Блог

Тепловой поток в серверных процессорах

В первой части мы рассмотрели десктопные процессоры с интегрированной графикой, тепловой поток которых постепенно увеличивается, при этом площадь кристалла - уменьшается. Также мы рассмотрели десктопные процессоры без интегрированного графического ядра, где, в целом, ситуация лучше - тепловой поток меньше, так как сказывается большая площадь кристалла. Сегодня мы рассмотрим серверные процессоры с по-настоящему большими кристаллами.

Возьмем за отправную точку Nehalem-EP, так как более ранние процессоры не имеют интегрированного контроллера памяти - а это уже и другая конфигурация ядра, и другой транзисторный бюджет. Таким образом, мы можем проследить эволюцию серверных процессоров, начиная с 2009 года.

Как видно из таблицы, большая площадь положительно сказывается на серверных процессорах - тепловой поток заметно ниже, чем у десктопных процессоров. Причем можно заметить следующие тенденции:
- площадь кристалла постепенно растет;
- тепловой поток постепенно падает.
Как и в прошлой статье возьмем для сравнения серверные процессоры эпох Pentium 4 Prescott и Conroe.
Архитектура NetBurst:
Процессоры Xeon Nocona имели площадь 112 мм² и TDP 103 Вт, что дает тепловой поток равный 0,92 Вт/мм². Следом за Nocona были Irwindale с увеличенным до 2 МБ кэшем второго уровня, производимые по тому же 90нм тех.процессу. Площадь кристалла составляла 135 мм², а TDP - 110 Ватт, что дает нам 0,81 Вт/мм².
Архитектура Conroe:
Процессоры Xeon Woodcrest производились по 65нм тех.процессу. Площадь кристалла составляла 143 мм², при этом все процессоры имели TDP на уровне 65 Вт (у топовой модели - 80 Вт), что дает нам 0,45 Вт/мм² в случае TDP 65 Ватт, и 0,56 Вт/мм² в случае топовой модели.
Как можно заметить, тепловой поток постепенно снижается в серверном сегменте - с 2004 и по сей день он сократился с 0,92 до 0,22 Вт/мм², при этом площадь увеличилась с 112 до 662 мм², а TDP с 103 до 145 Вт. Другими словами, с 2004 года площадь серверных процессоров увеличилась на 490%, TDP - 41%. Для сравнения в десктопном сегменте: площадь осталась почти неизменной - площадь Pentium 4 Prescott - 112 мм², а Skylake - 122 мм²; что касается TDP - 103 Ватта у Pentium 4 Prescott и 91 Ватт у Skylake-K. Как видите, сегменты идут в разных направлениях.
Обобщая обе статьи, можно сказать следующее:
- увеличение площади положительно сказывается на тепловом потоке, сокращая его;
- десктопные процессоры идут в строну уменьшения площади кристалла (скорее по причине снижения себестоимости);
- серверные процессоры идут в сторону увеличения площади;
Безусловно, для дальнейшего исследования необходимо провести реальные замеры энергопотребления и тепловыделения, чтобы посчитать усредненный реальный тепловой поток на процессорах. Продолжение следует...
Другие материалы по теме