Dies ist mein erster Beitrag in diesem Forum, daher erst einmal Grüße an alle!
Die Flut der Beiträge hat es mir nicht gerade leicht gemacht, fast alles zu lesen und zu durchdenken, was zu diesem Thema geschrieben wurde.
Daher bitte ich um Entschuldigung, falls ich hier noch einmal etwas aufgreifen sollte, was jemand bereits genau so geschrieben oder gemeint hat.
Hiermit versuche ich, auf einige wichtige physikalische Zusammenhänge hinzuweisen, um so das "Sich im Kreis drehen" zu durchbrechen:
Immer wieder liest (oder deutet) man, ein Kühler "habe" eine gewisse Leistung. Daher könnte er maximal diese abführen. Diese Vorstellung ist zum Glück falsch! Wäre sie jedoch richtig, implizierte es ein Verbleiben der restlichen Leistung im Prozessor, was mit der Zeit multipliziert Energie ergäbe, welche auf ewig im Prozessor verbliebe. Das wäre die Lösung aller Energiespeicherprobleme, schafft es jemand, bekommt er garantiert das Bundesverdienstkreuz oder den Nobelpreis.
Richtig ist folgender, zuvor bereits erwähnter aber weitgehend unbeachteter Zusammenhang (warum?):
Nahezu alle (elektrische) Leistung, die dem Prozessor zugeführt wird, wandelt dieser in Wärmeenergie um (>99%).
Davon wird so oder so alles an die Umgebung abgegeben, ganz egal, ob wir einen Kühlkörper aufsetzen oder nicht!
Also können wir mit dem miesesten Kühler (oder auch ohne) die 125W (oder was auch immer) abführen.
Es gibt also keine Kühler, die "soundsoviel Watt schaffen". Das schafft auch der Chip alleine, sogar im Vakuum, wo es keine Luft zum Kühlen gibt (irritiert?).
Was aber wirklich passiert (vereinfacht):
Der Prozessor und sein Umfeld haben Wärmekapazität (Materialkonstante(n)).
Je größer diese ist, desto mehr Energie muß je Kelvin Temperaturerhöhung aufgebracht werden (vgl.: In Wasser muss man mehr Energie hineinstecken als in Luft je Kelvin Temperaturerhöhung).
Da ständig Leistung zufliesst, wird die Temperatur ansteigen, je mehr Wärmekapazität, desto langsamer.
Diese Leistung P, multipliziert mit der Zeit t, ergibt die Energie E bzw. Arbeit W (E und W sind äquivalent): W = P * t
Da mit steigender gespeicherter Energie auch die Temperatur steigt (Energie * Wärmekapazität = Temperaturanstieg), erhöht sich das Temperatur- und Energiegefälle zwischen dem Prozessor und seiner Umgebung.
Je höher aber die Temperaturdifferenz (Energiegefälle) ist, desto größer ist der Ausgleichsdrang und damit der Wärmetransport zur Umgebung.
Also funktioniert mit wachsender Temperatur des Prozessors der Wärmetransport zur Umgebung immer besser, bis sich ein Gleichgewicht einstellt, die Temperatur nähert sich langsam einem Grenzwert, der nicht überschritten werden kann, solange die Umgebungstemperatur konstant ist, aber auch diese muss irgendwann konstant sein.
Genau in diesem Temperaturmaximum ist auch die max. Wärmeenergie im Prozessor gespeichert, sie steigt nicht mehr an, alle weitere Energie wird komplett abgegeben!
Und genau diese Energie wird nach Wegfallen der Energiezufuhr komplett an die Umgebung abgegeben! Daher können wir sie herausrechnen.
Es interessieren uns also die (viel einfacheren) konstanten Verhältnisse (Gleichgewicht):
Der CPU werden z.B. konstant 100 W zugeführt (konstant bedeutet hier: über einen Zeitraum von einigen Sekunden integriert, die Wärmekapazität integriert).
In jedem Fall verlassen die 100 W die CPU, ebenfalls als konstanter Wärmestrom.
Die CPU wird gerade soviel heißer als die Umgebung, dass 100 W abgegeben/abgestrahlt werden (Gleichgewichtszustand erreicht)!
Es verbleibt nur die winzige Menge Energie in der CPU, welche für die Temperaturerhöhung verantwortlich ist, bei der geringen Wärmekapazität also sehr wenig!
Es bleibt dort keine Leistung in der CPU!
Wärme kann in verschiedenen Schwingungsfrequenzen abgegeben werden, steigt die Temperatur sehr stark, wird sichtbares Licht abgegeben
, was auch im Vakuum ausgezeichnet funktioniert, man sieht, dass es keiner Luft und keines Kühlkörpers bedarf, um jegliche x-beliebige Leistung abzugeben, die Glühlampe macht es vor ...
Nur die dank der Wärmekapazität des Materials gespeicherte Energie nimmt solange zu, bis die Temperatur so hoch ist, dass soviel Wärme abfließt, dass die Temperatur eben nicht mehr steigen kann.
Wie errechnet man das nun der Praktiker (Gleichgewicht erreicht)?
Ganz simpel mit Grundschulmathematik:
Leistung mal Wärmewiderstand = Temperaturdifferenz.
ein Beispiel:
P = 100 W -> zugeführte Leistung = abgegebene Leistung
R,th = x K/W -> Wärmewiderstand der gesamten Kühlanordnung in Kelvin/Watt
dT = 30 K ->Temperaturdifferenz, z.B. Annahme: 70°C max. Gehäuse-Temp. - 40° max. Umg.-Temp = 30 Kelvin
P[W] * R,th[K/W] = dT[K] man beachte das simple Kürzen der Einheit Watt
Werte einsetzen:
100 W * x [K/W] = 30 K
also: x [K/W] = 30K / 100 W
ergibt: x = 0,3 K/W
Es ist also so einfach:
Temperaturdifferenz geteilt durch Leistung ist der Wärmewiderstand der Gesamtanordnung!
Multipliziert man die 0,3 K/W wieder mit 100 W, so erhält man wiederum 30 K Temperaturerhöhung.
Das hat nichts mit CPUs zu tun, sondern funktioniert mit Transistoren, Dioden, ICs ...
Dort wird jedoch meistens anstelle der max. Gehäusetemp. die der Sperrschicht in Verbindung mit dem Wärmewiderstand von der Sperrschicht zum Gehäuse angegeben, weil die Gehäusetemperatur im Gegensatz zur Sperrschichttemperatur (Zerstörung ab 150°C ... 175°C) weniger interessant ist.
Der Hersteller des Kühlkörpers oder Kühlsystems muss also unbedingt den Wärmewiderstand angeben bzw. ermitteln, einmal ohne Lüfter, einmal mit (einem bestimmten Referenzlüfter)!
In den Datenblättern von AMD stehen sogar die erforderlichen Kühlerdaten in Form der Wärmewiderstände drin, einfacher geht es nicht mehr.
Die im Vorfeld genannten Herstellerangaben mogeln jedoch etwas, es heißt dort etwas frei interpretiert, dass die Leistung von 95 W TDP sich auf sinnvolle bzw. produktive Anwendungen bezieht, nicht auf theor. denkbare oder synthetische.
Den genauen Wortlaut habe ich nicht in Erinnerung, so war es imho jedoch gemeint.
Fazit:
Es wäre falsch anzunehmen, dass durch die niedrigere TDP die höhere zulässige Temperatur zustande käme, sondern durch o.g. Grundschulrechnung folgt, dass sich Vorteile in zweierlei Hinsicht ergeben:
Durch die höhere Temperatur fällt der zulässige max. Wärmewiderstand größer aus, und durch die kleinere Leistung ebenfalls, wer's nicht glaubt:
z.B. Umgebungstemperatur = 38°C bzw. 44°C :
(62°C - 38°C)/ 125 W = 0,192 K/W (Wird verdammt eng)
(71°C - 42°C)/ 95 W = 0,305 K/W (locker zu schaffen, Kühler etwa halb so groß)
Jedenfalls decken sich die Ergebnisse exact mit den von AMD vorgegebenen, vgl.
https://www.computerbase.de/forum/threads/amd-bringt-phenom-x4-945-mit-95-w-tdp.614566/page-7#post-6384619
Die sind bei AMD sogar so fair, dass sie jetzt eine höhere Umgebungstemperatur annehmen als zuvor und bei 0,305 K/W zur Vorsicht auf 0,30 K/W abrunden und das Einhalten der Specs unter Verwendung solcher Kühlungen garantieren, also was will man mehr?
Zumindest der Vorwurf einer Mogelpackung dürfte hiermit entkräftet sein, oder ist mir doch etwas entgangen?
Dazu passend ist die drastische Senkung der Ströme von 110A auf 80A, da kann die Spannung nicht weit gesunken sein, eher wohl dürfte das Halbleitermaterial deutlich besser geworden sein, wobei man endlich das qualitative Niveau von Intel-Chips aus 2008 erreicht haben dürfte, letztere sind bei vergl. Leistung teils jedoch geringfügig günstiger. Dennoch sehe ich gute Chancen für AMD und bin gespannt auf die Leistungsaufnahme im Leerlauf.
Das alles lässt imho sehr für die Zukunft hoffen.
