1세대 인텔® 제온® 스케일러블 프로세서의 열 관리

4방향 또는 8방향 다중 처리를 위한 인텔® 제온® 스케일러블 프로세서용 열 관리 솔루션은 마더보드 및 섀시 제조업체에 따라 다릅니다. 모든 박스형 인텔® 제온® 스케일러블 프로세서 제품은 다음으로 구성된 키트로 판매됩니다.

• 열 솔루션
• 마더보드
• 섀시
• 전원 공급 장치

열 관리 사양은 시스템 제조업체 또는 인텔® 제온® 프로세서 데이터시트를 참조하십시오. 프로세서 윈드 터널(PWT)은 범용 서버(2U 이상) 인텔® 제온® 스케일러블 프로세서에만 사용할 수 있으며, 인텔 제온 프로세서 MP 또는 1U 랙 마운트 서버용 인텔 제온 프로세서에는 사용할 수 없습니다.

인텔® 제온® 스케일러블 프로세서를 사용하는 시스템에는 열 관리가 필요합니다. 이 문서는 시스템 작동, 통합 및 열 관리에 대한 일반적인 지식과 경험을 가정합니다. 제시된 권장 사항을 따르는 통합자는 고객에게 보다 안정적인 시스템을 제공할 수 있으며 열 관리 문제를 가지고 재방문하는 고객을 줄일 수 있습니다. (Boxed 인텔® 제온® Scalable 프로세서 라는 용어는 시스템 통합자가 사용하도록 패키지된 프로세서를 의미합니다.)

인텔® 제온® 스케일러블 프로세서 기반 시스템의 열 관리는 시스템의 성능과 소음 수준 모두에 영향을 줄 수 있습니다. 인텔® 제온® 스케일러블 프로세서는 열 모니터 기능을 사용하여 실리콘이 사양을 초과하여 작동할 때 프로세서를 보호합니다. 올바르게 설계된 시스템에서는 열 모니터 기능이 활성화되지 않아야 합니다. 이 기능은 정상적인 대기 온도보다 높거나 시스템 열 관리 구성 요소(예: 시스템 팬)의 고장과 같은 비정상적인 상황에 대한 보호 기능을 제공하기 위한 것입니다. 열 모니터 기능이 활성화되어 있는 동안 시스템 성능이 정상적인 최고 성능 수준 이하로 떨어질 수 있습니다. 인텔® 제온® 스케일러블 프로세서가 열 모니터 활성 상태로 전환되지 않도록 내부 주변 온도를 충분히 낮게 유지하도록 시스템을 설계하는 것이 중요합니다. 열 모니터 기능에 대한 정보는 인텔® 제온® 스케일러블 프로세서 데이터시트에서 확인할 수 있습니다.

또한 인텔® 제온® 스케일러블 프로세서 방열판은 고품질 팬이 포함된 프로세서 윈드 터널(PWT)이라는 액티브 덕트 솔루션을 사용합니다. 이 프로세서 팬은 일정한 속도로 작동합니다. 이 덕트는 주변 온도가 최대 사양 이하로 유지되는 한 프로세서 방열판에 적절한 공기 흐름을 제공합니다.

프로세서가 지정된 최대 작동 온도를 벗어난 온도에서 작동하도록 허용하면 프로세서 수명이 단축되고 불안정한 작동이 발생할 수 있습니다. 프로세서의 온도 사양을 충족하는 것은 궁극적으로 시스템 통합자의 책임입니다. 인텔 제온 프로세서를 사용하여 고품질 시스템을 구축할 때는 시스템의 열 관리를 신중하게 고려하고 열 테스트를 통해 시스템 설계를 검증하는 것이 중요합니다. 이 문서에서는 인텔 제온 프로세서의 특정 열 요구 사항에 대해 자세히 설명합니다. 인텔 제온 프로세서를 사용하는 시스템 통합자는 이 문서를 숙지해야 합니다.

적절한 열 관리 는 프로세서에 제대로 장착된 방열판과 시스템 섀시를 통한 효과적인 공기 흐름이라는 두 가지 주요 요소에 따라 달라집니다. 열 관리의 궁극적인 목표는 프로세서를 최대 작동 온도 이하로 유지하는 것입니다.

프로세서에서 시스템 공기로 열이 전달된 후 시스템 밖으로 배출되면 적절한 열 관리가 이루어집니다. 박스형 인텔® 제온® 스케일러블 프로세서는 프로세서 열을 시스템 공기로 효과적으로 전달할 수 있는 방열판 및 PWT와 함께 제공됩니다. 적절한 시스템 공기 흐름을 보장하는 것은 시스템 통합자의 책임입니다. 트레이 인텔® 제온® 스케일러블 프로세서는 방열판 및 PWT와 함께 제공되지 않습니다. 적절한 시스템 공기 흐름을 보장하는 것은 시스템 통합자의 책임입니다.

비판적인: 포함된 열 인터페이스 재료를 제대로 바르지 않고 박스형 프로세서를 사용하면 박스형 프로세서 보증이 무효화되고 프로세서가 손상될 수 있습니다. 박스형 프로세서 설명서와 통합 개요에 설명되어 있는 설치 절차를 따르십시오.

프로세서 윈드 터널의 팬은 양호한 로컬 공기 흐름을 제공하는 고품질 볼 베어링 팬입니다. 이 공기 흐름은 방열판의 열을 시스템 내부의 공기로 전달합니다. 그러나 열을 시스템 공기로 이동시키는 것은 작업의 절반에 불과합니다. 공기를 배출하기 위해 충분한 시스템 공기 흐름도 필요합니다. 시스템에 공기가 일정하게 흐르지 않으면 팬 방열판이 따뜻한 공기를 재순환시켜 프로세서를 적절히 냉각시키지 못할 수 있습니다.

시스템 공기 흐름을 결정하는 요소는 다음과 같습니다.

• 섀시 디자인
• 섀시 크기
• 섀시 공기 흡입구 및 배기구의 위치
• 전원 공급 장치 팬 용량 및 환기
• 프로세서 슬롯의 위치
• 애드인 카드 및 케이블 배치

시스템 통합자는 방열판이 효과적으로 작동할 수 있도록 시스템을 통해 적절한 공기 흐름을 보장해야 합니다. 하위 어셈블리 및 건물 시스템을 선택할 때 공기 흐름에 대한 적절한 주의는 우수한 열 관리와 안정적인 시스템 작동을 위해 중요합니다.

통합자는 서버와 워크스테이션에 두 가지 기본 마더보드-섀시-전원 공급 폼 팩터인 ATX 변형 폼 팩터와 이전 서버 AT 폼 팩터를 사용합니다. 냉각 및 전압 고려 사항으로 인해 인텔은 박스형 인텔® 제온® 스케일러블 프로세서에 ATX 폼 팩터 마더보드 및 섀시를 사용할 것을 권장합니다.

서버 AT 폼 팩터 마더보드는 효과적인 열 관리를 위해 표준화되어 있지 않으므로 권장되지 않습니다. 그러나 Server AT 폼 팩터 마더보드 전용으로 설계된 일부 섀시는 효율적인 냉각 성능을 제공할 수 있습니다.

다음은 시스템을 통합할 때 사용할 지침 목록입니다.

• 섀시 통풍구는 기능적이어야 하며 수량이 과도하지 않아야 합니다. 통합자는 장식용 통풍구만 포함된 섀시를 선택하지 않도록 주의해야 합니다. 화장품 통풍구는 공기 흐름을 허용하는 것처럼 보이지만 실제로는 공기 흐름이 거의 또는 전혀 존재하지 않도록 설계되었습니다. 과도한 통풍구가 있는 섀시도 피해야 합니다. 이 경우 프로세서와 기타 구성 요소 위로 흐르는 공기가 거의 없습니다. ATX 섀시에는 I/O 쉴드가 있어야 합니다. 그렇지 않으면 I/O 개구부로 인해 과도한 환기가 발생할 수 있습니다.
  
• 통풍구는 적절한 위치에 있어야 합니다. 시스템에는 흡기구와 배기구가 적절하게 위치해야 합니다. 공기 흡입구에 가장 적합한 위치는 공기가 섀시로 들어가 프로세서 위로 직접 흐를 수 있도록 하는 것입니다. 배기구는 공기가 배출되기 전에 다양한 구성 요소를 통해 시스템을 통과하는 경로로 흐를 수 있도록 배치되어야 합니다. 통풍구의 구체적인 위치는 섀시에 따라 다릅니다. ATX 시스템의 경우 배기구는 섀시의 전면 하단과 후면 하단 모두에 위치해야 합니다. 또한 ATX 시스템의 경우, 섀시가 설계된 대로 공기를 배출할 수 있도록 I/O 쉴드가 있어야 합니다. I/O 실드가 없으면 섀시 내의 적절한 공기 흐름이나 순환을 방해할 수 있습니다.
  
• 전원 공급 장치 기류 방향: 공기를 올바른 방향으로 배출하는 팬이 있는 전원 공급 장치를 선택하는 것이 중요합니다. 일부 전원 공급 장치에는 공기 흐름 방향을 나타내는 표시가 있습니다.
  
• 전원 공급 장치 팬 강도: PC 전원 공급 장치에는 팬이 있습니다. 프로세서가 너무 과열된 일부 섀시의 경우 더 강력한 팬이 있는 전원 공급 장치로 변경하면 공기 흐름이 크게 개선될 수 있습니다.
  
• 전원 공급 장치 환기: 전원 공급 장치를 통해 많은 공기가 흐르므로 환기가 잘 되지 않으면 상당한 제한이 될 수 있습니다. 큰 통풍구가 있는 전원 공급 장치를 선택하십시오. 전원 공급 장치 팬용 와이어 핑거 가드는 전원 공급 장치의 판금 케이스에 찍힌 개구부보다 훨씬 적은 공기 흐름 저항을 제공합니다.
  
• 시스템 팬 - 사용해야 합니까? 일부 섀시에는 공기 흐름을 용이하게 하기 위해 시스템 팬(전원 공급 장치 팬 포함)이 포함되어 있을 수 있습니다. 시스템 팬은 일반적으로 패시브 방열판과 함께 사용됩니다. 경우에 따라 시스템 팬이 시스템 냉각을 개선합니다. 시스템 팬을 사용할 때와 팬을 사용하지 않은 경우 모두 열 테스트를 통해 특정 섀시에 가장 적합한 구성을 확인할 수 있습니다.
  
• 시스템 팬 공기 흐름 방향: 시스템 팬을 사용할 때는 전체 시스템 공기 흐름과 같은 방향으로 공기를 흡입해야 합니다. 예를 들어, ATX 시스템의 시스템 팬은 배기구 팬 역할을 하여 시스템 내부의 공기를 후면 또는 전면 섀시 통풍구를 통해 빼내야 합니다.
  
• 핫 스폿으로부터 보호: 시스템에는 강한 공기 흐름이 있을 수 있지만 여전히 핫 스폿이 있습니다. 핫 스폿은 섀시 내부의 나머지 섀시 공기보다 훨씬 더 따뜻한 영역입니다. 시스템 내부의 공기 흐름을 차단하는 배기 팬, 어댑터 카드, 케이블 또는 섀시 브래킷과 하위 조립품의 부적절한 배치로 인해 이러한 영역이 발생할 수 있습니다. 핫 스폿을 방지하려면 필요에 따라 배기 팬을 배치하고, 전체 길이 어댑터 카드 또는 절반 길이 카드를 사용하고, 케이블을 다시 배선하고, 묶고, 프로세서 주위와 위쪽에 공간을 확보하십시오.

마더보드, 전원 공급 장치, 애드인 주변기기 및 섀시의 차이는 모두 시스템과 이를 실행하는 프로세서의 작동 온도에 영향을 미칩니다. 마더보드 또는 섀시의 새 공급업체를 선택하거나 새 제품을 사용하기 시작할 때 열 테스트를 적극 권장합니다. 열 테스트를 통해 특정 섀시-전원 공급 장치-마더보드 구성이 박스형 인텔® 제온® 스케일러블 프로세서에 적절한 공기 흐름을 제공하는지 확인할 수 있습니다. 인텔® 제온® 스케일러블 프로세서 기반 시스템에 가장 적합한 열 솔루션을 결정하려면 마더보드 공급업체에 섀시 및 팬 구성 권장 사항을 문의하십시오.

열 센서 및 열 참조 바이트
인텔® 제온® 스케일러블 프로세서는 고유한 시스템 관리 기능을 갖추고 있습니다. 그 중 하나는 알려진 최대 설정을 기준으로 프로세서의 코어 온도를 모니터링하는 기능입니다. 프로세서의 열 센서는 현재 프로세서 온도를 출력하며 시스템 관리 버스(SMBus)를 통해 주소를 지정할 수 있습니다. 언제든지 열 센서에서 열 바이트 (8비트)의 정보를 읽을 수 있습니다. 열 바이트 단위는 1°C입니다. 그런 다음 열 센서의 판독값을 열 참조 바이트와 비교합니다.

열 참조 바이트는 SMBus의 프로세서 정보 ROM을 통해서도 사용할 수 있습니다. 이 8비트 숫자는 프로세서가 제조될 때 기록됩니다. 열 참조 바이트에는 프로세서가 최대 열 사양에 스트레스를 받을 때 열 센서 판독값에 해당하는 사전 프로그래밍된 값이 포함되어 있습니다. 따라서 열 센서에서 읽은 열 바이트가 열 참조 바이트를 초과하면 프로세서가 사양에서 허용하는 것보다 더 뜨겁게 실행되고 있는 것입니다.

완전히 구성된 시스템의 각 프로세서에 스트레스를 가하고 각 프로세서의 열 센서를 읽은 다음 각 프로세서의 열 참조 바이트와 비교하여 열 사양 내에서 실행 중인지 확인하면 열 테스트를 수행할 수 있습니다. SMBus에서 정보를 읽을 수 있는 소프트웨어는 열 센서와 열 참조 바이트를 모두 읽는 데 필요합니다.

열 테스트 절차
열 테스트 절차는 다음과 같습니다.

1. 테스트 중 최대 전력 소비를 보장하려면 시스템의 자동 전원 차단 모드 또는 녹색 기능을 비활성화해야 합니다. 이러한 기능은 시스템 BIOS 내에서 제어되거나 운영 체제 드라이버에 의해 제어됩니다.
   
2. 정확한 온도계 또는 열전대와 열량계 조합을 사용하여 실내 온도를 기록하는 방법을 설정합니다.
   
3. 워크스테이션 또는 서버의 전원을 켭니다. 시스템이 올바르게 조립되었고 프로세서가 제대로 설치 및 장착되면 시스템은 의도한 운영 체제(OS)로 부팅됩니다.
   
4. 열 스트레스가 많은 응용 프로그램을 호출합니다.
   
5. 프로그램을 40분 동안 실행할 수 있습니다. 이를 통해 전체 시스템을 가열하고 안정화할 수 있습니다. 다음 20분 동안 5분마다 한 번씩 각 프로세서에 대한 열 센서 판독값을 기록합니다. 1시간이 끝나면 실내 온도를 기록합니다.

실내 온도를 기록한 후 시스템 전원을 끕니다. 섀시 덮개를 제거합니다. 시스템을 15분 이상 식히십시오.

열 센서에서 측정한 네 가지 측정값 중 가장 높은 값을 사용하여 다음 섹션의 절차에 따라 시스템의 열 관리를 확인합니다.

시스템의 열 관리 솔루션을 검증하기 위한 계산
이 섹션에서는 프로세서를 최대 작동 범위 내로 유지하면서 시스템이 최대 작동 온도에서 작동할 수 있는지 여부를 결정하는 방법에 대해 설명합니다. 이 프로세스의 결과는 보다 안정적인 시스템을 생산하기 위해 시스템 공기 흐름을 개선해야 하는지 또는 시스템의 최대 작동 온도를 수정해야 하는지 여부를 보여줍니다.

첫 번째 단계는 시스템의 최대 작동 실내 온도를 선택하는 것입니다. 에어컨을 사용할 수 없는 시스템의 일반적인 값은 40°C입니다. 이 온도는 인텔® 제온® 스케일러블 프로세서 기반 플랫폼의 최대 권장 외부 온도를 초과하지만 사용된 섀시가 45°C 팬 유입 온도 사양을 초과하지 않는 경우 사용할 수 있습니다. 에어컨을 사용할 수 있는 시스템의 일반적인 값은 35°C입니다. 고객에게 적합한 값을 선택합니다. 아래 A 행에 이 값을 씁니다.

테스트 후 기록된 실내 온도를 아래 B 행에 기재하십시오. A 행에서 B 행을 빼고 C 행에 결과를 씁니다. 이 차이는 테스트가 시스템의 최대 작동 온도보다 낮은 실내에서 수행되었을 가능성이 있다는 사실을 보완합니다.

A. _________(최대 작동 온도, 일반적으로 35°C 또는 40°C)

B. - _______ 시험 종료 시 실온 °C

C. _________

열 측정기에서 기록된 최고 온도를 아래 D 행에 쓰십시오. 아래 C 줄에서 E 줄까지 번호를 복사하십시오. 줄 D와 줄 E를 추가하고 줄 F에 합계를 씁니다. 이 수치는 시스템이 지정된 최대 작동 실내 온도에서 유사하게 열 스트레스가 많은 응용 프로그램을 실행할 때 프로세서 코어에 대한 가장 높은 열 센서 판독값을 나타냅니다. 이 값은 열 참조 바이트 값보다 낮게 유지되어야 합니다. 열 참조 바이트 판독값을 G 줄에 씁니다.

D. _________ 열 센서의 최대 판독값

E. + _______ Max. 위의 C 라인에서 작동 온도 조정

F. _________ Max. 최악의 실내 환경에서 열 센서 판독

G. _________ 열 참조 바이트 읽기

프로세서를 지정된 최대 작동 온도보다 높은 온도에서 실행해서는 안 되며, 그렇지 않으면 오류가 발생할 수 있습니다. 박스형 프로세서는 열 센서 판독값이 항상 열 참조 바이트보다 작은 경우 열 사양 내에 유지됩니다.

F 라인에서 프로세서 코어가 최대 온도를 초과한 것으로 나타나면 조치가 필요합니다. 시스템 공기 흐름을 크게 개선하거나 시스템의 최대 작동 실내 온도를 낮춰야 합니다.

F 줄의 숫자가 열 참조 바이트보다 작거나 같으면 시스템이 가장 따뜻한 환경에서 작동하더라도 시스템은 유사한 열 스트레스가 많은 조건에서 박스형 프로세서를 사양 범위 내로 유지합니다.

요약하면 다음과 같습니다.
F 줄의 값이 열 참조 바이트보다 크면 다음 두 가지 옵션이 있습니다.

1. 시스템 공기 흐름을 개선하여 프로세서의 팬 흡입구 온도를 낮춥니다(앞서 제시한 권장 사항 준수). 그런 다음 시스템을 다시 테스트합니다.
   
2. 시스템의 더 낮은 최대 작동 실내 온도를 선택합니다. 고객과 시스템의 일반적인 환경을 염두에 두십시오.

테스트 힌트
다음 힌트를 사용하여 불필요한 열 테스트의 필요성을 줄이십시오.

1. 두 가지 이상의 프로세서 속도를 지원하는 시스템을 테스트할 때는 가장 많은 전력을 생성하는 프로세서를 사용하여 테스트하십시오. 가장 많은 전력을 소비하는 프로세서가 가장 많은 열을 발생시킵니다. 마더보드가 지원하는 가장 따뜻한 프로세서를 테스트하면 동일한 마더보드 및 섀시 구성에서 발열량이 적은 프로세서로 추가 테스트를 피할 수 있습니다.
   
   전력 손실은 프로세서 속도와 실리콘 스테핑에 따라 달라집니다. 시스템 열 테스트에 적합한 프로세서를 선택하려면 표 1에서 박스형 인텔® 제온® 스케일러블 프로세서의 전력 손실 수치를 참조하십시오. 박스형 인텔® 제온® 스케일러블 프로세서에는 보통 문자 S로 시작하는 5자리 테스트 사양 번호가 표시되어 있습니다.
2. 다음 조건이 모두 충족되는 경우 새 마더보드를 사용한 열 체크아웃이 필요하지 않습니다.
   • 새로운 메인보드는 유사한 메인보드와 함께 작동했던 이전에 테스트한 섀시와 함께 사용됩니다
   • 이전 테스트에서는 적절한 공기 흐름을 제공하는 구성을 보여주었습니다
   • 프로세서는 두 마더보드에서 거의 같은 위치에 있습니다
   • 전력 손실이 같거나 더 낮은 프로세서가 새 마더보드에 사용됩니다
3. 대부분의 시스템은 수명 기간 중 언젠가 업그레이드됩니다(추가 RAM, 어댑터 카드, 드라이브 등). 통합자는 업그레이드된 시스템을 시뮬레이션하기 위해 일부 확장 카드가 설치된 시스템을 테스트해야 합니다. 부하가 높은 시스템에서 잘 작동하는 열 관리 솔루션은 부하가 적은 구성에 대해 다시 테스트할 필요가 없습니다.

인텔® 제온® 스케일러블 프로세서 데이터시트(표 1에도 나열됨)에는 다양한 작동 주파수에서 인텔® 제온® 스케일러블 프로세서의 전력 손실이 나열되어 있습니다. 인텔® 제온® 스케일러블 프로세서의 경우, 사용 가능한 가장 높은 주파수 프로세서가 낮은 주파수보다 더 많은 전력을 소비합니다. 작동 주파수가 많은 시스템을 구축할 때는 가장 많은 전력을 소모하므로 지원되는 가장 높은 주파수 프로세서를 사용하여 테스트를 수행해야 합니다. 시스템 통합자는 열전대를 사용하여 프로세서에 통합된 열 분산기의 온도를 측정함으로써 열 테스트를 수행할 수 있습니다(자세한 내용은 인텔® 제온® 확장 가능한 프로세서 데이터시트 참조).

팬 방열판으로 유입되는 공기의 온도를 간단히 평가하면 시스템의 열 관리에 대한 확신을 가질 수 있습니다. 인텔® 제온® 스케일러블 프로세서의 경우, 테스트 지점은 팬 허브 중앙, 팬 앞 약 0.3인치입니다. 테스트 데이터를 평가하면 시스템이 박스형 프로세서에 대한 열 관리가 충분한지 확인할 수 있습니다. 시스템의 최대 예상 온도는 최대 예상 외부 주변 조건(일반적으로 35°C)에서 45°C여야 합니다.

표 1: 인텔® 제온® 확장 가능한 프로세서 열 사양 ^1,3

시스템 통합자는 인텔® 제온® 스케일러블 프로세서를 지원하도록 특별히 설계된 ATX 섀시를 사용해야 합니다. 인텔® 제온® 스케일러블 프로세서를 지원하도록 특별히 설계된 섀시는 열 성능을 향상시켰을 뿐만 아니라 프로세서에 대한 적절한 기계적, 전기적 지원과 함께 제공됩니다. 인텔은 지원되는 타사 보드를 사용하여 인텔® 제온® 스케일러블 프로세서와 함께 사용할 섀시를 테스트했습니다. 이 열 테스트를 통과한 섀시를 통해 시스템 통합자는 평가할 섀시를 결정할 수 있습니다.