Grundlagenartikel Kühlung Testberichte Wasserkühlung

Ryzen 3000 perfekt kühlen – eine praktische Testreihe auf der Suche nach dem perfekten Wasserblock fürs asymmetrische Design mit interessantem Fazit

Die asymmetrische Anordnung der Chiplets auf der einen und des I/O-Dies auf der anderen Seite der Ryzen CPUs der dritten Generation hat es durchaus in sich. In einem ersten Video „Kühlprobleme mit Ryzen 3000 | Heating Up Video des Die | Asymmetrische Hotspots | Kühlermontage hatte ich ja bereits die Erwärmung der CPU als Draufsicht in ein einem speziellen Infrarot-Video festgehalten, das man zum besseren Verständnis schon mal gesehen haben sollte.  Eine der dort gefundenen Erkenntnisse war, dass sich die Hotspots wirklich nicht mehr mittig innerhalb der CPU, sondern (auch von außen messbar) oberhalb der Bereiche der oder des Chiplets befinden.

Allerdings machte der Heatspreader auch genau das, was sein Name impliziert und so konnte ich bei einer zweiten Messung nur maximale Temperaturunterschiede von 3 bis 4 Kelvin zwischen der heißesten Stelle (Hotspot) und dem kühlsten Bereich (Coldspot) messen. Im Video ist übrigens ein ärgerlicher Versprecher enthalten, der mir in der Eile durchgerutscht ist, denn ich erwähnte eine 180-Grad-Drehung. Richtig wären 90 Grad gewesen, aber das Video im Nachhinein zu editieren, war leider unmöglich. Über die Unterschiede bei der Drehung gehe ich aber auf der nächsten Seite noch einmal genauer ein.

Wir bauen einen Ryzen-optimierten Wasserblock!

Das Testsystem ist kein Geheimnis und ich setze hier diesmal bewusst auf einen AMD Ryzen 9 3900X mit zwei Chiplets statt auf den Ryzen 5 3600 X mit nur einem Chiplet. Die Testsoftware (Prime95 mit AVX und Small FFTs) erzeugt exakt 125 Watt Package Power, die sich über Precision Boost Overdrive (PBO) auf dem MSI MEG X570 Ace als Package Power Tracking (PPT) auch sehr gut einstellen ließ. Wer meinen Test mit den drei X570 Motherboards zu den Auslesewerten kennt, wird sich daran erinnern, dass die Boards von MSI zumindest bei den Leistungsangaben mit zu den verlässlichsten auf dem Markt gehören. Und da ich Sensorwerten auch bei höheren CPU-Lasten vertrauen können möchte, war es diesmal auch kein Einsteigerboard.

Natürlich habe ich auch hier probehalber noch einmal direkt am EPS nachgemessen, um auch wirklich sicherzugehen. Was ich beim Tests mit mehreren verschiedenen Wasserböcken und auch AiO-Kompaktwasserkühlungen festgestellt habe ist der Umstand, dass die Unterschiede bei der Positionierung der Wasserblöcke auf der CPU auch vom Durchfluss der Kühlflüssigkeit abhingen, sofern überhaupt Unterschiede messbar waren. Toleranzbereiche gibt natürlich es immer und so habe ich generell alle Temperaturangaben auf ein volles Grad kaufmännisch gerundet.

Der Chiller liefert im aktuellen Zustand ungefähr 600 l/h, so dass ich zusätzlich eine Lösung für niedrigere Durchsätze nutzen musste. Dazu schalte ich die Pumpe des Chillers aus (Eigenmodifikation) und nutze gleichzeitig eine separate Pumpe samt Kühlkreislauf, sowie den Chiller als einfachen „Ausgleichsbehälter“ samt Kühlfunktion. So kann ich zuätzlich noch Messungen mit 40 l/h, 80 l/h und 120 l/h vornehmen. Auf weitere Zwischenstufen habe ich bewusst verzichtet, weil alle Ergebnisse ab ca. 120 l/h im Rahmen der Toleranzen gleich ausfielen.

Als Kühler benutze ich mehrere Alphacool Eisblock XPX, weil die Coldplate für den Ryzen groß genug ausfällt, die Kühlleistung von Haus aus überzeugt und sich zudem auch der Umbau der Blättchen für die Wasserführung im Inneren vergleichsweise einfach gestaltete. Auf Anfrage beim Hersteller war es sogar möglich, die benötigte Anzahl individualisierbarer Blättchen auch zeitnah für dieses Experiment zu besorgen. Also stand der Bastel- und Messorgie erst einmal nichts weiter im Wege. Die Raumtemperatur war bei 22 °C konstant, das Wasser habe ich über die Einstellungen des Chillers ebenfalls auf 22 °C gekühlt.

Um alle Irrungen über die jeweilige Anordnung auszuschließen, stelle ich zunächst einmal das Äußere samt Beschriftung, das Innenleben der CPU und die Position der Mikrokanäle in der Coldplate des Kühlers voran, auf die ich mich im Folgenden dann immer wieder kommentarlos beziehen werde.

 

Die nachfolgende Grafik veranschaulicht zudem noch einmal das Innere des Wasserblocks und seine Funktionsweise. Das Wasser gelangt vom Einlass (Intake) bei den meisten Kühlern zum Mittelpunkt der Kühlplatte und wird dort mittels eines speziellen Einsatzes (Plättchen) verteilt. Genau an dieser Stelle werde ich dann auch beim Umbau ansetzen.

Schauen wir doch einfach einmal auf den geöffnete Kühler. Da sehen wir auch den Wassereinlass in der Mitte und links die blau gekennzeichnete Einsprühfläche des Wassers, das sich dann durch die Kanäle zu den beiden Außenseiten bewegt, wo es dann oberhalb wieder austreten kann. Gelingt es mir, durch die Veränderung der Wasserzufuhr vielleicht doch, das Kühlverhalten zu optimieren? Der Test wird genau diese Frage beantworten und ich analysiere zudem noch eine AiO-Kompaktwasserkühlung samt möglicher Probleme. Doch dazu später mehr.

Um möglichst gleiche Bedingungen zu erhalten, nutze ich die übliche Flutschinaut-Wärmeleitpaste, weil sie sich als mittig aufgebrachter Klecks sehr einfach durch den Anpressdruck verteilt. Die Oberflächen der CPU und des Wasserblocks werden vor jedem Durchgang mit Isopropanol gereinigt. Den Sockel habe ich bis hoch zum Rand der CPU mit schwarzem Tape abgeklebt.

Um jedes Mal eine identische Verteilung und einen gleichen Anpressdruck zu garantieren, nutze ich eine Drehmoment-Schraubendreher und exakt 0,35 Nm, die sich bei dieser Konstellation als völlig ausreichend erwiesen haben, um nicht das Haltesystem zu verbiegen. Ich setze deshalb auch bewusst nicht auf  ein System mit Stoppern, sondern den exakten Drehmomentschrauber. Mehrfachmontagen mit fest fixierten Systemen haben da nämlich nach einigen Durchläufen durchaus Schwächen gezeigt.

Interessierten bietet die Zusammenfassung in Tabellenform schnell noch einen kurzen Überblick, bevor wir dann endlich loslegen können:

Testsysteme und Messräume
Hardware:
AMD Ryzen 9 3900X
MSI MEG X570 ACE
2x 8GB  G.Skill DDR4 3200
1x 1 TByte Patriot Viper (NVMe System SSD)
1x Seagate FastSSD Portable USB-C
Seasonic Prime 1200 Watt Titanium Netzteil
Kühlung:
Alphacool Eisblock XPX mit modifizierten Einsätzen
Alphacool Chiller Eiszeit 2000
Alphacool Wasserkühlung (VPP755 V3, alternativ)
Aqua Computer Aquaero 5 Pro, Durchflussmesser, Temperatursensoren
Thermal Grizzly Kryonaut (für Kühlerwechsel)
Wera Drehmomentschrauber (0,35 Nm)
Gehäuse:
Open Benchtable
Monitor: Ultra-HD, diverse
Leistungsaufnahme:
berührungslose Gleichstrommessung am PCIe-Slot (Riser-Card)
berührungslose Gleichstrommessung an der externen PCIe-Stromversorgung
direkte Spannungsmessung an den jeweiligen Zuführungen und am Netzteil
2x Rohde & Schwarz HMO 3054, 500 MHz Mehrkanal-Oszillograph mit Speicherfunktion
4x Rohde & Schwarz HZO50, Stromzangenadapter (1 mA bis 30 A, 100 KHz, DC)
4x Rohde & Schwarz HZ355, Tastteiler (10:1, 500 MHz)
1x Rohde & Schwarz HMC 8012, Digitalmultimeter mit Speicherfunktion
Thermografie:
1x Optris PI640, 2x Xi400 Infrarotkameras
Pix Connect Auswertungssoftware mit Profilen
Betriebssystem Windows 10 Pro (1903, alle Updates), Treiber aktuell

Danke für die Spende



Du fandest, der Beitrag war interessant und möchtest uns unterstützen? Klasse!

Hier erfährst Du, wie: Hier spenden.

Hier kann Du per PayPal spenden.

Igor Wallossek

Chefredakteur und Namensgeber von igor'sLAB

Computer-Nerd seit 1983, Audio-Freak seit 1979 und seit über 50 Jahren so ziemlich offen für alles, was einen Stecker oder einen Akku hat.