Leserartikel Passivly Cooled Gaming - ein Einstieg

Gorby

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Projekt: PCG Tacita

Da ein neuer Geschäftsrechner anstand, entschied ich mich, das Kapital gleichzeitig für einen Versuch zu nutzen, einen günstigen (unter 1.000 €) Passivly-Cooled-Gaming Rechner zu bauen. Außerdem sollten alle Teile gut verfügbar sein, sodass ihn sich auch jeder besorgen könnte. Er sollte vom Format her möglichst wie ein normaler Rechner sein, also in einem möglichst normalen und nicht so teuren Gehäuse (ATX-Tower) funktionieren. Ebenso sollte er auch generell nicht zu komplex zu bauen sein, sodass jeder der schon mal einen PC zusammen gedengelt hat ebenfalls ohne Probleme oder Herausforderungen das hinbekommen sollte. Trotzdem werde ich natürlich danach versuchen das Ganze zu optimieren. Angefangen mit möglichst einfachen Mitteln.


Hinweis: Ich arbeitete eigentlich seit einer Weile erst an einem weit leistungsfähigeren und bastelfreudigeren privaten Passiv-System. Hierzu habe ich einen noch ausführlicheren Artikel vorbereitet, jedoch ist dieses Projekt gerade etwas im Stocken, weshalb ich nun doch diesen kleinere Build zuerst veröffentliche und der Beitrag zu dem größeren Build erst in den nächsten Wochen folgen wird.


Die einzelnen Komponenten und was ich mir dabei gedacht habe

SSD:
Zum Glück sind hier die Preise gefallen, denn heutige Spiele können ganz schöne Speicherfresser sein und eine altmodische HDD würde nicht nur die Ladezeiten deutlich verlängern, sondern auch das ganze Konzept des geräuschlosen Gaming-Systems sensibel torpedieren. 1 TB ist preislich recht attraktiv und sollte vorerst reichen. Man kann auch günstigere/schlechtere nehmen, aber mit der zum Kaufzeitpunkt günstigsten Crucial oder Samsung mit gewünschter Kapazität macht man idR nichts falsch. Eine NVME-SSD lohnt sich für einen günstigen Spielerechner nicht.

Prozessor:
Der Kühler spielt hier eine wesentliche Rolle, weiter unten mehr zu diesem. Nur so viel sei erwähnt: Der Hersteller gibt eine maximale passive Kühlleistung von 47 Watt TDP an. Man kann es sich jetzt mit einem 35 Watt Modell einfach machen, aber diese sind teilweise schlecht lieferbar und der
i3-8100T wäre jetzt auch nicht gerade der Knüller, wenn auch sicher meist ausreichend. Ich will hier aber gleich mal schauen, ob ich nicht auch einen gleichteuren 6-Kerner in das etwas zu enge Korsett von 47 Watt TDP des Kühlers zwängen kann. Gemeint ist der i5-8400. Mit Glück hat er am Ende vllt. mehr Leistung als der unangetastete 35W-QuadCore.
Spoiler: wenns gut läuft kommt mit Ryzen 3 in der Zukunft evtl. ein AMD-Pendant ;)

RAM:
16 GB reichen für Gaming und da ich in einem günstigen und sparsamen non-OC-System von Intel sowieso nur 2666MHz erreichen kann, ist es hier nur möglich über kürzere Timings einen Tick mehr Leistung raus zu hohlen. Empfehlen würde ich daher die
G.Skill RipJaws V Kit 16GB, DDR4-2666, CL15-15-15-35. Die Bling-Bling-Alternative wären dann die Crucial Ballistix Tactical Tracer RGB DIMM Kit 16GB, DDR4-2666, CL16-18-18, welche teurer sind und schlechtere Timings haben, aber dafür eben über eine RGB-Beleuchtung verfügen. Ich entschied mich für die Bling-Bling-Dinger, da das Gehäuse ein Sichtfenster hat.

Grafikkarte:
Zumindest den boxed-Kühler muss man auf der CPU sowieso montieren, weshalb man hier ohne Probleme auf andere Kühler ausweichen kann, ohne den Aufwand des Builds zu erhöhen. Bei der Grafikkarte sieht es aber anders aus. Der Kühlertausch ist hier besonders heutzutage eher selten geworden. Zudem ist es komplizierter und man könnte die Garantie verlieren, also kommen nur von Werk aus passiv gekühlte Exemplare in die Auswahl. Deshalb habe ich hier auch praktisch keine Wahl, denn die
Palit GeForce GTX 1050 Ti KalmX ist die stärkste von Haus aus passiv gekühlte Grafikkarte. Sie ist auch gar nicht so teuer, dennoch ist ihr Preis-Leistungs-Verhältnis eher bescheiden im Vgl. zur aktiv gekühlten AMD-Konkurrenz. Vllt. wird Palit oder ein anderer Subvendor mit der kommenden Nvidia GeForce GTX 1650 ja mal nachlegen (auch wenn wir alle wissen, dass diese sicher wieder ein Speicherkrüppel wird).

Mainboard:
Ein teures Z-Board braucht es denke ich nicht. Ein Board mit B-Chip reicht für den normalen Gelegenheits-Gamer. Theoretisch könnte man da sicher weit unter 100 € für die meisten was Ausreichendes finden, aber da ich sowieso noch Luft im Budget habe und ich möglichst keine Erweiterungskarten oder dergleichen einbauen will, lohnt es sich auch hier definitiv lieber zu einem etwas besser ausgestattetem Modell zu greifen. Ein
MSI B360 Gaming Pro Carbon wäre da z.B. gut genug, allerdings ist es zu teuer oder das MSI H370 Gaming Pro Carbon zu günstig, weshalb ich die paar € Aufpreis in Kauf nehme. Der H-Chip ermöglicht RAID und hat noch einen Passivkühler für eine NVME-SSD dabei. Sonst sind sie nahezu gleich. Was mir allerdings nie aufgefallen ist: Bei B- und H-Boards kann man oft die Spannung der CPU nicht einstellen. Was soll der Mist? Wieso kann ich den Takt einstellen, obwohl das kein OC-Board ist? Naja, undervolting geht also wenn dann nur per Software über Intels XTU. Kennt ihr B360/H370-Boards die eine Offset-Einstellungsmöglichkeit für die CPU haben? Lasst es mich gerne wissen.

CPU-Kühler:
Witziger weise kein besonders spannendes Thema in diesem Fall, denn die Guten sind relativ teuer und vor allem auch kaum bis gar nicht lieferbar und damit verstoßen sie schon gegen einen Grundsatz dieses Builds. Schade, bringt doch mal wieder einen gescheiten Passivkühler statt immer nur RGB-Bling-Bling oder meinetwegen auch beides, wenn möglich? Würde mich freuen, aber der Markt ist wohl zu klein und deshalb viel die Wahl quasi zwangsläufig auf den
Arctic Alpine 12 Passive, welcher aber immerhin auch sehr günstig zu bekommen ist.

Gehäuse:
Etwas um die 50€ wäre ideal. Bis 100€ könnte man gehen wenn es was bringt. Am besten ein quasi standardmäßiger ATX-Tower mit möglichst vielen Belüftungsöffnungen. Ich habe dann das
Fractal Design Focus G genommen. Später habe ich dann das Inter-Tech EM-01 entdeckt. Dieses wäre sicher auch interessant geworden, da die Öffnungen in der Seitenwand sich wahrscheinlich positiv auf eine passive Kühllösung auswirken. Außerdem „praktisch“, dass gar keine Lüfter dabei sind.

Netzteil:
Elektrische Leistungsaufnahme ist gleich der Wärmeabgabe des Systems sozusagen. Da ich deshalb sowieso versuche in einem Passivsystem so wenig wie möglich Wärme zu erzeugen, weil das der am meisten limitierende Faktor ist, habe ich auch keine besonders hohe Leistungsaufnahme. Ein 300-Watt-Netzteil würde wsl. locker ausreichen. Da der Rechner aber ständig läuft und ich mir die schöne Stille sicher nicht mit Spulenfiepen und der Gleichen vermiesen will sollte es schon ein möglichst hochwertiges sein. Außerdem bedeutet bessere Effizienz unter anderem auch, dass das Netzteil weniger Abwärme entwickelt und damit auch das System weniger stark aufheizt.
Am geeignetsten schien mir da bisher das
Seasonic Platinum Series Fanless 400W. Mit gut 100 € teurer als die meisten Netzteile die man sonst für ein System in dieser Preisklasse für Gaming kaufen würde, da sind es meist eher 50-70€. Ich habe aber noch mehr als genug Budget übrig und am Ende gilt natürlich sowieso auch die gute alte CB-Weisheit: Niemals am Netzteil sparen!


Komponenten zusammen gefasst:


Samsung SSD 860 QVO 1TB, SATA
Intel Core i5-8400, 6x 2.90GHz, boxed
Crucial Ballistix Tactical Tracer RGB DIMM Kit 16GB, DDR4-2666, CL16-18-18
Palit GeForce GTX 1050 Ti KalmX, 4GB GDDR5, DVI, HDMI, DP
MSI H370 Gaming Pro Carbon
Arctic Alpine 12 Passive
Fractal Design Focus G schwarz, Acrylfenster
Seasonic Platinum Series Fanless 400W ATX 2.3


Testumgebung

Gemessen wurde immer bei 20-21°C Raumtemperatur. Zum Einsatz kam Prime95 26.6 ohne AVX mit den Custom Einstellungen 1344. Für die Tests mit AVX wurde Prime95 29.6b6 mit denselben Einstellungen verwendet.


Zusammenbau & Installation

Das System zusammen zu bauen gestaltete sich erwartungsgemäß leicht. Lediglich der Platz für die SSD ist ein Graus, aber irgendeinen Tod muss man ja immer sterben. Ansonsten ist alles sehr leicht unterzubringen und einzubauen.

Nach dem BIOS-Update auf die neueste Version (1.50) und der Windows-Installation etc. pp. gleich mal geschaut, was die CPU unter Prime95 so macht. Kurz: Der Takt fällt nach 30 min auf 2,6-2,8 GHz bei um die 0,85 Volt und damit unter Basistakt. Die CPU Package Power lag bei etwa 46 Watt:
Run 1.jpg


Den Kühler hatte ich allerdings mit horizontal ausgerichteten Lamellen eingebaut, denn ich wollte wissen, ob es denn einen großen Unterschied machen würde, wie herum der Kühler auf der CPU sitzt. Es macht relativ viel aus, denn nach dem Drehen des Kühlers lag der Takt nach ebenfalls 30 min bei 3,2-3,4 GHz bei um die 0,945 Volt. Des Weiteren traf ein erstes thermisch bedingtes Drosseln erst nach 10 statt vormals 7 min ein. Auch nach weiteren 15 min blieben die Werte gleich. Die Kühlung ist mit vertikal ausgerichteten Kühlerlamellen also erheblich besser:
Run 3.jpg


Als nächstes testete ich, was es wohl ausmachen würde die eigentlich nicht benötigten Staubfilter des Gehäuses zu entfernen. Es bringt auf jeden Fall etwas, vor allem der GPU. Dazu wurde die GPU erst auf ihr maximales Temperatur Limit gestellt und zeitgleich Prime95 mit Furmark laufen gelassen. Vor entfernen der Staubfilter lag deren Temperatur bei 94°C, danach bei 89°C mit zudem minimal höher anliegenden Taktraten. Der obere Staubfilter bringt dabei natürlich erwartungsgemäß am meisten. Der untere bringt erstaunlich wenig, jedoch ist der Filtereinsatz des Gehäuses hier sowieso eher nervig, also weg damit. Erstaunlich viel brachte das Entfernen des Frontfilters. Dieser ist auch nicht ohne weiteres zu entfernen, weshalb man das auch lassen kann, aber es sind nochmal 1-2K die man dadurch rausholen kann. Eine möglichst offene Front ist wichtiger als ich dachte.

Interessant ist auch der Wert für die CPU Package Power. Diese liegt nun nach 45 min Prime95 bei stabilen 56 Watt. Die relativ einfachen Maßnahmen zur besseren Kühlung erlauben mir also 10 Watt mehr Leistungsaufnahme – ergo Abwärme - abführen zu können. Umso ärgerlicher, dass man im BIOS des Mainboards keinen Einfluss auf die CPU-Spannung hat. Ich habe schon i5-8400er gesehen, die noch bei 0,95 Volt herum stabil ihre 3,8 GHz fahren konnten.

Bis hier hin ist alles noch sehr einfach und jeder, der schon mal einen PC zusammen gebaut hat sollte das hinbekommen. Lediglich der Staubfilter in der Front ist speziell bei dem Gehäuse etwas eklig zu entfernen, das kann man aber auch lassen. Ich würde noch empfehlen im BIOS die Short Power Duration auf maximale Länge (128 s) und 65 Watt einzustellen und die Long Power Duration auf 47 Watt. Dann ist das System so schon verwendbar. Wer sich etwas besser auskennt und ein BIOS hat, bei dem man ein Offset für die CPU-Spannung einstellen kann, kann hier idR bedenkenlos -0,05 Volt einstellen. Das bringt nochmal einen guten Schub im Grenzbereich und sollte bei jeder CPU stabil laufen.


Optimierungen

Holen wir erst mal aus der Grafikkarte alles raus was geht. Ich fange dabei immer erst damit an den Grafikspeicher bis an sein Limit zu übertakten, da dies teilweise mehr bringt als GPU-Takt. Allerdings war die KalmX trotzdem eher weniger taktfreudig auf dem VRAM (Hynix eben…), aber doch relativ flink auf der GPU. Lange Rede, kurzer Sinn, hier ein Bild wie die Karte mit MSI Afterburner läuft:

GPU-Z.jpg
Afterburner.jpg


Das Power Limit lässt sich bei der Karte nicht über 100 % erhöhen. Das ergibt auch Sinn, denn die Karte hat schon eine TDP von 75 Watt und keinen extra 6- oder 8-pin-Stromanschluss. Eine Erhöhung würde also ein Überschreiten der Spezifikationen für den PCIe-Anschluss bedeuten und ist deshalb nicht möglich.
Dafür geht beim Temperaturlimit einiges. Standardmäßig sind es 83°C und es lassen sich sehr hohe 97°C einstellen. Dummerweise spinnt der MSI Afterburner mal wieder, denn eine Erhöhung des Temperaturlimits lässt sich nicht in einem OC-Profil speichern. Wenn man eines auswählt, springt der Regler immer wieder auf 83°C.

Als nächstes machen wir uns an das vielversprechende Undervolting der CPU. Wer dafür kein BIOS mit Einstellungsmöglichkeiten für die CPU-Spannung hat, kann Intels XTU verwenden. Nach mehreren Stunden an Tests kam ich hier auf ein stabiles Offset von -0,1 Volt. Das ist ziemlich gut. Unter Prime95 ohne AVX lief die CPU dauerhaft konstant auf 3,8 GHz bei etwa 0,920 – 0,944 Volt bei einer Package Power von etwa 57 Watt. Davor waren es ungedrosselt etwa 10 Watt mehr. Mit AVX waren es 3,7 GHz nach 1,5 Stunden bei 0,98 Volt und etwa 62 Watt Package Power. Wie zu erwarten war, ist der Gewinn durch das Undervolten also ähnlich groß wie bei Notebooks.
Kombiniere ich nun die 47 Watt Long Duration Power Limit mit dem Undervolting habe ich in Prime95 nach 30 min 82-85°C auf dem heißesten Kern und 3,1-3,3 GHz.

Danach wollte ich mal den RAM etwas optimieren. Dieser läuft standardmäßig mit 1,2 Volt, 2666 MHz 16-18-18-38 2T. Die Spannung werde ich nicht erhöhen, da das Ziel ist, das Maximum ohne Spannungserhöhung raus zu holen. So sind dann bei mir 15-16-16-36 1T und gleichbleibende Subtimings möglich. An die Geschwindigkeit des normal von mir empfohlenen G.Skill RipJaws V DDR4-2666 15-15-15-35 komme ich also nicht ganz heran; der Preis der LEDs. Die Taktgeschwindigkeit lässt sich ja bekanntlich auf B- und H-Boards sowieso nicht über 2666 MHz erhöhen.
Bleibt noch auch hier mit Spannung zurück zu gehen. Einfach aus Perfektionsdrang. 1.14 Volt ist der beste Wert, den ich mit den schärferen Timings einstellen kann. Auch bei 1.12 Volt lief es noch stabil, jedoch hatte ich unter 1.14 Volt nach mehrfachem Testen geringe Leistungsverluste beobachtet. Die CPU/IO und CPU/SA Spannung können bei dem Board ebenfalls eingestellt werden. Übrigens die einzigen drei Spannungswerte die man verändern kann. Hier bin ich dann ohne das Maximum auszutesten mal bei beiden Werten um 0,05 Volt herunter gegangen. Sprich von 1,05 Volt auf 1,00 Volt und von 0,95 Volt auf 0,90 Volt.


Weitere Optimierungen

Eine weitere, nicht nötige, Optimierung wäre das tauschen der Wärmeleitpaste. Den Wechsel auf die derzeit anscheinend beste normale WLP, die Thermal Grizzly Kryonaut, bringt bei der CPU ~2 K niedrigere Temperaturen im Limit. Ein Wert, den man bei aktiven Luftkühlern in ähnlicher Größenordnung beobachtet. Wer also sowieso noch etwas hochwertigen Wärmeleitschmodder rum liegen hat sollte ihn verwenden.


Liquid Metal

Da der CPU-Kühlblock von Arctic in seiner Gänze aus Aluminium besteht, können wir hier folglich kein LM zwischen dem Kühler und dem IHS verwenden, denn wie jeder weiß reagiert das Zeug höchst allergisch miteinander.
Den Prozessor zu köpfen, wie üblich unter Übertaktern, halte ich für zu aufwendig und speziell. Ebenso LM für die GPU anzuwenden, bei der es jedoch theoretisch möglich wäre, da die Kühlerbodenplatte der Palit KalmX aus vernickeltem Kupfer besteht. In beiden Fällen würde aber auch die Garantie verloren gehen und damit gegen das „Reglement“ dieses Builds verstoßen.
(Evtl. testen wir es trotzdem mal bei Interesse, nur um zu sehen was passiert.)


Fazit:

Hätte ich nicht gedacht, aber es ist tatsächlich möglich, mit relativ einfachen Mitteln ein völlig ausrechendes System für „Gelegenheits- und E-Sport-Titel FHD Gamer“ zu bauen. Eine GTX 1050 Ti war vor 2 Jahren noch eine relativ solide Gaming-Karte und obwohl sie immer noch das aktuelle Einstiegsmodell ist, ist die Leistung für viele neue Spiele in 1920x1080 nicht mehr berauschend. In den neuen, grafisch anspruchsvolleren Games wird man die Regler eher Richtung „hoch“, wenn nicht gar auf „mittel“ schieben müssen. Vllt. kommt hier ja bald ein Nachfolger mit der Nvidia GeForce GTX 1650, sofern sich Palit oder ein anderer Subvendor dazu entscheidet eine passiv gekühlte Version der Karte heraus zu bringen.
Auf der CPU-Seite habe ich jetzt aus Verfügbarkeitsgründen einen i5-8400 genommen. Der evtl. etwas effizientere, aber im Grunde identische
i5-9400 steht schon in den Startlöchern und der vor kurzem vorgestellte i5-9400F mit abgeschaltetem IGP ist im Moment preislich sogar recht attraktiv aufgestellt. Da die meisten Spieler für dieses System den IGP sowieso nie verwenden werden, ist das Modell tatsächlich eine interessante Option. So oder so wird man vor allem in realen Anwendungen und Spielen immer über 3 GHz auf sechs Kernen sehen. Mehr als genug Leistung für dieses System.


Man kann sich natürlich bei einzelnen Posten wie z.B. dem Mainboard auch etwas Besseres gönnen, wenn es einem das Wert ist und das geplante Budget es hergibt. Dennoch hier mal meine „Minimal-Non-BlingBling-Konfigurationsempfehlung“ als Basis:
Easy PCG (Tacita)
Diese Liste werde ich vllt. auch immer mal wieder aktualisieren, wenn sich am Markt etwas tut.
 
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mykoma

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Interessanter Artikel.

Ich frage mich, warum du nicht einfach einen der größeren Towerkühler ohne Lüfter auf die CPU gesetzt hast?
Allein durch die Heatpipes und die große Oberfläche glaube ich, das die selbst ohne Lüfter deutlich bessere Dienste leisten als der Arctic.
Oder alternativ etwas wie den Nofan CR-95C, der sollte die CPU ohne Thermal Throttling gekühlt bekommen.
 

Gorby

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@mykoma
Danke erstmal :)

Die Towerkühler sind deutlich teurer und sperriger. Außerdem sind sind sie ohne Lüfter echt richtig schlecht und wahrscheinlich kaum besser als dieser deutlich günstigere Kühler, der zu diesem Zweck entwickelt wurde.

Der Nofan ist ein Kandidat für das größere noch im Bau befindliche passiv Projekt. Er passt nicht in diesen Build, weil er quasi nicht mehr lieferbar ist und mit rund 100 € auch sehr teuer. An die meisten guten alten Passivkühler kommt man kaum mehr ran. Der Arctic ist quasi einer der letzten seiner Art.
 

mykoma

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Ja, die Nofan sind ja auch schon älter und waren damals schon sau teuer.

Aber bevor ich den Arctic nehme, würde ich mir eher gebraucht einen Prolimatech Genesis zulegen, die sind auch nicht einfach zu bekommen, aber aktuell gibt es da zB in der kleinen Bucht einen für 14 und einen für 26€.
 

Gorby

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mykoma

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Der ist neu durchaus verfügbar, aber 70€ finde ich happig ;)

Aber selbst ein Mugen 5 oder Le Grande Macho sollten durchaus gute Ergebnisse erzielen.

Beim Genesis glaube ich ist der Aufbau aus den zwei relativ dünnen Türmen bei passivem Betrieb aber besser als ein einzelner, dicker Monolith, darum war das meine erste Idee.
 

xammu

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Schöner Artikel

Für kleine CPUs sollte doch auch ein Nofan CR-80EH reichen, der ist sogar lieferbar.

Ansonsten würde ich mal einen Macho ohne Lüfter testen, ich habe gerade mal den Macho Zero mit dem normalen Macho verglichen, soviel Unterschied beim Kühlkörper scheint da nicht zu sein. Wird halt der Kühlkörper wärmer, was wieder rum gut für die Übertragung an die Luft ist.

oder den Le Gande Macho (RT) ohne Lüfter
 
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Gorby

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Der Nofan CR-80EH ist tatsächlich wieder verfügbar. War schon seit Anfang Dezember am schauen, aber da stand immer nur bei einem Shop Lieferbar in 50 Tagen. Da dachte ich schon, dass sie den auch auslaufen lassen. Der wäre sicher interessant. Sollte sich die Verfügbarkeit als wieder einigermaßen stabil erweisen, werde ich ihn mal testen.
 

Joc

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Finde die Idee gut, und frage mich ob nicht ein leiser Einstiegs-Foto-PC so ähnlich recht gut umsetzbar wäre.
 

Gorby

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Witziger Weise hat Roma Hartung aka der8auer den Arctic-Kühler dem letzt auf einem i9-9900K getestet:



Kleiner Nachtrag, zu den Crucial Ballistix Tactical Tracer RGB DIMM Kit 16GB, DDR4-2666, CL16-18-18 (BLT2C8G4D26BFT4K/BLT2K8G4D26BFT4K):
Wenn man ein wechselndes Farbprofil für die RAM-RGB-LEDs einstellt, wie z.B. blinken/pulsieren/farbe wecheln, dann erzeugt der RAM ein Summen/Brummen. Besonders beim pulsieren sehr auffällig. Also solche Farbprofile sind bei dem RAM eher nicht für ein Silent System zu empfehlen.
 
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