インテル® Xeon®プロセッサーの温度管理

ドキュメント

メンテナンス & パフォーマンス

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2020/01/29

メモLGA3647 ソケットのデモについては、以下を参照してください。

詳細 については、またはトピックをクリックしてください。

熱管理の概要

熱管理ソリューションとは何ですか?

インテル® Xeon®プロセッサー MP * 向けサーマル・マネジメント・ソリューションは、4ウェイまたは8ウェイのマルチプロセシングを対象としています。マザーボードとシャーシのメーカーによって異なります。すべてのボックス版インテル Xeon プロセッサー MP 製品は、構成されたキットとして販売されています。

  • サーマル・ソリューション
  • マザーボード
  • シャーシ
  • 電源

熱管理仕様については、システムメーカーまたはインテル Xeon プロセッサー・データシート を参照してください。プロセッサー・風力 tunnel (PWT) は、インテル xeon プロセッサー MP または1U ラックマウント・サーバー用インテル xeon プロセッサーではなく、インテル Xeon プロセッサー (2U 以上) での使用を目的としています。

熱管理の基本をご紹介しますか?

インテル® Xeon®プロセッサーを搭載したシステムでは、熱管理が必要です。本書では、システムの運用、組み立て、熱管理について、一般的な知識と経験があることを前提としています。提示された推奨事項に従っているインテグレーターは、より信頼性の高いシステムをお客様に提供することができます。(ボックス版のインテル® Xeon®プロセッサーとは、システム・インテグレーターが使用するためにパッケージ化されたプロセッサーを指します)。

ボックス版のインテル Xeon プロセッサー搭載システムでの熱管理は、システムのパフォーマンスと騒音の両方のレベルに影響する可能性があります。インテル Xeon プロセッサーは、サーマル・モニター機能を使用して、シリコンが仕様上で動作する場合にプロセッサーを保護します。適切に設計されたシステムでは、サーマル・モニター機能をアクティブにしないでください。この機能は、通常の周囲の空気温度またはシステム温度管理コンポーネントの故障 (システムファンなど) のような特殊な状況での保護を実現することを目的としています。温度管理機能がアクティブになっていると、システムのパフォーマンスが通常のピーク性能を下回ることがあります。インテル Xeon プロセッサーが温度モニターのアクティブ状態にならないように、十分な内部周辺温度を維持するようにシステムを設計することが重要です。サーマル・モニター機能に関する情報は、インテル Xeon プロセッサー・データシート に記載されています。

また、ボックス版のインテル Xeon プロセッサー・ヒートシンクは、高性能ファンを含むプロセッサー・風力 Tunnel (PWT) と呼ばれるアクティブダクトソリューションを使用しています。このプロセッサー・ファンは一定の速度で動作します。このダクトは、周辺温度が最大仕様を下回る限り、プロセッサー・ヒートシンク間で十分な通気を提供します。

指定された最大動作温度を上回る温度でプロセッサーが動作できるようにすると、プロセッサーの寿命が短くなり、動作の信頼性が低下するおそれがあります。最終的には、プロセッサーの温度仕様を満たすことが、システム・インテグレーターの責任となります。ボックス版のインテル Xeon プロセッサーを使用して品質の高いシステムを構築する場合、システムの熱管理を慎重に検討し、温度テストでシステム設計を検証する必要があります。このドキュメントでは、ボックス版インテル Xeon プロセッサーの具体的な熱要件を詳しく説明します。ボックス版インテル Xeon プロセッサーを使用するシステム・インテグレーターは、このドキュメントをよく理解しておく必要があります。

適切な温度管理とは何ですか?

適切な温度管理は、2つの主な要素、つまり、プロセッサーにヒートシンクを適切に装着し、システム・シャーシ全体で効果的に通気を行うことに依存します。熱管理の究極の目標は、プロセッサーを最大動作温度の上または下に置くことです。

適切な熱管理を実現するには、プロセッサーからシステムの空中に熱を移し、それをシステムから vented します。ボックス版インテル Xeon プロセッサーは、ヒートシンクと PWT * を使用して出荷されています。これにより、プロセッサーの熱を効果的にシステム空気に転送できます。適切なシステム・エアフローを確保するには、システム・インテグレーターの責任があります。

温度管理操作

ヒートシンクを取り付けるにはどうすればいいですか?ヒートシンク (ボックス版のインテル Xeon プロセッサーに付属) をプロセッサーに安全に接続する必要があります。サーマル・インターフェイス・マテリアル (システムの統合中に適用されます) は、プロセッサーからファン・ヒートシンクまで効果的な熱伝達を実現します。

 

重要:同梱のサーマル・インターフェイス・マテリアルを適切に塗布せずにボックス版プロセッサーを使用すると、ボックス版プロセッサーの保証が無効になり、プロセッサーに損傷を与える可能性があります。ボックス版プロセッサーのマニュアルおよび統合の概要に記載されているインストール手順に従ってください。

プロセッサーの風力 Tunnel 上のファンは、優れたローカルエアストリームを提供する高品質のボールベアリングです。この air ストリームは、ヒートシンクからシステム内の空気に熱を転送します。ただし、熱をシステム空気に移すことはタスクの半分にすぎません。空気を排気させるには、十分なシステム・エアフローも必要です。システム全体で空気の流れが安定していないと、ファン・ヒートシンクがウォームエアの再配信を行うため、プロセッサーが適切に冷却されないことがあります。

システム・エアフローを管理するにはどうすればいいですか?

システム・エアフローを決定する要因は次のとおりです。

  • シャーシのデザイン
  • シャーシサイズ
  • シャーシの空気取り込みおよび排気孔の位置
  • 電源供給ファンの容量と Venting
  • プロセッサー・スロットの場所
  • アドインカードとケーブルの配置

システム・インテグレーターは、ヒートシンクを効果的に動作させるために、システム全体で十分なエアフローを確保する必要があります。サブアセンブリを選択してシステムを構築する際には、エアフローに適切な注意を払うことが重要です。

インテグレーターは、サーバーとワークステーションに2基の2基のシャーシ、プロセッサー、およびフォームファクターの古いサーバーを使用します。冷却と電圧の点で、インテルはボックス版のインテル Xeon プロセッサー向けに ATX フォームファクターのマザーボードとシャーシを使用することをお勧めします。

フォームファクターのマザーボードに搭載されたサーバーは、効果的な熱管理に対して標準化されていないためお勧めしません。ただし、フォームファクターのマザーボード上のサーバー専用に設計されたシャーシの中には、冷却を効率的に実現できるものもあります。

システムを統合する際に使用するガイドラインのリストを以下に示します。

  • シャーシの通風孔は、過剰ではなく機能している必要があります。インテグレーターは、表面的な通風孔のみを含むシャーシを選択しないように注意する必要があります。コスメティック通風孔は、エアフローが可能だが、実際には空気フローがほとんどあるいはまったくないというように設計されています。また、通気孔が長いシャーシも避けてください。この場合、プロセッサーと他のコンポーネントの気流がほとんどなくなります。ATX シャーシでは、i/o シールドが必要です。それ以外の場合、i/o を長時間 venting に提供することがあります。
     
  • 通風孔は適切に配置されている必要があります。システムには、吸気孔、排気孔が適切に配置されている必要があります。空気を最適な場所に配置することで、空気はシャーシに入り、プロセッサーを直接流れることができます。排気孔は、終了前に、さまざまなコンポーネントにわたって、システムを通過して空気を通過するように配置する必要があります。通風孔の場所はシャーシによって異なります。ATX システムの場合、排気孔はシャーシの底面側面と底面の両方に設置する必要があります。また、ATX システムでは、シャーシがデザインどおりに気流をベントできるようにするために i/o シールドが必要です。I/o シールドがないと、シャーシ内の適切な通気または回覧が妨げられることがあります。
     
  • 電源のエアフローの方向:適切な方向で空気を冷却するファンを備えた電源ユニットを選択することが重要です。一部の電源ユニットにはエアフローの方向を示すマークが付いています。
     
  • 電源ユニットのファンの強さ:PC の電源ユニットにはファンが搭載されています。プロセッサーの動作周波数が高すぎるシャーシの場合、より強力なファンを搭載した電源装置に変更すると、通気が大幅に向上する可能性があります。
     
  • 電源 Venting:電源ユニットを大量に流れる空気は多数ありますが、vented では不十分な場合があります。大型の通風孔を持つ電源ユニットを選択してください。電源ファンの配線用フィンガーガードは、電源ユニットの板金ケースに印字されていた空気よりも、エアフロー抵抗が大幅に低下します。
     
  • システムファン-使用する必要がありますか?シャーシによっては、エアフローを促進するためにシステム・ファン (電源ファン以外にも) が搭載されていることがあります。通常、システムファンはパッシブ・ヒートシンクで使用されます。状況によっては、システムファンがシステム冷却を向上させることがあります。温度テストでは、ファンを搭載していないシステム・ファンを使用して、特定のシャーシに最適な構成を確認します。
     
  • システムファンエアフローの方向:システムファンを使用する場合は、システム全体のエアフローと同じ方向に空気を描画するようにしてください。例えば、ATX システムのシステム・ファンを冷却ファンとして使用して、背面または正面シャーシの通風孔を通って空気をシステム内から引き出します。
     
  • ホットスポットからの保護:システムには強力なエアフローがありますが、まだホットスポットがあります。ホットスポットとは、シャーシ内の領域であり、ほかのシャーシ空気よりも大幅に冷却されています。冷却ファン、アダプター・カード、ケーブル、またはシャーシのブラケットとサブアセンブリが不適切にシステム内の通気を妨げていると、そのような領域を生み出すことができます。ホットスポットを回避するには、必要に応じて排気ファンを配置し、全長さのアダプター・カードを再配置するか、ハーフレングスのカードを使用して、ケーブルを再配線して、プロセッサーとの間でスペースを確保します。
温度テストを実行するにはどうすればいいですか?

マザーボード、電源、アドイン周辺機器、シャーシの違いはすべて、システムの動作温度とそれを実行するプロセッサーに影響を与えます。マザーボードまたはシャーシの新しいサプライヤーを選択する場合、または新しい製品の使用を開始する場合は、熱テストを強くお勧めします。温度テストでは、特定のシャーシ-電源装置-マザーボード構成がボックス版のインテル Xeon プロセッサーの十分なエアフローを実現しているかどうかを判断することができます。インテル Xeon プロセッサー搭載システムに最適なサーマル・ソリューションを決定するには、シャーシおよびファンの構成に関する推奨事項についてマザーボードのベンダーにお問い合わせください。

熱センサーと熱参照バイト
インテル Xeon プロセッサーは、独自のシステム管理機能を備えています。その1つは、既知の最大設定を基準としてプロセッサーのコア温度を監視する機能です。プロセッサーの温度センサーは、現在のプロセッサーの温度を出力し、システム・マネジメント・バス (Sm) を介して対処できます。サーマル・バイト(8 ビット) の情報は、熱センサーからいつでもリードすることができます。サーマル・バイト・粒度は1° C です。熱センサーからの読み取りは、熱参照バイトと比較されます。

また、サーマル・リファレンス・バイトは、Sm * 上のプロセッサー情報 ROM でも利用可能です。この8ビットの数字は、プロセッサーの製造時に記録されます。熱参照バイトには、プロセッサーが最大温度仕様に達したときの温度センサー読み取りに対応する preprogrammed 値が含まれています。したがって、熱センサーからの熱バイトを読み取ることが熱参照バイトを超える場合、プロセッサーは仕様よりも白熱を実行しています。

完全に構成されたシステムで各プロセッサーをストレスし、各プロセッサーの温度センサーを読み取って、各プロセッサーのサーマル・リファレンス・バイトと比較して、温度テストを実行しているかどうかを確認します。Sm * から情報を読み取ることができるソフトウェアは、熱センサーと熱参照バイトの両方を読み取るために必要です。

温度テスト手順
温度テストの手順は次のとおりです。

メモシステム・ファンが回転しているシステムをテストしている場合は、システムに対して指定した最大オペレーティング・ルームの温度でテストを実行する必要があります。
  1. テスト中に最大消費電力を確保するには、システムの自動電源オフ・モードまたは緑色の機能を無効にする必要があります。これらの機能は、システム BIOS 内またはオペレーティング・システム・ドライバーによって制御されます。
     
  2. 正確な温度計または thermocouple と熱計器の組み合わせを使用して、ルーム温度を記録する方法を設定します。
     
  3. ワークステーションまたはサーバーの電源を入れます。システムが正しく組み立てられ、プロセッサーが正しく取り付けられ、装着されている場合、システムはオペレーティング・システム (OS) で起動します。
     
  4. サーマル・ stressful ・アプリケーションを起動します。
     
  5. プログラムを40分間実行できるようにします。これにより、システム全体の放熱と安定化が可能になります。各プロセッサーの熱センサーの読み取りを、次の20分ごとに5分ごとに記録します。1時間の終了時点でルーム温度を記録します。
部屋の温度を記録したら、システムの電源を切ります。シャーシカバーを取り外します。システムを15分以上冷却できるようにします。
 

熱センサーから得られた4つの測定値を最大限に活用して、次のセクションの手順に従って、システムの熱管理を検証します。

システムの温度管理ソリューションを検証するための計算
このセクションでは、プロセッサーを最大動作周波数まで維持しながら、システムが最大動作温度で動作できるかどうかを判断する方法について説明します。このプロセスの結果は、より信頼性の高いシステムを生成するために、システムの通気を改善する必要があるか、システムの最大動作温度を見直す必要があるかどうかを示しています。

最初のステップは、システムの最大動作ルーム温度を選択することです。空調を利用できないシステムでは、一般的な価値は40° C です。この温度は、インテル Xeon プロセッサー・ベースのプラットフォームで推奨される外部温度の最大値を超えていますが、使用されているシャーシが45° C ファン・コネクターの温度仕様を超えていない場合に使用することができます。エアコンが利用可能なシステムでは、35° C です。お客様に最適な価値を選択します。この値を下の行に入力します。

次のライン B でテスト後に記録された部屋の温度を書き込んでください。行 A からライン B を引き、その結果を C 行に書き込みます。この違いにより、システムの最大動作温度よりも高い会議室でテストが実施されているという事実を補います。

A __ __ __ _ (動作温度は最大35° C または40° C)

B. テスト終了時に、B 部屋温度° C になります。

C. __ __

以下の表の温度メーターで、最も高い温度を記録します。数字を C 行から E ライン E にコピーします。行 D とライン E を追加し、F 行目に合計を書き込みます。この数値は、同様の熱 stressful ・アプリケーションを実行して、指定された最大動作ルーム温度でシステムが使用されている場合に、プロセッサー・コアに対して最も高い温度センサーの読み取りを表します。この値は、熱参照バイト値の下になければなりません。Thermal リファレンス・バイト読みを G ラインに記述してください。

D. 温度センサーからの最大読み取り数

E + __ __ の最大値。上のライン C からの動作温度調整

F. __ 最大値。温度センサーの読み取りを最悪のケースで可能にします。

G. サーマル・リファレンス・バイト読み取り

プロセッサーは、指定された最大動作温度を上回る温度で動作させることはできません。ボックス版プロセッサーは、熱センサーの読み取りが常に熱参照バイトよりも小さい場合、thermal 仕様のままになります。

ライン F がプロセッサー・コアが最大温度を超えている場合は、アクションが必要です。システムの通気を大幅に向上させる必要があります。または、システムの最大動作ルーム温度を下げる必要があります。

F ラインの数字が熱参照バイト以下の場合、システムがどうぞ宜しくお願い環境で動作している場合でも、システムは、同様の温度 stressful 条件の下でボックス版プロセッサーの仕様を維持します。

要約するには:
F 行目の値が Thermal 参照バイトより大きい場合、2つの選択肢があります。

  1. システム・エアフローを改善して、プロセッサーのファン・インレットの温度を下げます (前に述べた推奨事項に従ってください)。システムを再テストします。
     
  2. システムの最大動作ルーム温度を低くします。お客様とシステムの一般的な環境を念頭に置いてください。
いずれかのオプションを実装した後は、熱計算を再計算してソリューションを検証する必要があります。

 

テストのヒント
次のヒントを使用して、不要な熱テストの必要性を低減します。

  1. 複数のプロセッサー速度をサポートするシステムをテストする場合は、最も消費電力の高いプロセッサーを使用してテストします。最大のパワーを発揮するプロセッサーは、最も多くの熱を生み出します。マザーボードでサポートされているどうぞ宜しくお願いプロセッサーをテストすることにより、マザーボードとシャーシの構成を同じにしても、熱を生み出すプロセッサーによる追加テストを避けることができます。

    消費電力はプロセッサーの動作周波数とシリコン・ステッピングによって異なります。システムの温度テストに適したプロセッサーを選択するには、表1を参照して、ボックス版のインテル Xeon プロセッサーの電源の消費電力を確認してください。ボックス版インテル Xeon プロセッサーは、通常、文字 S から始まる5桁のテスト・スペシフィケーション・ナンバーでマークされています。
     
  2. 次のすべての条件を満たしている場合、新しいマザーボードでの温度チェックは必要ありません。
    • 以前にテスト済みのシャーシで新しいマザーボードが使用されており、同等のマザーボードで動作しています。
    • 前のテストでは、十分なエアフローを実現する構成を示しました。
    • プロセッサーは両方のマザーボードのほぼ同じ場所に配置されています。
    • 新しいマザーボードでは、同じまたは低い消費電力のプロセッサーが使用されます。
  3. ほとんどのシステムは、その持続時間中に、(追加の RAM、アダプター・カード、ドライブなど) が頻繁にアップグレードされます。インテグレーターは、アップグレードされたシステムをシミュレートするために、一部の拡張カードを搭載したシステムをテストする必要があります。負荷の高いシステムで正常に動作する熱管理ソリューションは、軽くロードされた構成に対して再テストする必要はありません。

熱管理仕様

インテル® Xeon®プロセッサーの熱仕様とは何ですか?

インテル Xeon プロセッサー・データシート (表 1) には、インテル Xeon プロセッサーの消費電力をさまざまな動作周波数で示しています。インテル Xeon プロセッサーの場合、利用可能な最も高い周波数のプロセッサーは低周波数よりも多くの消費電力を抑えます。多くの動作周波数を搭載するシステムを構築する場合、最大の消費電力を dissipates ので、サポートされている最も高い動作周波数のプロセッサーを使用してテストを実施する必要があります。システム・インテグレーターは、thermocouples を使用して、プロセッサーのインテグレーテッド・ヒート・スプレッダーの温度を判定することができます (詳細については、インテル Xeon プロセッサーのデータシート を参照してください)。

メモPWT は真空モードまたは圧力モードで構成可能なので、ダクトインレットのインレット温度をインレットから PWT に設定する必要があります。これは、ファンと同じ側にはない場合があります。

空気の温度を簡単に評価することで、ファン・ヒートシンクに入ると、システムの温度管理に自信を持つことができます。ボックス版のインテル Xeon プロセッサーの場合、テストポイントはファン・ハブの中心にあり、ファンの正面に約0.3 インチです。テストデータを評価することにより、システムがボックス版プロセッサーの十分な温度管理を行っているかどうかを判断できます。システムには、期待される最大の外部周辺条件 (通常は35° C) で最大45° C の温度が求められます。

表 1: インテル Xeon プロセッサーのボックス版サーマル・スペシフィケーション 1, 3

プロセッサー・コア周波数 (GHz)最大ケース温度 (° C)最大ファンインレット温度 (° C)プロセッサー・サーマル・デザイン・パワー (W)
1.40694556.0
1.50704559.2
1.70734565.8
1.802694555.8
2784577.2
2704558
2.202 (B0 ステップ)724561
2.202 (C1 ステップ)754561
2.402 (B0 ステップ)714565
2.402 (C1 ステップ)744565
2.402、4(M0 ステップ)724577
2.602744571
2.662 (C1 ステップ)744571
2.662 (M0 ステップ)724577
2.802 (C1 ステップ)754574
2.802、4 (M0 ステップ)724577
32734585
3.062 (C1 ステップ)734585
3.062 (MO ステップ)704587
3.22、4 (M0 ステップ)714592
 
ノート
  1. これらの仕様は、インテル Xeon * プロセッサー・データシートからのものです。
  2. このプロセッサーは、0.13 ミクロンプロセス・テクノロジーを実現するダイ圧縮です。
  3. 400MHz フロントサイド・バスと533MHz フロントサイド・バス・プロセッサーには、同一の温度特性があります。
  4. これらのプロセッサーには、1 MB と 2 MB (3.2 GHz プロセッサーのみ) の iL3 キャッシュが搭載されています。
シャーシの推奨事項は何ですか?

システム・インテグレーターは、ボックス版のインテル Xeon プロセッサーをサポートするために特別に設計された ATX シャーシを使用する必要があります。ボックス版インテル Xeon プロセッサーをサポートしているシャーシの詳細については、組み立ての概要 を確認してください。インテル Xeon プロセッサーをサポートするように設計されたシャーシは、熱性能の向上だけでなく、プロセッサーの適切な機械的および電子サポートを備えています。インテルは、有効なサードパーティー製ボードを使用して、ボックス版インテル Xeon プロセッサーで使用できるようにシャーシをテストしました。この温度テストに合格したシャーシは、システム・インテグレーターに、どのシャーシを評価するかを判断するための開始位置を提供します。