Waküs für Threadripper im Test: AiO- und Custom-Modelle auf 32 CPU-Kernen im Vergleich

Testsystem und Methodik

TR4 bietet CPUs mit einer TDP von bis zu 250 Watt. Folglich wird für einen Kühlertest an der Belastungsgrenze eine CPU ebendieser Klasse genutzt: Der AMD Ryzen Threadripper 2990WX ist das aktuelle Flaggschiff der TR4-Plattform und bietet stolze 32 Kerne. Als passender Unterbau steht das MEG X399 Creation von MSI bereit, das im üblichen Kühler-Testsystem Platz findet. Sofern im Folgenden nicht abweichend beschrieben, entspricht diese Methodik dem für die Threadripper-Kühlertests angewendeten Prozedere.

Komponente	Typenbezeichnung
CPU	AMD Threadripper 2990WX
Mainboard	MSI MEG X399 Creation
RAM	G.Skill TridentZ 4x8 GB
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

AMD bietet für Ryzen (Threadripper) diverse automatische Boost- und Übertaktungsfunktionen an. Im Alltag sind diese sinnvoll, denn sie sorgen für mehr Leistung, ohne dass der Endanwender selbst an der Taktschraube drehen muss. Für einen Kühlertest sind sie allerdings unpassend, da der Boost-Takt und damit die Verlustleistung von der CPU-Temperatur beeinflusst wird. Die CPU-Temperatur als Messgröße soll keinen Einfluss auf die Taktfrequenz haben, weshalb über die Software AMD Ryzen Master Profile mit fixierter Taktfrequenz und Spannung angelegt und für Belastungstests genutzt werden.

Bezeichnung	Einstellung	Energieverbrauch
Standard	3,0 GHz bei 1,0 V	ca. 190 Watt (CPU Package Power, HWInfo) / 320 Watt (Steckdose)
OC Profil 1	3,5 GHz bei 1,15 V	ca. 270 Watt (CPU Package Power, HWInfo) / 440 Watt (Steckdose)
OC Profil 2	3,7 GHz bei 1,25 V	ca. 340 Watt (CPU Package Power, HWInfo) / 560 Watt (Steckdose)
OC Profil 3	4,0 GHz bei 1,3 V	ca. 385 Watt (CPU Package Power, HWInfo) / 625 Watt (Steckdose)

Als Belastungstest kommt Prime95 zum Einsatz, das die CPU bei „12k in-place FFTs“ für 30 Minuten aufheizt, bevor anschließend über 5 Minuten das arithmetische Mittel aus CPU- und Raumtemperatur gemessen wird. Im Standard- und OC-Profil 1 bleibt das Gehäuse geschlossen; in den beiden höheren Profilen wird hingegen bei geöffneter Gehäuseseitenwand gemessen, um die VRM-Kühlung zu unterstützen. Das Gehäuse verfügt über zwei 140-mm-Lüfter in der Front und einen 140-mm-Lüfter im Heck. Diese laufen bei 1.000 U/min (Standard) oder 1.200 U/min (alle OC-Profile).

Um die Spannungswandler des Mainboards vor Überhitzen zu schützen, wird für die OC-Profile ein 120-mm-Lüfter provisorisch über Drahtschlaufen parallel zum Mainboard befestigt. Der Lüfter arbeitet mit 1.500 U/min (OC-Profil 1) und 2.000 U/min (OC-Profil 2) und ist auf den Kühlkörper der VRMs gerichtet. Für das OC-Profil 3 werden daraus zwei Lüfter und zusätzlich ein Lüfter im Gehäusedeckel, der warme Luft nach oben/außen abtransportiert.

Resultate im Basistakt

Neben den Messwerten der Luftkühler gesellen sich nun auch die verschiedenen Wasserkühlungen zur Threadripper-Kühlung. Zunächst folgen Messungen im Basistakt des Threadripper 2990WX, die bei einer Kernspannung von 1,0 V und einer Frequenz von 3,0 GHz aufgenommen worden sind.

Die Messdaten werden primär als Temperaturdifferenz zwischen CPU- und Raumtemperatur über den Schalldruckpegel der CPU-Kühlung dargestellt. Dadurch können Einflüsse wie Rahmenbreite und Anzahl der Lüfter ausgeklammert werden, die eine Auswertung des Kühlvermögens über die Lüfterdrehzahl verzerren würden. Diese Werte werden der Vollständigkeit halber zusätzlich gezeigt. Die Temperaturdifferenz wird in Kelvin angegeben und kann zum Übertragen auf den heimischen Rechner einfach auf die Raumtemperatur in °C addiert werden, um die CPU-Temperatur in °C zu erhalten. In dieser Darstellung ist eine CPU-Kühlung umso besser, je niedriger (kühler) und weiter links (leiser) sich ihre Kurve im Diagramm befindet.

Vergleicht man die Kompaktwasserkühlungen mit den beiden Siegern des Luftkühlungsvergleichs, so zeigt sich, dass nicht jede AiO dem Noctua NH-U14S TR4 und dem be quiet! Dark Rock Pro TR4 gewachsen ist. Die Deepcool Castle 240 RGB bleibt merklich zurück – als 240er-AiO mit schlankem Radiator ist sie die kleinste Kompaktwasserkühlung im Test und verwendet zudem einen CPU-Kühler, der nicht den gesamten Threadripper-Heatspreader bedeckt. In Schlagdistanz zu den beiden Luftkühlern agieren Enermax Liqtech TR4 240 und Thermaltake Floe Riing 360 RGB, wobei letztere das AiO-Feld anführt.

Die Liqtech TR4 verfügt über einen überdurchschnittlich tiefen Radiator sowie eine Bodenplatte in Threadripper-Größe, während die Floe Riing durch ihren großen 360-mm-Radiator punktet. Für alle drei AiO-Kühlungen gilt, dass sie vom Wechsel auf die Noctua-NF-A12x25-Radiatorlüfter (Test) als Referenzlüfter profitieren: Bei gleichem Schalldruckpegel wird die CPU mit den Referenzlüftern kühler gehalten – oder die gleiche Temperatur wird bei geringerer Lautstärke erreicht.

Custom-Wakü in anderen Sphären

Völlig deklassiert werden alle Luft- und Kompaktwasserkühlungen von der Kombination aus Heatkiller IV Pro TR4 und MoRa 3 420 als externem Radiator. Der Radiator ist so groß, dass die Lüfterdrehzahl der vier NF-A20 mit ihren 200 mm Rahmenbreite quasi keine Rolle spielt: Die Custom-Wakü halbiert die Temperaturdifferenz zwischen CPU- und Raumtemperatur, ohne dabei überhaupt hörbar zu werden.

Dieses Resultat ist ein klares Indiz dafür, dass die Kühlung eines Threadripper eigentlich kein Problem ist. Eigentlich, denn in der Summe wird es doch wieder schwieriger. Grundsätzlich gilt, dass ein Chip umso leichter zu kühlen ist, je größer (bei gleicher Abwärme) seine Fläche und je besser der Wärmeübergang zur Kühlung ist. Hier macht AMD alles richtig: Die vier Ryzen-Chips sind mit dem Heatspreader verlötet, sodass die Wärme optimal abgeführt werden kann. Durch die Verteilung der Abwärme auf vier einzelne Chips ist die Wärmeabgabe pro Fläche auch deutlich geringer als bei einer CPU, die die gleiche Abwärme auf einen einzelnen (kleinen) Die verteilt.

Problematisch für Luft- und Kompaktwasserkühlungen ist also nicht der grundlegende Aufbau des Threadripper, sondern die absolute Abwärme, die von der CPU produziert wird. Das wird eindrucksvoll von der Custom-Wakü bewiesen, die damit durch ihren großen Radiator spielend fertig wird. In der Folge bleibt die CPU bei ihrem Basistakt unter maximaler Last bei weniger als 40 °C. Sowohl bei den Luftkühlern als auch bei den AiO-Wasserkühlungen reicht die zur Kühlung genutzte Oberfläche nicht aus, um ansatzweise konkurrieren zu können.

Spannungswandler-Temperaturen

Bei Luftkühlern gilt, dass sie die VRM-Kühlung umso besser unterstützen können, je mehr Luft sie im CPU-Sockelbereich umwälzen. Dasselbe Prinzip greift auch bei Kompaktwasserkühlungen, weshalb hier die Positionierung des Radiators eine Rolle spielt: Im Testsystem werden die Radiatoren im Gehäusedeckel mit nach oben/außen pustenden Ventilatoren montiert. Diese Variante sollte ebenfalls für eine gewisse Luftzirkulation im Bereich der passiven VRM-Kühler sorgen.

Die VRM-Temperaturen der Kompaktwasserkühlungen sind vergleichbar mit denen der Luftkühler, die auf 140-mm-Lüfter vertrauen; abgeschlagen bleiben Tower-Kühler mit 120-mm-Ventilatoren. Somit lässt sich festhalten, dass zumindest in der Anordnung im ComputerBase-Testsystem eine Kompaktwasserkühlung in Sachen VRM-Kühlung nicht im Nachteil gegenüber einem Luftkühler ist. Das vergleichbar gute Ergebnis der Custom-Wakü, die ihren Radiator neben dem PC-Gehäuse stehen hat und folglich nicht zur Luftzirkulation im Gehäuse beiträgt, lässt sich dadurch erklären, dass die CPU-Kühlung hier deutlich besser ausfällt als bei den anderen Kühllösungen. Da sich Wärme über das PCB des Mainboards verteilt, kompensiert die deutlich niedrigere CPU-Temperatur bis zu einem gewissen Grad die geringere Luftbewegung am VRM-Passivkühler.

Charakteristika der Pumpen

Für die Kompaktwasserkühlungen wird die Lautstärke der Pumpe und deren Einfluss auf das Kühlvermögen gemessen. Bei der Custom-Wasserkühlung entfällt dies, da die Wahl der Pumpe ohnehin dem Anwender überlassen bleibt und auch die Drehzahl und die Entkopplung der Pumpe variabel sind. Zur Custom-Wasserkühlung im Test lässt sich sagen, dass sie bei der für den Test genutzten Einstellung (D5 auf Stufe 2; ca. 140 l/h) nicht aus dem Grundgeräuschpegel des Raumes herausstach.

Der Schalldruckpegel wird bei komplett abgeschalteten Lüftern in 10 cm Abstand zur Pumpe gemessen. Alle drei Pumpen vertrauen auf einen 3-Pin-Lüfterstecker zur Stromversorgung, sodass die Betriebsspannung reduziert werden kann. Inwieweit das hilfreich bei der Geräuschreduktion ist und in welchen Grenzen es von der Herstellergarantie abgedeckt wird, schwankt aber je nach Produkt und Hersteller. Die Messwerte in diesem Test wurden ohne explizite Nachfrage beim Hersteller erhoben: Wer die Pumpe der eigenen AiO ohne Garantieverlust drosseln möchte, sollte sich im Zweifel selbst die Absolution vom Support des Herstellers einholen. Eine zu starke Drosselung birgt außerdem das Risiko, dass die Pumpe nicht zuverlässig anläuft. Alle Eingriffe geschehen auf eigene Gefahr.

Die leiseste Pumpe der drei AiO-Kühlungen ist in der Deepcool Castle 240 RGB zu finden. Bereits ungedrosselt ist die Pumpe so leise, dass sie bei geschlossenem Gehäuse nicht auffällt. Etwas lauter ist die Pumpe der Enermax Liqtech TR4 und das Schlusslicht im Testfeld nimmt die Thermaltake Floe Riing ein. Durch die Reduktion der Betriebsspannung werden alle Pumpen leiser, jedoch muss beachtet werden, dass ein zu starkes Absenken der Spannung die Lautstärke je nach Pumpe wieder zu einem lauteren Betriebsgeräusch führt.

Messungen des Kühlvermögens bei sinnvoll reduzierter Spannung zeigen, dass die Deepcool Castle 240 RGB innerhalb der Messtoleranzen nicht von einer leicht gesenkten Spannung beeinträchtigt wird. Die AiOs von Enermax und Thermaltake verlieren laut Messdaten minimal an Leistung, doch der Einfluss ist vernachlässigbar, da die Temperaturdifferenz zwischen CPU- und Raumtemperatur um weniger als 1 Kelvin ansteigt.

Ergebnisse mit übertakteter CPU

Neben dem Basistakt der CPU müssen die Kühlungen auch zeigen, wie sie mit einem übertakteten Threadripper zurechtkommen. In insgesamt drei Übertaktungsprofilen steigt die Abwärme des 2990WX zunehmend an. Beginnend mit 3,5 GHz auf den 32 Kernen im ersten OC-Profil wird zusätzlich bei 3,7 GHz und 4,0 GHz ein Belastungstest bei maximaler Lüfterdrehzahl durchgeführt.

Die Castle 240 RGB von Deepcool bleibt beim Übertaktungspotenzial auf dem Niveau eines guten Luftkühlers: Das erste OC-Profil wird noch überstanden, doch mehr als 300 Watt Abwärme sind nicht mehr möglich. Sowohl die Enermax Liqtech 240 TR4 als auch die Floe Riing 360 RGB von Thermaltake kommen noch eine Stufe weiter und schaffen es, den Prozessor auch im zweiten OC-Profil zu bändigen. Bei den Übertaktungsprofilen wird es interessant: Die 240er-AiO von Enermax schiebt sich an der Kühlung von Thermaltake vorbei, obwohl letztere über den größeren Radiator verfügt. Eine wahrscheinliche Erklärung für dieses Ergebnis ist die größere Bodenplatte der für TR4 optimierten Liqtech von Enermax. Bei einer so großen Abwärme agiert sie effizienter als die Behelfslösung der normal großen Pumpen-/Kühlereinheit von Asetek in der Floe Riing.

Zwar schneidet die Enermax Liqtech TR4 unter den Luft- und AiO-Wasserkühlungen als beste Option für den übertakteten Prozessor ab, doch sie bleibt wieder chancenlos gegen die Custom-Wasserkühlung. Die CPU-Temperatur steigt, erreicht mit dem Heatkiller IV allerdings selbst bei 32 Kernen auf 4 GHz lediglich etwa 60 °C. Das ist noch weit von thermischen Problemen entfernt, weiter wurde dennoch nicht getestet. Für dieses Übertaktungsprofil wurden bereits bei geöffneter Seitenwand zwei 120-mm-Lüfter mit 2.000 U/min direkt auf den CPU-Sockel gerichtet, um die Spannungswandler zu kühlen. Trotzdem meldete das Mainboard als VRM-Temperatur schon knapp 100 °C. Wer einen Threadripper in diesen Regionen betreiben möchte, sollte also nicht am falschen Ende sparen und sich zusätzlich einen Wasserkühler für die Spannungswandler des Mainboards kaufen.