Projekt Dual Loop - Zwei Kreisläufe im PC

[Faust2011]

Hallo liebe Wasserkühlungs-Enthusiasten!

Wie viele von Euch hier wissen, bin ich seit Anfang 2015 Computer-Wasserkühlungen verfallen und habe hier im Forum von Beginn an Hilfe, Rat und Tipps bekommen. Nachdem die erste Wasserkühlung in Betrieb war, folgten diverse Umbauten, ich habe vieles ausprobiert und dabei auch so einige Reviews geschrieben. Aber eines hat bisher gefehlt und mit diesem Review erfülle ich mir nun den Traum, der mir seit längerem durch den Kopf geht: einen Dual Loop.

Ein Dual Loop sind zwei getrennte Kreisläufe in einem PC. Einer für die CPU und der andere für die Grafikkarte, in meinem Fall für zwei Grafikkarten.

Bisher hatte ich mein System komplett durch einen Kreislauf gekühlt. Eigentlich war ich damit auch zufrieden, denn sowohl die Temperaturen der CPU, der Grafikkarten als auch des Wassers waren absolut unkritisch und das System weder im Leerlauf noch unter Last hörbar.

Mit dem Umbau hin zu einem Dual Loop möchte ich nun ausloten, ob und welche Vorteile sich dadurch ergeben, insbesondere bei den Temperaturen. Denkbar wäre auch, dass man die Pumpen mit niedrigerer Drehzahl laufen lassen kann.

Mein System besteht im Kern aus folgenden Komponenten und erzeugt bei Spielelast ca. 550 Watt (gemessen an der Steckdose):

• Gehäuse: Corsair Obsidian 750D
• Prozessor: Intel i7-5930k, übertaktet auf 4.5 GHz @ 1.35 Vcore
• Grafikkarten: 2 x Asus R9 290 in der OC-Edition

Die Wasserkühlung besteht aus:

• Prozessorkühler: EK Water Blocks Supremacy Evo
• Grafikkartenkühler: EK Water Blocks (jeweils mit Backplate von EK Water Blocks)
• Schläuche: 16/10mm
• Pumpen: Laing D5 (EK Water Blocks) & Alphacool VPP755
• Radiatoren:
  • Watercool MO-RA3
  • Alphacool NexXxoS 360 45
  • EK Coolstream PE 240
• Lüfter:
  • Noiseblocker eLoop B12-PS
  • Noiseblocker eLoop B14-PS
• Lüftersteuerung:
  • Eigenbau auf Basis eines Arduino Uno
  • 2 Lüfterkanäle auf PWM-Basis (Intels PWM-Spezifikation implementiert)
  • Aqua Computer Durchflusssensor auslesbar
  • 8 Temperatursensoren
  • Restliche Hardware über Schnittstelle zu OpenHardwareMonitor integriert
  • Konfiguration und Auswertung / Überwachung über selbstgeschriebene Windows-Software

Und so sieht das dann aus:

Um das System unter Last zu setzen, wurde jeweils ein Rennen in Codemasters F1 2016 gespielt (25 % Renndistanz, was ca. 25 Minuten dauert). Dabei laufen die beiden Grafikkarten am Anschlag und die CPU ist zu ca. 70% ausgelastet.

Dankenswerterweise hat mich die Firma Blacknoise mit Lüftern sowohl für alle Radiatoren als auch für die Gehäusebelüftung ausgestattet. Mit den eLoop als 120mm und 140mm Lüftern kann ich das System auch unter Last absolut geräuschlos betreiben.

Mit der Komplettausstattung von Noiseblocker wurde ich mit 15 Lüfter regelrecht überschüttet

Ich hatte bereits in der Vergangenheit zu diesen Lüftern verschiedene Reviews verfasst, unter anderem zur Performance und auch zur Black Edition.






Zu den Reviews jeweils einfach auf das Bild klicken.

Kommen wir jetzt zum eigentlichen Teil dieses Reviews, nämlich wie sich ein Dual Loop in der Praxis schlägt. Zuerst habe ich Messungen mit dem Single Loop gemacht. Anschließend den Loop entsprechend umgebaut und dasselbe Messszenario nochmals durchgeführt.

Die Reihenfolge im Wasserkühlungsloop ist wie folgt:

• Pumpe mit AGB (und Temperatursensor im AGB)
• MO-RA3
• Grafikkarten-Kühler
• Radiator 360
• CPU-Kühler
• Radiator 240
• Wassertemperatursensor

Die Wassertemperaturmessung ist damit weder an der kühlsten noch an der wärmsten Stelle im Kreislauf.

So sieht das dann aus:

Folgende Werte konnte ich dabei messen:

Soweit alles im grünen Bereich, vor allem unter Last ist die Wassertemperatur mit ~ 36°C völlig unkritisch. Auch die Komponenten, d.h. die CPU und die Grafikkarten, befinden sich im grünen Bereich.

Nach dem Umbau auf zwei Wasserkreisläufe sieht das System wie folgt aus – für mich eine Augenweide, insbesondere die beiden Ausgleichsbehälter und die roten Schläuche für den CPU-Loop und die transparenten Schläuche für den Grafikkarten-Loop:

Die Reihenfolge der Komponenten in den beiden Wasserkühlungskreisläufen:

• Reihenfolge CPU-Loop (rote Schläuche im Bild)
  • Pumpe mit AGB
  • Radiator 360
  • CPU-Kühler
  • Radiator 240

• Reihenfolge Grafikkarten-Loop (transparente Schläuche im Bild)
  • Pumpe mit AGB
  • MO-RA3
  • Grafikkarten-Kühler

Folgende Werte konnte ich im Leerlauf des Systems und unter Last messen:

Die Werte sind, wie beim Single Loop, ebenfalls soweit im unkritischen Bereich. Weder die Wassertemperatur, der Durchfluss (hier nur im Grafikkarten-Kreislauf gemessen) noch die Komponententemperaturen sind verdächtig hoch.

Ein Vergleich mit den Werten aus dem Single Loop soll im nächsten Kapitel erfolgen. Trotzdem möchte ich hier kurz meine Eindrücke bisher schildern: Zum einen finde ich die Optik absolut gelungen. Genau so hatte ich mir das erhofft. Zum anderen muss man jedoch sagen, dass die Messwerte nicht ganz das widerspiegeln, was ich erwartet hatte: Während der Wasserdurchfluss einen deutlichen Sprung nach oben machte und im Grafikkarten-Kreislauf die Temperaturen zurückgegangen sind, sind im CPU-Kreislauf sowohl die Prozessor-Temperatur als auch die Wassertemperatur unter Last deutlich gestiegen. Dass sich die Werte im CPU-Kreislauf verschlechtern - das war einfach unerwartet.

Die Werte in der direkten Gegenüberstellung:

Die Werte im Idle sind soweit uninteressant, dass wir uns gleich den Werten unter Last zuwenden. Wie im vorherigen Kapitel erwähnt, gibt es mehrere interessante Aspekte.

Schauen wir uns den Wasserdurchfluss an, so erkennen wir einen deutlichen Sprung nach oben im Grafikkarten-Kreislauf. Das ist soweit auch zu erwarten gewesen, schließlich müssen deutlich weniger Komponenten im Kreislauf durchflossen werden. Letztlich bekommt man damit Reserven, um die D5-Pumpe (bzw. die VPP755) auf niedrigster Stufe laufen zu lassen.

Im Grafikkarten-Kreislauf haben sich die Temperaturen verbessert. So ist die Wassertemperatur einen Tick niedriger und auch die Temperatur der zweiten Grafikkarte, welche vom erwärmten Wasser der ersten Grafikkarte durchflossen wird, ist hier niedriger als im Single Loop.

Im CPU-Kreislauf sind jedoch sowohl die Prozessor-Temperatur als auch die Wassertemperatur unter Last deutlich gestiegen. Die beiden Radiatoren, die im Kreislauf verbaut sind, haben ordentlich zu arbeiten, um die Wassertemperatur unter der (für mich) kritischen Marke von 40°C zu halten. Natürlich könnte man dem entgegensteuern, indem man die Lüfter auf den Radiatoren schneller rotieren lässt. Das würde allerdings mein Ziel, ein Silent-System zu haben, zunichte machen.

Nach diesem Ergebnis hatte ich mir die Frage gestellt, weshalb der CPU-Kreislauf so schlecht performt. Dazu habe ich mir nochmals den Airflow durch die Radiatoren und das Gehäuse angesehen. Vorne am Gehäuse wird durch den 240er Radiator Luft in Umgebungstemperatur angesaugt. Von dort gelangt sie nach oben zum 360er Radiator und erwärmt sich dabei auf 30°C. Während also der kleine, interne Radiator und im Grafikkarten-Kreislauf der MO-RA3 mit Luft von ca. 22,5°C arbeiten, muss der 360er mit deutlich höheren Temperaturen arbeiten. Kein Wunder, dass hier die Wassertemperatur statt bei ca. 35-36°C (sowohl im Single Loop unter Last als auch im Grafikkarten-Loop unter Last) nun bei fast 40°C liegt. Dies erklärt folglich auch die relativ hohe Prozessor-Temperatur von 55°C.

Natürlich wäre es interessant zu wissen, was der CPU-Kreislauf maximal zu leisten im Stande ist. Wie sich das recht einfach ohne großen Umbau messen lässt, ist im nächsten Kapitel beschrieben.

Um zu sehen, was der CPU-Kreislauf maximal leisten kann, habe ich eine Messreihe bei komplett offenem Gehäuse durchgeführt. Damit steht den beiden internen Radiatoren die relativ kühle Umgebungsluft direkt zur Verfügung und keiner kann den anderen durch seine Abluft (indirekt) aufheizen.

Letztlich hat damit die Prozessor-Temperatur unter Last bei 46,5°C ihr Maximum gefunden und die Wassertemperatur lag bei deutlich entspannteren (knapp) 33°C. Das zeigt sehr schön, dass man für intern verbaute Radiatoren einen sehr, sehr sorgfältig überlegten Airflow durch das Gehäuse realisieren muss. Gelingt dies, dann sind auch hier die Temperaturen absolut unkritisch.

Nach all den Bildern und Messreihen bleiben für mich, um es kurz zu machen, vier Erkenntnisse:

1) Einen Dual Loop aufzubauen macht unglaublich viel Spaß

2) Ein Dual Loop sieht einfach klasse aus

3) Der Airflow für interne Radiatoren muss wohlüberlegt sein

4) Die Performance eines MO-RA3 ist einfach unschlagbar

Vielen Dank fürs Lesen. Ich hoffe, es hat Euch gefallen – konstruktive Kommentare sind jederzeit gern gesehen.

 

[n8mahr]

Schöner Bericht; hat sicher viel Mühe gekostet. Ist sogar - dank der Bilder inkl. Überschriften recht übersichtlich.
Was du bei den Temperaturen ebenfalls nicht außer Acht lassen darfst: Die geringere Wassermenge beim internen im Vergleich zum externen Kreislauf. Als du alles Extern am Mora hattest, war viel mehr Wasser im CPU-Kreislauf. Nun ist er vergleichsweise (!) klein und weniger Wasser erhitzt sich auch schneller als viel Wasser. Dazu kommt natürlich auch die Tatsache, dass die internen Radis mit vorgewärmter Luft arbeiten müssen. Aber - es ist alles unkritisch. Hauptsache, du hattest Spaß am Basteln - und am Erstellen dieses Berichts

 

[Jasmin83]

Nachteile:
man braucht eine 2. pumpe
es bringt absolut keine vorteile, termperaturmäßig

also wieso machen? nur weil es geht? mich nervt schon die eine pumpe zu hören, eine zweite wäre da eher sinnfrei..

ein mora3 ist halt top, da gibt es nichts. mein 420er tut genau wie er soll

 

[Geisterwolf]

Airplex 3360

 

[v3nom]

Ein Delta von ~15K alleine durch die CPU ist aber echt hart.

 

[0-8-15 User]

@Faust2011, mich würden noch die Lüfterdrehzahlen interessieren.

@v3nom, mit offenem Gehäuse waren es ja nur noch ~ 10 K.

 

[v3nom]

Empfinde ich aber immernoch als viel bei 2 Radiatoren (360+240).

 

[Faust2011]

Hallo zusammen, danke für Eure Anmerkungen.

Schöner Bericht; hat sicher viel Mühe gekostet

Danke und ja, es ist schon einiges an Zeit da rein geflossen. Aber es ist eine tolle Abwechslung zum Alltag.

Als du alles Extern am Mora hattest, war viel mehr Wasser im CPU-Kreislauf. Nun ist er vergleichsweise (!) klein und weniger Wasser erhitzt sich auch schneller als viel Wasser.

Danke, guter Hinweis. Über die Wassermenge hatte ich mir gar keine Gedanken gemacht.

Dazu kommt natürlich auch die Tatsache, dass die internen Radis mit vorgewärmter Luft arbeiten müssen.

Genau. Das hatte ich allerdings auch im Review so geschrieben, dass der 360er Radiator die (erwärmte) Luft aus dem Gehäuse nimmt.

Nachteile:
man braucht eine 2. pumpe
es bringt absolut keine vorteile, termperaturmäßig

Zur Pumpe: Ist absolut kein Nachteil. Meine Pumpen hört man nicht. Es sind beides D5-Pumpe (bzw. die eine davon ist eine Alphacool VPP 755) und auf Stufe 2 hörst Du beide nicht aus dem Gehäuse raus. Außerdem sind beide entkoppelt. Schlimm war die Aquastream XT, die ich zuvor hatte. Deren tiefes Brummen hatte ich einfach nicht eliminieren können.

Zu den Vorteilen: Richtig, bzgl. Temperaturen lohnt es sich eigentlich nicht. Das ist ja auch eine Quintessenz aus dem Review: Hast Du eine Wasserkühlung, dann nimm einen MO-RA3 und Du musst Dir um nix Gedanken machen

also wieso machen? nur weil es geht?

Mit Deinen Fragen die ich schon zuvor beantwortet habe, reift in mir gerade der Eindruck, dass Du mein Review gar nicht (zu Ende) gelesen hast Schade.

mich würden noch die Lüfterdrehzahlen interessieren.

Kein Problem, kann ich hier nachreichen (wollte es nicht mehr erwähnen, weil es schon in den alten Reviews mit drin war):

• 20 % PWM-Signal entspricht ca. 400 U/min
• 30 % PWM-Signal entspricht ca. 560 U/min

Empfinde ich aber immernoch als viel bei 2 Radiatoren (360+240).

Da bin ich ganz bei Dir. Hat mich zuerst auch total umgehauen, als ich die Zahlen gesehen hatte. Es liegt allerdings an der CPU. Es ist ja keine Mainstream 4-Kern CPU von Intel, sondern ein Haswell-E. Allein die TDP liegt bei 140 Watt (statt den ca. 90 W im Mainstream bei den Top-Modellen). Mit der Übertaktung und einer Auslastung von ca. 70% beim Spielen zieht das Ding wegen Quad-Channel-Memory und 40 PCIe-Lanes (2 Grafikkarten wollen befeuert werden!) bei 1.35 Volt Vcore geschätzt ~170-200 Watt.

Eine Orientierung, was die CPU im Stock bzw. Overclocked an Hitze abgibt, kann ich im SingleLoop nennen: Während es beim Overclocking ca. 12 Kelvin sind (36°C Wasser; 48°C CPU), sinds @Stock nur noch 4K Also, ohne Übertaktung, ist diese CPU richtig niedlich und zahm. Aber wehe, man gibt Ihr die Sporen Dafür kann man den Takt von 3.6 GHz All-core Turbo auf 4.5 GHz All-core hochjagen

 

[0-8-15 User]

Dein 360er Radiator führt (mit einem normalen Lüfter) bei 750 RPM und einer Luft / Wasser Temperaturdifferenz von 10 K ca. 180 Watt und der 240er Radiator ca. 120 Watt ab.

Die relativ hohe Wassertemperatur im CPU Kreislauf liegt vor allem an den niedrigen Lüfterdrehzahlen. Mit 750 RPM würde die Wassertemperatur mit offenem Gehäuse um 3 - 4 Grad sinken.

Aber ich würde die Lüfter auch nicht unnötig schneller laufen lassen. Die paar Grad mehr oder weniger interessieren die CPU nicht. Lieber etwas wärmer und dafür leise.

 

[Thomas B.]

Wie immer sehr schöne Bilder in deinem Bericht! So ein Haswell-E verbrät ordentlich Strom, das kenne ich von meinem auch...sobald man an der Taktschraube dreht, werden die zum Stromfresser.

Der Dual-Loop ist eine nette Spielerei, aber für mich würden da im Alltag die Nachteile überwiegen (lauter, weil zwei Pumpen, es wird mehr Platz im Gehäuse weggenommen und die Ausfallwahrscheinlichkeit der Wakü nimmt zu). Da bleibe ich doch bei meiner einen Pumpe, aber dafür zwei externen Radis - so bleibt das Wasser selbst jetzt im Sommer bei >26°C Raumtemperatur noch bei angenehmen 30-31°C - ohne wahrnehmbare Lüftergeräusche

 

[0-8-15 User]

Hast du die Temperatursensoren kalibriert und warum sind in manchen Tabelleneinträgen zwei Temperaturen eingetragen? Welche Sensoren hast du verwendet? Und waren sie isoliert?

Optisch ist das neue System jedenfalls ein Leckerbissen geworden. Gefällt mir richtig gut.

 

[Faust2011]

@0-8-15 User : Mit den Temperatursensoren sprichst Du ein Thema an, das mir leider nach den ganzen Messungen durchgerutscht ist beim Schreiben des Reviews. Ich habe zum einen mit einem G1/4"-Temperatursensor gemessen (ich glaube, das hatte ich mal bei Aquatuning gekauft) und dann hatte ich noch mehrere DS18B20-basierte Sensoren, die ich zusätzlich ins Wasser der AGBs reingetaucht hatte (ja, die sind wasserdicht). Alle Sensoren sind nicht kalibriert - was ja auch nicht ganz simpel ist, weil man nicht nur zu einer Temperatur einen Abgleich macht, sondern mindestens zwei. Lange Rede, kurzer Sinn: Zwei Temperaturwerte in einer Zelle bei meinen Tabellen sind einmal im Kreislauf gemessen und einmal im AGB. Ich würde hier jedoch nicht auf die Zehntel genau die Werte interpretieren, sondern im Sinne "grober Anhaltspunkt und grobe Vergleichbarkeit meiner Mess-Szenarien gegeneinander" - aber das muss ich Dir gar nicht erklären, da hast Du selbst vermutlich genug Wissen und Erfahrung.

Und danke für das Kompliment zur Optik. Mir gefällt es von allen meinen Umbauten bisher am besten

 

[0-8-15 User]

Mit den im AGB versenkten DS18B20 sollten die Ergebnisse schon ziemlich genau geworden sein. Gute Idee!

Alle Sensoren sind nicht kalibriert

Du könntest das Problem umgehen, indem du den gleichen DS18B20 zur Messung der Temperatur beider Kreisläufe verwendest. Also zuerst in den einen und dann in den anderen AGB hängen.

Ich wusste nicht, dass du hauptsächlich digitale Temperatursensoren verwendet hast, sonst hätte ich vermutlich gar nicht erst gefragt.