Testsystem und Methodik: So testet ComputerBase CPU-Luftkühler

Thomas Böhm 3 Kommentare
Testsystem und Methodik: So testet ComputerBase CPU-Luftkühler

tl;dr: ComputerBase testet Luftkühler für Prozessoren mittels eines umfangreichen standardisierten Protokolls. Alle Details zur verwendeten Hard- und Software sowie zum Messablauf werden in diesem Artikel zusammengefasst.

System auf AM4-Basis

Luftkühler für Prozessoren werden von ComputerBase mit einem Standardsystem getestet, um das Kühlvermögen der CPU-Kühler in einem für die Leser relevanten Kontext zu ermöglichen. Zum Einsatz kommt ein AMD Ryzen 7 1700X (Test), der zwar sparsam agieren kann, unter Belastung und insbesondere bei Übertaktung aber eine hohe Kühlleistung erfordert.

Im Gegensatz zu den aktuellen Prozessoren von Intel verfügen AMD Ryzen noch über einen verlöteten Heatspreader, was in Lastszenarien dazu führt, dass tatsächlich der CPU-Kühler gefordert wird: Prozessoren, die auf Wärmeleitpaste zwischen Die und Heatspreader setzen, fügen an dieser Stelle einen Flaschenhals ein, welcher thermische Probleme verursachen kann, obwohl eigentlich eine ausreichend dimensionierte CPU-Kühlung genutzt wird.

Ein geräumiges Gehäuse für große Tower-Kühler

Auf dem MSI X370 XPower Titanium stehen dem Ryzen-Prozessor 16 GByte DDR4-RAM zur Seite. Die Asus Radeon R9 285 Strix sorgt für die notwendige Bildausgabe, was in den rein CPU-lastigen Szenarien dank im Leerlauf stillstehender Ventilatoren ohne störende Lüftergeräusche erfolgt. Dieses Testsystem findet in einem Thermaltake F51 Suppressor Platz, welches Prozessorkühler bis zu einer Höhe von über 180 mm aufnimmt – genug Freiraum für alle gängigen Tower-Kühler.

Komponente Typenbezeichnung
Prozessor AMD Ryzen 7 1700X, 3,4 GHz bei 1,15 Volt und 3,8 GHz bei 1,35 Volt
Mainboard MSI X370 XPower Gaming Titanium
Arbeitsspeicher 2 × 8 GB G.Skill FlareX DDR4-3200
Grafikkarte Asus R9 285 Strix (semipassiv)
Massenspeicher (SSD) SanDisk Extreme Pro 480 GB
Netzteil be quiet! Dark Power Pro 11 850 Watt
Gehäuse Thermaltake F51 Suppressor
Lüftersteuerung Aqua Computer Aquaero 6 LT

Zur Belüftung des Gehäuses werden drei Ventilatoren mit 140 mm Rahmenbreite eingesetzt. Zwei Lüfter sind in der Front montiert und saugen Frischluft in das Gehäuse. Der dritte Lüfter sitzt im Heck an der I/O-Blende und befördert Abwärme aus dem System. Die Ventilatoren werden für Kühlertests mit 800 U/min betrieben, was einen moderaten Luftstrom erzeugt, der einen Hitzestau verhindert, ohne für übertriebene Lärmentwicklung zu sorgen.

Messungen mit Serien- und Referenzlüftern

Die CPU-Kühler werden sowohl mit den mitgelieferten Lüftern als auch mit Referenzlüftern getestet. Um das volle Kühlpotenzial der Kandidaten zu beurteilen, wird eine Messung bei maximal möglicher Lüfterdrehzahl durchgeführt. Je Drehzahlspanne wird bei wenigstens einer meistens noch bei weiteren Stufen die Kühlleistung ermittelt.

Als Referenzlüfter werden Ventilatoren von Noctua eingesetzt, wobei je nach Möglichkeit NF-A12x25, NF-A14 oder NF-A15 verwendet werden. Messungen mit Referenzlüftern werden abhängig vom jeweiligen Referenzlüfter bei mehreren Drehzahlstufen durchgeführt.

Ablauf der Messungen

Die CPU wird mit der Software Prime95 v27.9 (Einstellung: 12K in-place FFTs) belastet, damit die Kühlung durch die Nutzung aller 16 logischen Kerne gefordert wird. Messungen werden nach einer Aufwärmphase von 30 Minuten durchgeführt. Als Messwert dient das anschließend über fünf Minuten ermittelte arithmetische Mittel der CPU-Temperatur sowie der Raumtemperatur. Resultate werden als Temperaturdifferenz in Kelvin zwischen CPU- und Raumtemperatur angegeben. Sollen die Ergebnisse übertragen werden, muss zur Temperatur im eigenen Zuhause lediglich die im Test ermittelte Temperaturdifferenz addiert werden, um die CPU-Temperatur in Grad Celsius zu erhalten.

Tdie wird als CPU-Temperatur ausgewertet
Tdie wird als CPU-Temperatur ausgewertet

Die Raumtemperatur wird mit einem Aquaero 6 LT von Aqua Computer mittels eines Foliensensors gemessen. Als CPU-Temperatur dient Tdie, sodass der von AMD nachträglich auf Tctl angelegte Offset von 20 K die Resultate nicht verfälscht. Die Werte sämtlicher Sensoren werden mit der Software HWiNFO64 v5.58 ausgelesen. Alle Temperaturmessungen werden bei geschlossenem Gehäuse durchgeführt.

Schallpegelmessungen werden mit einem Voltcraft SL-100 durchgeführt. Um den Schalldruckpegel der CPU-Kühler unabhängig von den Gehäuselüftern beurteilen zu können, werden die Testkandidaten bei abgeschalteten Gehäuselüftern und offener Seitenwand gemessen. Das Messgerät wird dazu lotrecht zum CPU-Kühler in 50 cm Abstand positioniert. Bei 33 dB(A) erreicht das Messintervall des Voltcraft SL-100 im Testraum die Empfindlichkeitsgrenze. Weniger als 33 dB(A) können nicht verlässlich reproduziert werden, sodass dieser Wert als Minimum dient.

Standardfrequenzen und Übertaktung

Der Ryzen-Prozessor wird mit dem Standardtakt von 3,4 GHz sowie mit nachträglicher Übertaktung eingesetzt. Zur Fixierung von Spannung und Taktfrequenz wird das Tool AMD Ryzen Master eingesetzt, um durch Boost und XFR bedingte Schwankungen zu verhindern. Für die Taktfrequenz von 3,4 GHz wird eine Spannung von 1,15 Volt angelegt. Der Energieverbrauch bei synthetischer Last steigt deutlich: Während das Testsystem im Leerlauf weniger als 60 Watt aus der Steckdose zieht, klettert dieser Wert unter Prime95-Belastung bereits im Standardtakt von 3,4 GHz auf fast 160 Watt.

Um potente Luftkühler an ihre Leistungsgrenze zu zwingen, werden zusätzliche Messungen bei übertakteter CPU durchgeführt. Dazu wird die Kernspannung auf 1,35 Volt sowie die Taktfrequenz auf 3,8 GHz erhöht – im Belastungstest verbraucht das gesamte System damit stolze 230 Watt. Als Schutz des Prozessors sowie der Spannungswandler des Mainboards vor übermäßiger thermischer Belastung werden Messungen abgebrochen, sofern die CPU 90 °C überschreitet.

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