. La evaluación de los datos de prueba permite determinar si un sistema tiene suficiente administración térmica para el procesador en caja. Los sistemas deben tener una temperatura máxima esperada de 45 °C en las condiciones ambientales externas máximas esperadas (que normalmente es de 35 °C).

Tabla 1: Especificaciones térmicas de los procesadores escalables Intel® Xeon® ^1,3

Los integradores de sistemas deben utilizar un chasis ATX que haya sido diseñado específicamente para admitir los procesadores escalables Intel® Xeon®. Chasis diseñados específicamente para admitir el Intel® Xeon® que los procesadores escalables se enviarán con el soporte mecánico y eléctrico adecuado para el procesador, además de tener un desempeño térmico mejorado. Intel ha probado el chasis para utilizarlo con procesadores escalables Intel® Xeon® mediante placas de terceros habilitadas. Los chasis que pasan esta prueba térmica proporcionan a los integradores de sistemas un punto de partida para determinar qué chasis evaluar.