Manajemen Termal untuk Prosesor Intel® Xeon® yang Dapat Diskalakan

Solusi manajemen termal untuk Prosesor Intel® Xeon® yang Dapat Diskalakan, yang ditujukan untuk multiprosesing 4 arah atau 8 arah, khusus untuk produsen motherboard dan sasis. Semua produk Prosesor box Intel® Xeon® yang Dapat Diskalakan dijual sebagai kit yang terdiri dari kit yang dikonfigurasi:

• Solusi termal
• Motherboard
• Chassis
• Catu daya

Untuk spesifikasi manajemen termal, lihat lembar data produsen sistem atau prosesor Intel Xeon. Wind tunnel (PWT) prosesor hanya ditujukan untuk digunakan dengan server serba guna (2U ke atas)Intel® Xeon® Prosesor yang Dapat Diskalakan, bukan Prosesor Intel Xeon MP atau Prosesor Intel Xeon untuk Server Rack Mount 1U.

Sistem yang menggunakan Prosesor Intel® Xeon® yang Dapat Diskalakan memerlukan manajemen termal. Dokumen ini mengasumsikan pengetahuan umum dan pengalaman dengan operasi sistem, integrasi, dan manajemen termal. Integrator yang mengikuti rekomendasi yang disajikan dapat memberikan pelanggan mereka sistem yang lebih andal dan akan melihat lebih sedikit pelanggan yang kembali dengan masalah manajemen termal. (Istilah Prosesor Box Intel® Xeon® yang Dapat Diskalakan mengacu pada prosesor yang dimas untuk digunakan oleh integrator sistem.)

Manajemen termal dalam sistem berbasis Prosesor Intel® Xeon® yang Dapat Diskalakan dapat memengaruhi performa dan tingkat kebisingan sistem. Prosesor Intel® Xeon® yang Dapat Diskalakan menggunakan fitur Thermal Monitor untuk melindungi prosesor selama waktu ketika silikon beroperasi di atas spesifikasi. Pada sistem yang dirancang dengan benar, fitur Thermal Monitor tidak boleh aktif. Fitur ini ditujukan untuk memberikan perlindungan bagi keadaan yang tidak biasa seperti suhu udara sekitar normal atau kegagalan komponen manajemen termal sistem (seperti kipas sistem). Saat fitur Thermal Monitor aktif, performa sistem mungkin turun di bawah tingkat performa puncak normalnya. Sangat penting bahwa sistem dirancang untuk mempertahankan suhu lingkungan internal yang cukup rendah untuk mencegah Intel® Xeon® Prosesor yang Dapat Diskalakan memasuki status aktif Thermal Monitor. Informasi tentang fitur Monitor Termal dapat ditemukan di Lembar Data Prosesor Intel® Xeon® yang Dapat Diskalakan.

Selain itu, heat sink Prosesor Intel® Xeon® yang Dapat Diskalakan menggunakan solusi saluran aktif yang disebut Processor Wind Tunnel (PWT), yang mencakup kipas berkualitas tinggi. Kipas prosesor ini beroperasi dengan kecepatan konstan. Saluran ini memberikan aliran udara yang memadai di seluruh pembuang panas prosesor selama suhu sekitar dipertahankan di bawah spesifikasi maksimum.

Memungkinkan prosesor beroperasi pada suhu di luar suhu pengoperasian maksimum yang ditentukan dapat mempersingkat masa pakai prosesor dan dapat menyebabkan operasi yang tidak dapat diandalkan. Memenuhi spesifikasi suhu prosesor pada akhirnya adalah tanggung jawab integrator sistem. Saat membangun sistem berkualitas menggunakan Prosesor Intel Xeon, penting untuk mempertimbangkan manajemen termal sistem secara saksama dan memverifikasi desain sistem dengan pengujian termal. Dokumen ini merinci persyaratan termal tertentu dari Prosesor Intel Xeon. Integrator sistem yang menggunakan Prosesor Intel Xeon harus memahami dokumen ini.

Manajemen termal yang tepat tergantung pada dua elemen utama: heat sink yang dipasang dengan benar ke prosesor, dan aliran udara yang efektif melalui sasis sistem. Tujuan utama dari manajemen termal adalah untuk menjaga prosesor tetap berada di atau di bawah suhu pengoperasian maksimumnya.

Manajemen termal yang tepat tercapai ketika panas ditransfer dari prosesor ke udara sistem, yang kemudian diluncurkan dari sistem. Prosesor box Intel® Xeon® yang Dapat Diskalakan dikirimkan dengan heat sink dan PWT, yang dapat secara efektif mentransfer panas prosesor ke udara sistem. Ini adalah tanggung jawab integrator sistem untuk memastikan aliran udara sistem yang memadai. Tray Intel® Xeon® Prosesor yang Dapat Diskalakan tidak dikirim dengan heat sink dan PWT, merupakan tanggung jawab integrator sistem untuk memastikan aliran udara sistem yang memadai.

Kritis: Menggunakan prosesor dalam kemasan tanpa menerapkan material antarmuka termal yang disertakan dengan benar akan membatalkan garansi prosesor dalam kemasan dan dapat menyebabkan kerusakan pada prosesor. Pastikan untuk mengikuti prosedur instalasi yang didokumentasikan dalam manual prosesor box dan ikhtisar integrasi.

Kipas pada Prosesor Wind Tunnel adalah kipas bearing bola berkualitas tinggi yang memberikan aliran udara lokal yang baik. Aliran udara ini mentransfer panas dari heat sink ke udara di dalam sistem. Namun, memindahkan panas ke udara sistem hanya setengah tugas. Aliran udara sistem yang cukup juga diperlukan untuk melelahkan udara. Tanpa aliran udara yang stabil melalui sistem, pendingin kipas akan mengedarkan kembali udara hangat, dan karenanya mungkin tidak mendinginkan prosesor secara memadai.

Berikut adalah faktor-faktor yang menentukan aliran udara sistem:

• Desain Sasis
• Ukuran Sasis
• Lokasi Asupan Udara dan Ventilasi Knalpot Sasis
• Kapasitas dan Ventilasi Kipas Catu Daya
• Lokasi Slot Prosesor
• Penempatan Kartu Tambahan dan Kabel

Integrator sistem harus memastikan aliran udara yang memadai melalui sistem untuk memungkinkan pendingin bekerja secara efektif. Perhatian yang tepat terhadap aliran udara saat memilih subassemblie dan sistem bangunan adalah penting untuk manajemen termal yang baik dan pengoperasian sistem yang andal.

Integrator menggunakan dua faktor bentuk catu daya motherboard-sasis dasar untuk server dan stasiun kerja: Variasi ATX dan faktor bentuk Server AT yang lebih lama. Karena pertimbangan pendinginan dan tegangan, Intel merekomendasikan penggunaan motherboard dan sasis faktor bentuk ATX untuk Prosesor box Intel® Xeon® yang Dapat Diskalakan.

Motherboard faktor bentuk Server AT tidak disarankan karena desain tersebut tidak distandarisasi untuk manajemen termal yang efektif. Namun, beberapa sasis yang dirancang khusus untuk motherboard faktor bentuk Server AT dapat menghasilkan pendinginan yang efisien.

Berikut adalah daftar panduan yang akan digunakan saat mengintegrasikan sistem:

• Ventilasi sasis harus berfungsi dan tidak berlebihan dalam jumlah: Integrator harus berhati-hati untuk tidak memilih sasis yang hanya berisi ventilasi kosmetik. Ventilasi kosmetik dirancang seakan-akan memungkinkan aliran udara tetapi sedikit atau tidak ada aliran udara yang sebenarnya ada. Sasis dengan ventilasi udara yang berlebihan juga harus dihindari. Dalam hal ini, sangat sedikit udara yang mengalir ke prosesor dan komponen lainnya. Dalam sasis ATX, perisai I/O harus ada. Jika tidak, pembukaan I/O dapat memberikan ventilasi yang berlebihan.
  
• Ventilasi harus ditemukan dengan benar: Sistem harus memiliki asupan dan ventilasi pembuangan yang tepat. Lokasi terbaik untuk intake udara memungkinkan udara masuk ke sasis dan langsung mengalir di atas prosesor. Ventilasi buang harus terletak sehingga udara mengalir di jalur melalui sistem, di berbagai komponen, sebelum keluar. Lokasi ventilasi spesifik tergantung pada sasis. Untuk sistem ATX, ventilasi knalpot harus terletak di bagian bawah depan dan bawah sasis. Selain itu, untuk sistem ATX, perisai I/O harus ada untuk memungkinkan sasis melampiaskan udara seperti yang dirancang. Kurangnya perisai I/O dapat mengganggu aliran udara atau sirkulasi yang tepat di dalam sasis.
  
• Arah Aliran Udara Catu Daya: Penting untuk memilih catu daya yang memiliki kipas yang melelahkan udara ke arah yang tepat. Beberapa pasokan listrik memiliki tanda yang mencatat arah aliran udara.
  
• Kekuatan Kipas Catu Daya: Pasokan daya PC mengandung kipas. Untuk beberapa sasis di mana prosesor berjalan terlalu hangat, berubah menjadi catu daya dengan kipas yang lebih kuat dapat meningkatkan aliran udara secara signifikan.
  
• Ventilasi Catu Daya: Banyak aliran udara melalui unit catu daya, yang dapat menjadi batasan signifikan jika tidak terventilasi dengan baik. Pilih unit catu daya dengan ventilasi besar. Pelindung jari kawat untuk kipas catu daya menawarkan ketahanan aliran udara yang jauh lebih sedikit dibandingkan bukaan yang ditempelkan ke casing logam lembaran dari unit catu daya.
  
• Kipas Sistem - Haruskah Digunakan? Beberapa sasis mungkin berisi kipas sistem (selain kipas catu daya) untuk memfasilitasi aliran udara. Kipas sistem biasanya digunakan dengan heat sink pasif. Dalam beberapa situasi, kipas sistem meningkatkan pendinginan sistem. Pengujian termal baik dengan kipas sistem dan tanpa kipas akan mengungkapkan konfigurasi mana yang terbaik untuk sasis tertentu.
  
• Arah Aliran Udara Kipas Sistem: Saat menggunakan kipas sistem, pastikan kipas menarik udara ke arah yang sama seperti aliran udara sistem secara keseluruhan. Misalnya, kipas sistem dalam sistem ATX harus bertindak sebagai kipas knalpot, yang menarik udara dari dalam sistem melalui ventilasi sasis belakang atau depan.
  
• Lindungi Terhadap Titik Panas: Sistem mungkin memiliki aliran udara yang kuat, tetapi masih mengandung titik panas. Titik panas adalah area di dalam sasis yang secara signifikan lebih hangat dari udara sasis lainnya. Posisi kipas knalpot, kartu adaptor, kabel, atau braket sasis dan subassembli yang menghalangi aliran udara di dalam sistem, dapat membuat area tersebut. Untuk menghindari titik panas, letakkan kipas buang sesuai kebutuhan, reposisi kartu adaptor panjang penuh atau gunakan kartu dengan panjang separuh, rutekan ulang dan kabel dasi, dan pastikan ruang disediakan di sekitar dan di atas prosesor.

Perbedaan pada motherboard, catu daya, periferal tambahan, dan sasis semuanya memengaruhi suhu operasi sistem dan prosesor yang menjalankannya. Pengujian termal sangat disarankan saat memilih pemasok baru untuk motherboard atau sasis, atau saat mulai menggunakan produk baru. Pengujian termal dapat menentukan apakah konfigurasi motherboard catu daya sasis tertentu memberikan aliran udara yang memadai untuk Prosesor box Intel® Xeon® yang Dapat Diskalakan. Untuk mulai menentukan solusi termal terbaik untuk sistem berbasis Prosesor Intel® Xeon® yang Dapat Diskalakan Anda, hubungi vendor motherboard Anda untuk rekomendasi konfigurasi sasis dan kipas.

Byte referensi sensor termal dan termal
Prosesor Intel® Xeon® yang Dapat Diskalakan memiliki kemampuan manajemen sistem yang unik. Salah satunya adalah kemampuan untuk memantau suhu inti prosesor relatif terhadap pengaturan maksimum yang diketahui. Sensor Termal prosesor mengeluarkan suhu prosesor saat ini dan dapat ditangani melalui System Management Bus (SMBus). Informasi thermal byte (8-bit) dapat dibaca dari Sensor Termal kapan saja. Granularitas byte termal adalah 1°C. Pembacaan dari sensor termal kemudian dibandingkan dengan Thermal Reference Byte.

Thermal Reference Byte juga tersedia melalui ROM Informasi Prosesor pada SMBus. Nomor 8-bit ini direkam saat prosesor diproduksi. Thermal Reference Byte berisi nilai praprogram yang sesuai dengan pembacaan sensor termal ketika prosesor stres dengan spesifikasi termal maksimumnya. Oleh karena itu, jika pembacaan termal byte dari Sensor Termal pernah melebihi Thermal Reference Byte, prosesor berjalan lebih panas dari spesifikasi yang diperbolehkan.

Menekankan setiap prosesor dalam sistem yang dikonfigurasi sepenuhnya, membaca sensor termal setiap prosesor, dan membandingkannya dengan byte referensi termal dari setiap prosesor untuk menentukan apakah prosesor berjalan dalam spesifikasi termal dapat melakukan pengujian termal. Perangkat lunak yang dapat membaca informasi dari SMBus diperlukan untuk membaca Byte Sensor Termal dan Referensi Termal.

Prosedur pengujian termal
Prosedur untuk pengujian termal adalah sebagai berikut:

1. Untuk memastikan konsumsi daya maksimum selama pengujian, Anda harus menonaktifkan mode daya otomatis atau fitur hijau sistem. Fitur-fitur ini dikontrol baik di dalam sistem BIOS atau oleh driver sistem operasi.
   
2. Atur metode untuk merekam suhu ruangan, baik dengan termometer atau termocouple yang akurat dan kombinasi pengukur termal.
   
3. Tingkatkan stasiun kerja atau server. Jika sistem telah dirakit dengan benar, dan prosesor dipasang dan dipasang dengan benar, sistem akan boot ke sistem operasi (OS) yang dituju.
   
4. Terapkan aplikasi yang menegangkan secara termal.
   
5. Izinkan program berjalan selama 40 menit. Hal ini memungkinkan seluruh sistem untuk memanaskan dan menstabilkan. Rekam pembacaan Sensor Termal untuk setiap prosesor 5 menit sekali selama 20 menit ke depan. Catat suhu ruangan pada akhir periode 1 jam.

Setelah merekam suhu ruangan, matikan sistem. Lepas penutup sasis. Biarkan sistem mendinginkan setidaknya 15 menit.

Dengan menggunakan pengukuran tertinggi dari empat pengukuran yang dilakukan dari sensor termal, ikuti prosedur di bagian berikut untuk memverifikasi manajemen termal sistem.

Perhitungan untuk memverifikasi solusi manajemen termal sistem
Bagian ini menjelaskan cara menentukan apakah sistem dapat beroperasi pada suhu pengoperasian maksimum sekaligus menjaga prosesor tetap berada dalam rentang pengoperasian maksimumnya. Hasil dari proses ini menunjukkan apakah aliran udara sistem perlu ditingkatkan atau suhu pengoperasian maksimum sistem perlu direvisi untuk menghasilkan sistem yang lebih andal.

Langkah pertama adalah memilih suhu ruang operasi maksimum untuk sistem. Nilai umum untuk sistem di mana AC tidak tersedia adalah 40°C. Suhu ini melebihi suhu eksternal maksimum yang disarankan untuk Intel® Xeon® platform berbasis Prosesor yang Dapat Diskalakan, tetapi dapat digunakan jika sasis yang digunakan tidak melebihi spesifikasi suhu masuk kipas 45°C. Nilai umum untuk sistem di mana AC tersedia adalah 35°C. Pilih nilai yang tepat untuk pelanggan Anda. Tulis nilai ini pada baris A di bawah ini.

Tulis suhu ruangan yang direkam setelah pengujian pada baris B di bawah ini. Kurangi baris B dari baris A dan tulis hasilnya pada baris C. Perbedaan ini mengimbangi fakta bahwa pengujian kemungkinan dilakukan di ruangan yang lebih dingin dibandingkan suhu operasi maksimum sistem.

A. ________ (Suhu operasi maksimum, biasanya 35° C atau 40° C)

B. - Suhu ruang ______ ° C pada akhir pengujian

C._________

Tulis suhu tertinggi yang direkam dari meteran termal pada baris D di bawah ini. Salin nomor dari baris C hingga baris E di bawah ini. Tambahkan baris D dan baris E dan tuliskan jumlah pada baris F. Angka ini mewakili pembacaan sensor termal tertinggi untuk inti prosesor ketika sistem digunakan pada suhu ruang operasi maksimum yang ditentukan yang menjalankan aplikasi termal yang menegangkan. Nilai ini harus tetap berada di bawah nilai Thermal Reference Byte. Tulis pembacaan Thermal Reference Byte pada baris G.

D. Pembacaan ________ Maksimum dari sensor termal

E. + penyesuaian suhu operasi ______ Maks. dari baris C di atas

F. Pembacaan sensor termal ___ Maks di ruang kasus terburuk

G. Pembacaan Byte Referensi Termal ___

Prosesor tidak boleh dijalankan pada suhu yang lebih tinggi dari suhu pengoperasian atau kegagalan maksimum yang ditentukan. Prosesor box akan tetap berada dalam spesifikasi termal jika pembacaan Sensor Termal kurang dari Thermal Reference Byte setiap saat.

Jika baris F mengungkapkan bahwa inti prosesor melebihi suhu maksimumnya, maka diperlukan tindakan. Baik aliran udara sistem harus ditingkatkan secara signifikan, atau suhu ruang operasi maksimum sistem harus diturunkan.

Jika angka di baris F kurang dari atau sama dengan Thermal Reference Byte, sistem akan menyimpan prosesor dalam ke dalam spesifikasi dalam kondisi termal yang menegangkan, bahkan jika sistem dioperasikan dalam lingkungan terpanasnya.

Untuk meringkas:
Jika nilai pada baris F lebih besar dari Thermal Reference Byte, ada dua opsi:

1. Tingkatkan aliran udara sistem untuk menurunkan suhu masuk kipas prosesor (ikuti rekomendasi yang dibuat sebelumnya). Kemudian lakukan pengetesan ulang pada sistem.
   
2. Pilih suhu ruang operasi maksimum yang lebih rendah untuk sistem. Ingatlah bahwa pelanggan dan lingkungan sistem umum.

Petunjuk pengujian
Gunakan petunjuk berikut untuk mengurangi kebutuhan pengujian termal yang tidak perlu:

1. Saat menguji sistem yang mendukung lebih dari satu kecepatan prosesor, uji menggunakan prosesor yang menghasilkan daya terbanyak. Prosesor yang menyebarkan daya paling besar akan menghasilkan panas paling besar. Dengan menguji prosesor paling hangat yang didukung oleh motherboard, Anda dapat menghindari pengujian tambahan dengan prosesor yang menghasilkan lebih sedikit panas dengan motherboard dan konfigurasi sasis yang sama.
   
   Disipasi daya bervariasi menurut kecepatan prosesor dan stepping silikon. Untuk memastikan pilihan prosesor yang sesuai untuk pengujian termal sistem Anda, lihat Tabel 1 untuk nomor disipasi daya bagi Prosesor box Intel® Xeon® yang Dapat Diskalakan. Prosesor box Intel® Xeon® yang Dapat Diskalakan ditandai dengan nomor spesifikasi pengujian 5 digit, biasanya dimulai dengan huruf S.
2. Checkout termal dengan motherboard baru tidak diperlukan jika semua kondisi berikut terpenuhi:
   • Motherboard baru digunakan dengan sasis yang telah diuji sebelumnya yang bekerja dengan motherboard serupa
   • Pengujian sebelumnya menunjukkan konfigurasi untuk menyediakan aliran udara yang memadai
   • Prosesor ini terletak di tempat yang kurang lebih sama di kedua motherboard
   • Prosesor dengan disipasi daya yang sama atau lebih rendah akan digunakan pada motherboard baru
3. Sebagian besar sistem ditingkatkan (RAM tambahan, kartu adaptor, drive, dll.) kapan saja selama masa pakainya. Integrator harus menguji sistem dengan beberapa kartu ekspansi yang terpasang untuk mensimulasikan sistem yang telah ditingkatkan. Solusi manajemen termal yang bekerja dengan baik dalam sistem yang sangat dimuat tidak perlu diuji ulang untuk konfigurasi yang ringan.

Lembar data Prosesor Intel® Xeon® yang Dapat Diskalakan (juga tercantum dalam Tabel 1) mencantumkan pembuangan daya prosesor Intel® Xeon® yang Dapat Diskalakan pada berbagai frekuensi operasi. Untuk Prosesor Intel® Xeon® yang Dapat Diskalakan, prosesor frekuensi tertinggi yang tersedia akan mendisipasi daya lebih dari frekuensi yang lebih rendah. Saat membangun sistem yang akan memiliki banyak frekuensi pengoperasian, pengujian harus dilakukan menggunakan prosesor frekuensi tertinggi yang didukung, karena hal ini akan membedah daya yang paling besar. Integrator sistem dapat melakukan pengujian termal menggunakan thermocouple untuk menentukan suhu penyebar panas terintegrasi prosesor (lihat Intel® Xeon® Lembar Data Prosesor yang Dapat Diskalakan, untuk detailnya).

Evaluasi sederhana suhu udara yang masuk ke heat sink kipas dapat memberikan keyakinan pada manajemen termal sistem. Untuk Prosesor Intel® Xeon® yang Dapat Diskalakan, titik pengujian berada di pusat hub kipas, sekitar 0,3 inci di depan kipas. Evaluasi data pengujian memungkinkan untuk menentukan apakah sistem memiliki manajemen termal yang memadai untuk prosesor box. Sistem harus memiliki suhu maksimum yang diharapkan 45°C dalam kondisi lingkungan eksternal maksimum yang diharapkan (yang biasanya 35°C).

Tabel 1: Spesifikasi Termal Prosesor Intel® Xeon® yang Dapat Diskalakan ^1,3

Integrator sistem harus menggunakan sasis ATX yang telah dirancang khusus untuk mendukung Prosesor Intel® Xeon® yang Dapat Diskalakan. Sasis yang dirancang khusus untuk mendukung Prosesor Intel® Xeon® yang Dapat Diskalakan akan dikirimkan dengan dukungan mekanis dan listrik yang tepat untuk prosesor selain meningkatkan performa termal. Intel telah menguji sasis untuk digunakan dengan Prosesor Intel® Xeon® yang Dapat Diskalakan menggunakan board pihak ketiga yang diaktifkan. Sasis yang lulus pengujian termal ini memberikan integrator sistem dengan tempat awal untuk menentukan sasis mana yang akan dievaluasi.