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Betriebstemperatur: Hält Ihr System der Hitze stand?

Von ·Kategorien: Vertrauen Sie auf OnLogic·Published On: März 13th, 2021·5,6 min read·

Die Betriebstemperatur eines Systems sieht wie ein einfaches Temperaturspektrum aus. Allerdings ist eine bessere Beschreibung eine Schachpartie in 3D. Die Komponenten beziehungsweise ihre Betriebstemperaturen und thermischen Grenzwerte, die Umgebungstemperatur sowie die Systemauslastung ergeben zusammen eine Einstufung für ein System. Diese Einstufung ist der Schlüssel zu der Frage, ob Ihr Computer die Hitze aushalten kann, die in Industrie- und Produktionsumgebungen üblich ist. Der falsche 30°C-PC in einer 40°C-Umgebung kann eine Katastrophe bedeuten. Ungewolltes Herunterfahren, Datenverlust, WiFi-Ausfall und vieles mehr können durch die Temperatur verursacht werden. Wie können Sie sich also vor hitzebedingten Ausfällen schützen? Lesen Sie weiter.

Einen PC auswählen: Es geht um die Komponenten

Jede bedeutende Komponente in einem PC hat ihre eigene Betriebstemperatur. Um also ein System zu erhalten, das 60 °C Hitze aushält, müssen Sie nur Systeme mit Bauteilen auswählen, deren Spezifikation über 60 °C liegt, richtig? Nicht ganz. Die Betriebstemperatur beschreibt die Betriebsgrenzen des Bauteils und die physikalische Temperatur, bei der das Bauteil ausfällt. Für jede Komponente gibt es einen Bereich. Beispielsweise verfügt die EMPHASE-Festplatte über einen breiten Temperaturbereich von -40°C bis 85°C. Doch Komponenten wie Arbeitsspeicher, Festplatte, WiFi und Prozessor arbeiten nicht isoliert voneinander und alle erzeugen Wärme. Sie erwärmen die Luft um sich herum und schon bald werden in einem Raum mit 30 °C Komponenten in einer Umgebung von 60 °C betrieben. Wer schon einmal seine Hand auf die Seite eines PC-Gehäuses gelegt hat, wird Ihnen sagen, dass es dort ziemlich warm werden kann.

Das Gehäuse macht den Unterschied

Da die Komponenten in einem abgeschlossenen Bereich arbeiten, ist das Gehäuse der wichtigste Faktor bei der Ermittlung der Bewertung. Das Design eines Gehäuses bestimmt die Menge des Luftstroms, die Nähe der montierten Komponenten, den Einsatz von Systemen zur Wärmeverteilung wie Wärmerohre, Kühlkörper oder Lüfter und vieles mehr. Wenn sich die Komponenten zu erhitzen beginnen, kann das Gehäuse der entscheidende Faktor sein. Ein gutes Gehäuse leitet die Wärme von den Komponenten weg. Ein schlechtes Gehäuse ist selbst ein Ofen.

Bestimmung der Systembetriebstemperatur, Teil 1:

Um die Betriebstemperatur des Computers zu erreichen, benötigen Sie zunächst eine Ausgangsbasis. Dazu wird die thermische Leistung eines PCs bei Raumtemperatur (20-21 °C) bewertet. Jeder Computerhersteller, der etwas auf sich hält, hat ein Prüfverfahren, dem er seine Geräte unterzieht. Sie sind geschützt und vertraulich, aber im Allgemeinen tun sie alle das Gleiche: Sie beanspruchen die Systemressourcen in unterschiedlichem Maße. Gleichzeitig werden die Temperaturen der Komponenten aufgezeichnet.

Anhand dieser Daten, der Gesetze der Thermodynamik und etwas komplizierter Mathematik können sie Temperaturen oberhalb und unterhalb der Raumtemperatur extrapolieren und den Temperaturpunkt schätzen, an dem die verschiedenen Komponenten ihren Ausfallpunkt erreichen. Dadurch erhält das System eine vorläufige Betriebstemperatur. Dies wird häufig zur schnellen Beurteilung einer Konfiguration verwendet.

Fallstudie – der ML300: Die ML300-Serie umfasst lüfterlose, belüftungsfreie Computer von OnLogic. Wir haben einen an Intel geschickt für thermische Prüfungen, die eine hundertprozentige Auslastung beinhalten. Die thermischen Grenzwerte für die Komponenten sind:

  • Prozessor: 105°C,
  • WiFi: 80°C,
  • Festplatte (eine SSD): 80°C
  • Arbeitsspeicher: 85°C

Intel hat es getestet und das System für 50°C verifiziert. Das war die höchste Umgebungstemperatur, die erreicht werden konnte, bevor eines der Bauteile seinen Grenzwert überschritt. Interessanterweise funktionierte das WiFi bei 55 °C einwandfrei, zeigte aber über 80 °C an. Hingegen lagen die anderen Komponenten immer noch unter ihren Grenzwerten.

Dies ist sowohl ein Beispiel für ein gutes Gehäusedesign mit optimal platzierten Kühlkörpern als auch eines für die Tücken des Testens. Übrigens ist das Gehäuse der ML300-Serie ein einziger großer Kühlkörper. Die ML300-Einheit funktioniert noch bei 55 °C. Wie sieht es mit der Betriebstemperatur aus, wenn die Nutzung auf ein normales Maß zurückgeschraubt wird? Das ist schwer zu sagen, weil das nicht Teil des Tests ist.

Bestimmung der Systembetriebstemperatur, Teil 2:

Die nächste Stufe der thermischen Prüfung umfasst eine Thermoschockkammer. Diese sind im Grunde eine Mischung aus Ofen und Gefrierschrank. Der PC wird eingeschaltet, auf eine festgelegte Betriebsgeschwindigkeit eingestellt und auf eine bestimmte Temperatur aufgeheizt. Die Komponenten werden überwacht, während ihre Betriebstemperatur ansteigt. Beispielsweise könnte eine WiFi-Karte in einem Raum mit einer Temperatur von 20 °C (Raumtemperatur) als bei 50 °C arbeitend registriert werden. Wenn die Umgebungstemperatur auf 40 °C steigt, wird die WiFi-Karte entsprechend heißer. Der Prozess wiederholt sich mit immer höheren Temperaturen.

Der Schock tritt ein, wenn die Temperatur schnell abgekühlt wird, in der Regel mit flüssigem Stickstoff, ausgehend von einer Zieltemperatur. Während die Temperatur sinkt, werden zwei Dinge getan. Es wird geprüft, ob die rasche Veränderung zu einem Ausfall führt. Es wird auch getestet, wie gut die verschiedenen Teile bei niedrigen Temperaturen funktionieren. Zum Beispiel bei 0°C.

Danach lassen sie die Temperaturen wieder ansteigen und der ganze Vorgang wird mehrmals wiederholt. Es wird aufgezeichnet, wie und wann Teile ausfallen. Das Ergebnis ist die Betriebstemperatur des Systems.

Und was bedeutet das alles?

Eines der Probleme mit der Betriebstemperatur und den Tests ist die fehlende Standardisierung. Einige Hersteller verwenden die volle Auslastung. Das heißt, sie treiben den Computer bis an seine Grenzen. Andere verwenden die optimale Auslastung – eine schlecht definierte Schätzung des Standardnutzungsgrads. Einige verwenden eine Thermoschockkammer, andere nicht. Es gibt eine Vielzahl von Variationen. Sie sollen nicht verwirrend oder irreführend sein. Es handelt sich lediglich um herstellerspezifische Methoden, die nur schwer miteinander verglichen werden können. Ein PC kann in einem Test 50°C erreichen und in einem anderen 40°C, nur weil in einem Prüfverfahren eine Software zum Testen der Temperatur eingesetzt wird, während in einem anderen Verfahren Sensoren an den Komponenten verwendet werden.

Sie sollten sich folgendes genau ansehen: die Systemleistung, das Gehäusedesign, die Optionen für Komponenten mit breiter Betriebstemperatur, das Gehäuse (Kiosk, Schrank usw.), die Softwareanwendung und deren Ressourcenbedarf sowie die Umgebungsbedingungen. Wenn Sie eine Anwendung haben, die relativ wenig Systemressourcen verbraucht, kann ein für 50 °C ausgelegter Computer für eine Fabrik, die nie heißer als 50 °C wird, in Ordnung sein. Wenn jedoch eine große Systemlast oder eine lokale Erwärmung aufgrund eines Gehäuses oder einer schlechten Belüftung besteht, benötigen Sie möglicherweise mehr Spielraum. Scheuen Sie sich nicht, Ihren Anbieter zu fragen, wie er seine Zahlen überprüft hat.

Möchten Sie mehr über die Temperaturtests für den Systembetrieb von OnLogic-Computern erfahren? Kontaktieren Sie unser Vertriebsteam. Wir arbeiten mit Ihnen zusammen, um Ihre Spezifikationen für die Betriebstemperatur zu erfüllen.

Hinweis: Dieser Blogbeitrag wurde ursprünglich am 13. Oktober 2013 veröffentlicht. Der Inhalt wurde am 13. März 2021 aktualisiert.

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About the Author: John Donoghue

A former Content Manager for OnLogic, John has a diverse background in technology and writing, and enjoys the opportunity to bring those two passions together. He has a degree in Journalism and Mass Communication from Saint Michael's College and loves to tinker - be it with photography, technology or the great American novel.
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