CPU-Wasserkühler im Test: Methodik und Ergebnisse

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Thomas Böhm
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Testsystem und Ablauf der Messungen

ComputerBase testet die CPU-Wasserkühler im aktuellen Testsystem für CPU-Kühler, jedoch mit notwendigen Anpassungen, da die Kühler eine komplette Custom-Wasserkühlung voraussetzen. Zum Einsatz kommen die folgenden Komponenten, verbunden durch PVC-Schlauch im Format 13/10 (Außen-/Innendurchmesser in mm).

Wasserkühlungsbauteile
Komponente Bezeichnung
Pumpe & Reservoir Corsair XD5 mit Watercool Heatkiller Tube D5
Radiator & Lüfter Corsair XR5 360 mit 3 x Noctua NF-A12x25
Steuerung & Sensorik Aqua Computer Aquaero 6, G1/4-Temperaturfühler, Durchflusssensor HF

Der Radiator wird außerhalb des Gehäuses positioniert und die Lüfter laufen mit maximaler Drehzahl, um einen Flaschenhals bei der Wärmeabfuhr zu verhindern. Dadurch bleibt die Wassertemperatur am Kühlereingang in allen Lebenslagen bei unter 30 °C. Um Fehler bei der Messung der Flüssigkeitstemperatur am Kühlereinlass durch das Material des Kühlerdeckels auszuschließen, wird die Wassertemperatur am Ausgang des Pumpenaufsatz-Ausgleichsbehälters ermittelt, dem im Kreislauf direkt der CPU-Kühler nachfolgt. Als relevante Messgröße wird die Differenz aus CPU- und Wassertemperatur am Kühlereinlass ermittelt.

Der Test läuft nach bewährtem Protokoll ab: Die CPU wird in ihrem Übertaktungsprofil (Stromverbrauch an der Steckdose: >220 Watt) für 30 Minuten mit Prime95 (Einstellung: „12K in-place FFTs“) belastet und im Anschluss an diese Aufwärmphase wird über 5 Minuten die Temperaturdifferenz ermittelt, deren arithmetisches Mittel schließlich der Messwert ist. Die CPU-Kühler werden alle mit Arctic MX-4 als Wärmeleitpaste montiert. Insgesamt fünf Montagen und Messungen werden pro Kühler durchgeführt, um den Einfluss einzelner Befestigungen (positiver oder negativer Ausreißer) auf das Resultat zu minimieren. Der Mittelwert der fünf Einzelmessungen je Kühler dient als finales Ergebnis. Die einzelnen Ergebnisse der fünf Montagen sind in den folgenden Diagrammen festgehalten.

Diagramme
Einzelergebnisse Alphacool
    • Montage 1
      34,5
    • Montage 2
      35,3
    • Montage 3
      35,1
    • Montage 4
      34,9
    • Montage 5
      33,6

Zusätzlich wird der Durchfluss der Wasserkühlung bei unterschiedlichen Pumpendrehzahlen erfasst und der Einfluss des Durchflusses auf das Kühlvermögen der Kühler analysiert. Dazu wird bei einer der fünf Kühlermontagen eine Messung bei reduzierter Pumpendrehzahl (75 % PWM-Leistung, entspricht circa 2.100 U/min) und bei maximaler Pumpendrehzahl (100 % PWM-Leistung, entspricht ca. 4.800 U/min) durchgeführt und das Kühlvermögen notiert. Die reguläre Messung findet bei 90 % PWM-Leistung (entspricht ca. 3.350 U/min) statt. Das Kühlvermögen bei reduzierter und maximaler Pumpendrehzahl wird relativ zum Mittelwert der fünf Einzelmessungen angegeben.

Der Durchfluss wird bei den regulären Messungen (3.350 U/min der D5-Pumpe) bewusst nicht auf einen gleichen Wert angepasst, sondern richtet sich danach, wie restriktiv die Kühler sind: Ein Kühler mit einem höheren Widerstand sorgt bei gleicher Pumpendrehzahl für einen niedrigeren Durchfluss. Ein Angleichen des Durchflusses würde einen solchen Kühler bevorzugen. Deshalb muss jeder Kühler mit dem Durchfluss arbeiten, für den er bei einer vorgegebenen Pumpendrehzahl im Kreislauf sorgt.

Messergebnisse

CPU-Wasserkühler zeigen grundsätzlich sehr ähnliche Ergebnisse. Das liegt auf der Hand, denn immerhin nutzen sie alle Kupfer als sehr gut wärmeleitendes Metall, um die Abwärme des Prozessors auf das Wasser im Kühlkreis zu übertragen. Um für diese Übertragung eine möglichst große Oberfläche zur Verfügung zu haben, verwenden die Hersteller feine Kanäle, in denen das Wasser entlanggeführt wird.

Ein Wasserkühler soll dabei aber möglichst wenig restriktiv für das Wasser sein, sodass er auch in Kombination mit schwachen Pumpen funktioniert. Zudem kommt es beim Kühler auf die Materialstärke an: Je dünner die CPU-Auflage, desto schneller und folglich besser kann die Wärme abgeführt werden, jedoch wird die Fertigung dadurch zwangsläufig anspruchsvoller. Weitere Tricks wie beispielsweise eine gezielte Positionierung des Einspritzbereichs an die Position oberhalb der Dies von Ryzen 5000 sollen zusätzlich helfen. Diese Verbesserungen liegen bei aktuellen Kühlern maximal im niedrigen einstelligen Bereich: Absolut wenig und kaum ein Grund, den eigenen Kühler zu tauschen, aber in Anbetracht der bereits ausgereiften Kühlertechnik nichtsdestoweniger eine beeindruckende Ingenieurskunst.

Temperaturdifferenz CPU zu Wasser
    • TechN CPU Waterblock
      33,6
      125 l/h
    • Aqua Computer cuplex kryos Next
      34,0
      128 l/h
    • EK Water Blocks Quantum Velocity
      34,1
      136 l/h
    • Alphacool Eisblock XPX Aurora
      34,7
      120 l/h
    • Watercool Heatkiller IV Pro
      35,8
      108 l/h

Mit diesen Hinweisen als Einleitung zeigen sich die Resultate der Kühler wie erwartet: Die fünf Kühlblöcke liegen nahe aneinander. Insgesamt nur gut 2 Kelvin trennen den besten vom schlechtesten Kühler, sodass allen Probanden uneingeschränkt die Kühlung eines aktuellen Prozessors anvertraut werden kann. Die bekannten Modelle von Alphacool, Aqua Computer und Watercool folgen aber nicht ganz dem Trend, der sich im alten Testsystem abgezeichnet hatte: Der Heatkiller bleibt zwar auf dem letzten Rang, aber Aqua Computer schiebt sich vor den Eisblock von Alphacool. Das kann durch das spezielle Montagekit des cuplex kryos Next erklärt werden, denn damit optimiert Aqua Computer den Kühler für Ryzen 3000 und 5000, während der Alphacool Eisblock keine spezielle Anpassung an die neuen Ryzen-Generationen erhält.

Die beiden Neuzugänge im Test schlagen sich sehr gut. Der Quantum Velocity von EK Water Blocks liegt so nahezu gleichauf mit dem cuplex kryos Next von Aqua Computer und TechN setzt seinen ersten CPU-Wasserkühler sogar direkt an die Spitze des Testfelds. Knapp 0,5 Kelvin Vorsprung zum Modell von Aqua Computer sind bei so knapp gestaffelten Resultaten bemerkenswert.

Durchfluss und Verhalten bei verändertem Durchfluss

Der Quantum Velocity von EK Water Blocks setzt sich beim Durchfluss an die Spitze: Er bremst das Wasser von allen fünf Kühlern am wenigsten aus. Darauf folgt der cuplex kryos Next von Aqua Computer und auf Rang 3 der CPU Waterblock von TechN. Ein wenig restriktiver ist der Eisblock XPX von Alphacool und abgeschlagen auf Platz 5 liegt der Heatkiller IV Pro von Watercool, mit dem der Durchfluss im Vergleich zum Kühler von EKWB um über 15 % einbricht.

Diagramme
Durchfluss bei maximaler Pumpendrehzahl
    • EK Water Blocks Quantum Velocity
      206
    • Aqua Computer cuplex kryos Next
      200
    • TechN CPU Waterblock
      194
    • Alphacool Eisblock XPX Aurora
      185
    • Watercool Heatkiller IV Pro
      170

Alle Kühler profitieren von steigendem Durchfluss und verlieren leicht, wenn der Durchfluss sinkt. Am auffälligsten sind hier die beiden Modelle von Aqua Computer und TechN, die nicht nur in der regulären Messung bereits die beiden besten Plätze innehaben, sondern zusätzlich auch am deutlichsten von steigendem Durchfluss profitieren. Demgegenüber steht der Kühler von EK Water Blocks, der kaum merklich von noch mehr Durchfluss profitiert. Andererseits liegt der Velocity bei der Standardmessung bereits beim Durchfluss vorn und zeigt sich insgesamt von allen Kühlern am wenigsten beeindruckt von einer Änderung der Pumpendrehzahl.

Fazit

Seit dem letzten Test von CPU-Wasserkühlern sind einige Jahre vergangen. Der Vergleich neuer und alter Kühler auf einer aktuellen CPU zeigt, dass auch ein über fünf Jahre altes Design problemlos mit einem Ryzen 9 5950X zurechtkommt: CPU-Wasserkühler sind ausgereifte Technik, bei der man die Unterschiede im Detail suchen muss.

Fünf CPU-Wasserkühler im Vergleichstest
Fünf CPU-Wasserkühler im Vergleichstest

Dabei sticht der neue CPU Waterblock von TechN (ab 100 Euro) hervor, der sich mit einem kleinen, aber messbaren Vorsprung an die Spitze des Testfelds setzt. Aqua Computer cuplex kryos Next (ab 120 Euro) und EK Water Blocks EK-Quantum Velocity (ab 121 Euro) überzeugen beide mit einem geringen Durchflusswiderstand und einer guten Leistung. Der Eisblock XPX Aurora von Alphacool ist mit ab 46 Euro der klare Preis-Leistungs-Sieger, denn als einziger Kühler bietet er eine universale Sockelkompatibilität und unterbietet dabei alle anderen Kandidaten im Preis. Das Schlusslicht in diesem Testfeld stellt der Heatkiller IV Pro (ab 110 Euro) dar, der ein wenig restriktiver und minimal schlechter als die anderen Probanden abschneidet.

Realistisch betrachtet spielt die Reihenfolge der Kühler aber keine große Rolle: Eine schlecht gelungene gegenüber einer guten Montage kann bereits einen Unterschied von 1 Kelvin ausmachen, sodass die Unterschiede der Kühler im Alltagseinsatz vernachlässigbar werden. Wer seine Wasserkühlung optimieren möchte, sollte in erster Linie an ausreichend groß dimensionierte Radiatoren mit guter Frischluftzufuhr denken. Die Wahl des CPU-Kühlers kann getrost nach der präferierten Optik getroffen werden.

ComputerBase hat die Kühler Eisblock XPX Aurora, cuplex kryos Next und CPU Waterblock von den jeweiligen Herstellern zum Testen erhalten. Quantum Velocity und Heatkiller IV Pro wurden im Einzelhandel erstanden. Eine Einflussnahme der Hersteller auf den Testbericht fand nicht statt, eine Verpflichtung zur Veröffentlichung bestand nicht. Es gab kein NDA.

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