第一代英特尔® 至强®可扩展处理器的散热管理

英特尔® 至强® 可扩展处理器的散热管理解决方案适用于 4 路或 8 路多处理，特定于主板和机箱制造商。所有盒装英特尔® 至强®可扩展处理器产品均以套件形式销售，其中包括：

• 散热解决方案
• 母板
• 底盘
• 电源

有关散热管理规格，请参阅系统制造商或 英特尔® 至强®处理器数据表。处理器风洞 （PWT） 仅适用于通用服务器（2U 及更高版本）英特尔® 至强®可扩展处理器，不适用于 英特尔 至强 处理器 MP 或 1U 机架式服务器的英特尔 至强处理器。

使用英特尔® 至强®可扩展处理器的系统需要进行散热管理。本文档假定您了解有关系统操作、集成和散热管理的一般知识和经验。遵循上述建议的集成商可以为客户提供更可靠的系统，减少因散热管理问题而返回的客户。（术语盒英特尔® 至强®装可扩展处理器是指封装以供系统集成商使用的处理器。）

在基于可扩展处理器英特尔® 至强®系统中，热量管理会影响系统的性能和噪音水平。英特尔® 至强® 可扩展处理器使用热量监控功能在芯片运行超出规格时保护处理器。在设计合理的系统中，热监控功能不应激活。此功能旨在为异常情况提供保护，如高于正常环境空气温度或系统热量管理组件（如系统风扇）发生故障。当热监控功能处于活动状态时，系统的性能可能会降至其正常峰值性能级别以下。至关重要的是，系统设计为保持足够低的内部环境温度，以防止英特尔® 至强®可扩展处理器进入热监控活动状态。有关热量监控器功能的信息，请参阅 英特尔® 至强®可扩展处理器数据表。

此外，英特尔® 至强® 可扩展处理器散热器使用了称为处理器风洞 （PWT） 的主动管道解决方案，其中包括一个高质量风扇。此处理器风扇以恒定速度运行。只要环境温度保持在最高规格以下，该风道就会为处理器散热器提供充足的气流。

允许处理器在超过其指定最高工作温度的温度下运行可能会缩短处理器的寿命，并可能导致运行不可靠。满足处理器的温度规格最终是系统集成商的责任。当使用英特尔 至强处理器构建质量系统时，必须仔细考虑系统的热量管理，并通过热量测试来验证系统设计。此文档详细介绍了英特尔 至强处理器的特定散热要求。使用 英特尔 至强 处理器的系统集成商应该熟悉此文档。

适当的 散热管理 取决于两个主要要素：正确安装于处理器的散热器和通过系统机箱的有效气流。热量管理的最终目标是将处理器保持在或低于其最高工作温度。

当热量从处理器传递到系统空气，然后排出系统外时，就实现了适当的散热管理。盒装英特尔® 至强®可扩展处理器在出厂时带有一个散热器和 PWT，能有效地将处理器热量传递到系统空气中。系统集成商有责任确保系统通风充足。散装英特尔® 至强®可扩展处理器出厂时不带散热器和 PWT，系统集成商有责任确保系统通风充足。

危急： 使用盒装处理器时未正确应用随附的热传递材料会使盒装处理器保修失效，并可能导致处理器损坏。请务必遵照盒装处理器手册和集成概述中记录的安装过程操作。

处理器风洞上的风扇是一种高质量的滚珠轴承风扇，可提供良好的局部气流。该气流将热量从散热器传递到系统内部的空气。然而，将热量转移到系统空气中只是任务的一半。还需要足够的系统气流来排出空气。如果系统没有稳定的空气流，风扇散热器就会使暖空气再循环，因此可能无法充分冷却处理器。

以下是决定系统气流的因素：

• 机箱设计
• 机箱尺寸
• 机箱进气口和排气口的位置
• 电源、风扇容量和通风
• 处理器插槽的位置
• 插卡和电缆的放置

系统集成商必须确保有足够的气流通过系统，以使散热器有效工作。在选择子组件和建筑系统时，适当注意气流对于良好的热管理和可靠的系统运行非常重要。

集成商为服务器和工作站使用两种基本的主板-机箱-电源外形：ATX 变体和较旧的服务器 AT 外形。出于冷却和电压方面的考虑，英特尔建议对盒装英特尔® 至强®可扩展处理器使用 ATX 外形主板和机箱。

不建议使用服务器 AT 外形主板，因为此类设计没有标准化以实现有效的散热管理。但是，某些专为 Server AT 外形主板设计的机箱可能会实现高效冷却。

以下是集成系统时使用的准则列表：

• 机箱通风孔必须功能齐全且数量不得过量： 集成商应注意不要选择仅包含装饰性通风孔的机箱。化妆品通风口的设计看起来好像允许空气流动，但实际上很少或不存在气流。还应避免使用通风口过多的机箱。在这种情况下，很少有空气流过处理器和其他组件。在 ATX 机箱中，I/O 防护板必须存在。否则，I/O 开口可能会导致过度通风。
  
• 通风口的位置必须正确： 系统必须具有正确定位的进排气口。进气口的最佳位置允许空气进入机箱并直接流过处理器。排气口的位置应确保空气在离开之前沿着路径流过系统，流过各种组件。通风口的具体位置取决于机箱。对于 ATX 系统，排气口应位于机箱的前部和下部后部。此外，对于 ATX 系统，必须存在 I/O 防护板，以使机箱能够按设计排出空气。缺少 I/O 防护板可能会破坏机箱内的正常气流或循环。
  
• 电源气流方向： 重要的是选择具有风扇的电源，该风扇可以向正确的方向排出空气。某些电源具有指示气流方向的标记。
  
• 电源风扇强度： PC 电源包含一个风扇。对于某些处理器运行过热的机箱，更换为具有更强风扇的电源可以极大地改善气流。
  
• 电源排气： 大量气流流经电源单元，如果通风不当，可能会成为重大限制。选择具有大通风口的电源装置。与冲压在电源单元的金属板外壳中的开口相比，电源风扇的导线手指护罩提供的气流阻力要小得多。
  
• 系统风扇 - 是否应该使用？ 某些机箱可能包含系统风扇（除电源风扇外）以方便通风。系统风扇通常与被动散热器配合使用。在某些情况下，系统风扇可以改善系统散热。使用系统风扇和不使用风扇进行散热测试将揭示哪种配置最适合特定的机箱。
  
• 系统风扇气流方向： 使用系统风扇时，请确保其吸入的空气方向与整个系统气流的方向相同。例如，ATX 系统中的系统风扇应充当排气扇，将系统内部的空气从机箱后部或前部通风口抽出。
  
• 防止热点： 系统可能有强大的气流，但仍包含 热点。热点是机箱内温度明显高于机箱空气其余部分的区域。排气扇、适配器卡、电缆或机箱支架和子组件放置不当会阻挡系统内的气流，可能会造成此类区域。为避免热点，请根据需要放置排气扇，重新定位全长适配卡或使用半长卡，重新布线和系扎电缆，并确保处理器周围和上方留有空间。

主板、电源、外设和机箱之间的差异都会影响系统及其运行它们的处理器的工作温度。在为主板或机箱选择新的供应商时，或开始使用新产品时，强烈建议进行热量测试。散热测试可确定某一机箱-电源-主板配置是否为盒装英特尔® 至强®可扩展处理器提供了足够的气流。要为采用可扩展处理器英特尔® 至强®的系统确定最佳散热解决方案，请联系主板供应商以获取机箱和风扇配置建议。

热传感器和热参考字节
英特尔® 至强®可扩展处理器具有独特的系统管理功能。其中之一是能够监控处理器的核心温度相对于已知最大值设置。处理器的热量传感器输出当前的处理器温度，并可通过系统管理总线 （SMBus） 寻址。可以随时从热量传感器读取热量 字节 （8 位）的信息。热字节粒度为 1°C。 然后将来自热传感器的读数与热参考字节进行比较。

也可通过 SMBus 上的处理器信息 ROM 查看参考热量字节。此 8 位数字在处理器制造时记录。热量参考字节包含一个预编程值，当处理器承受压力达到其最大温度规格时，该值对应于热量传感器的读数。因此，如果从热量传感器读取的热量字节超过温度参考字节，则处理器运行的温度超过了规范允许的温度范围。

对完全配置的系统中的每个处理器进行压力测试，读取每个处理器的热量传感器，并将其与每个处理器的热量参考字节进行比较，以确定其是否在散热规格范围内运行，可以进行热量测试。需要能够从 SMBus 读取信息的软件来读取热量传感器和热量参考字节。

热测试程序
散热测试过程如下：

1. 为了确保测试期间的最大功耗，您必须 禁用 系统的自动关机模式或 绿色功能。这些功能可在系统 BIOS 中或由操作系统驱动程序控制。
   
2. 设置 一种记录室温的方法，使用精确的温度计或热电偶和温度计的组合。
   
3. 为工作站或服务器加电。如果系统已正确组装，并且处理器已正确安装和安装，系统将引导至预期的操作系统 （OS）。
   
4. 调用 热应力应用程序。
   
5. 允许 程序运行 40 分钟。这使得整个系统升温并稳定下来。 在接下来的 20 分钟内，每 5 分钟记录一次每个处理器的热量传感器读数。 记录 1 小时周期结束时的室温。

记录室温后，关闭系统电源。卸下机箱盖。让系统冷却至少 15 分钟。

使用从热传感器进行的四个测量中的最大值，按照下一节中的步骤验证系统的热量管理。

用于验证系统热量管理解决方案的计算
本节解释如何确定系统是否可以在最高工作温度下运行，同时将处理器保持在最大工作范围内。此过程的结果显示了是否需要改善系统气流或需要修改系统的最高工作温度，以产生更可靠的系统。

第一步是为系统选择最高操作室温度。对于没有空调的系统，一个常见的值是 40°C。 此温度超过基于 英特尔® 至强® 可扩展处理器的平台的最高推荐外部温度，但如果所用机箱不超过 45°C 风扇入口温度规格，则可以使用此温度。有空调的系统的常见值是35°C。 选择适合客户的价值。将此值写入下面的 A 行。

在下面的B行上写下测试后记录的室温。从 A 行中减去 B 行并将结果写入 C 行。这种差异弥补了测试可能是在比系统最高工作温度更低的房间中进行的事实。

A. _________（最高工作温度，通常为 35° C 或 40° C）

B. - _______室温°C试验结束时

C. _________

在下面的D行上写下从温度计记录的最高温度。将数字从 C 行复制到下面的 E 行。将 D 行和 E 行相加，并将总和写入 F 行。当系统在规定的最高操作室温度下使用时，该数字代表处理器内核的最高热传感器读数，运行类似的热应力应用。此值必须低于参考热字节值。在 G 行写入温度参考字节读数。

D. _________ 热传感器的最大读数

E. + _______ 从上面的 C 线调整最大工作温度

F. _________ 在最坏情况下的室内环境中最大热传感器读数

G. _________热参考字节读取

处理器不应在高于规定最高工作温度的温度下运行，否则可能会发生故障。如果热量传感器读数始终小于热量参考字节，盒装处理器将保持在散热规格范围内。

如果 F 行显示处理器内核已超过其最高温度，则需要采取措施。要么必须显著改善系统气流，要么必须降低系统的最高操作室温度。

如果行 F 上的数字小于或等于参考热字节，即使系统在最热的环境中运行，系统也会使盒装处理器保持在类似的热应力条件下的规范范围内。

总结一下：
如果F 行上的值大于参考热字节，则有两个选项：

1. 改善 系统气流以降低处理器的风扇入口温度（按照前面提出的建议）。然后 重新测试 系统。
   
2. 选择 更低的系统最高操作室温。牢记客户和系统的典型环境。

测试提示
使用以下提示来减少对不必要的热量测试的需要：

1. 当测试支持多个处理器速度的系统时，请使用产生最大功率的处理器进行测试。耗散最多功率的处理器将产生最多的热量。通过测试主板支持的最热的处理器，您可以避免对在相同的主板和机箱配置下产生较少热量的处理器进行额外的测试。
   
   功耗随处理器速度和硅步进而变化。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 了解盒装英特尔® 至强®可扩展处理器的功耗编号。盒装英特尔® 至强®可扩展处理器标有 5 位测试规范编号，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量检查：
   • 新主板与先前测试过的机箱一起使用，该机箱可与类似的主板配合使用
   • 先前的测试显示了提供足够气流的配置
   • 处理器在两个主板上的位置大致相同
   • 新主板上将使用功耗相同或更低的处理器
3. 大多数系统在其生命周期中的某个时候会升级（额外的 RAM、适配卡、驱动器等）。集成商应该测试安装了某些扩展卡的系统，以模拟已升级的系统。在重负载系统中运行良好的散热管理解决方案不需要针对轻负载配置重新测试。

英特尔® 至强® 可扩展处理器数据表（也在表 1 中列出）列出了英特尔® 至强®可扩展处理器在各种工作频率下的功耗。对于英特尔® 至强®可扩展处理器，可用频率最高的处理器将比较低频率消耗更多的功率。当构建具有许多工作频率的系统时，应使用支持的最高频率处理器进行测试，因为它消耗的功率最大。系统集成商可以使用热电偶执行热量测试，以确定处理器集成式导热器的温度（有关详细信息，请参阅 英特尔® 至强® 可扩展处理器数据表）。

对进入风扇散热器的空气温度进行简单评估，可以对系统的热管理充满信心。对于英特尔® 至强®可扩展处理器，测试点位于风扇集线器的中心，风扇前方约 0.3 英寸。通过评估测试数据，可以确定系统是否对盒装处理器有足够的散热管理功能。系统在最大预期外部环境条件（通常为 35°C）下的最高预期温度应为 45°C。

表 1：英特尔® 至强®可扩展处理器散热规格 ^1,3

系统集成商必须使用专为支持英特尔® 至强®可扩展处理器而设计的 ATX 机箱。专为支持英特尔® 至强®可扩展处理器而设计的机箱除具有改进的散热性能外，还将为处理器提供适当的机械和电气支持。英特尔已经测试了机箱与使用支持的第三方主板的英特尔® 至强®可扩展处理器。通过此散热测试的机箱为系统集成商提供了一个确定要评估的机箱的起点。