Praxis: Das große Wärmeleitpasten-Tutorial und Test-Charts 2013 (Teil 1 von 2)

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Der Heatspreader

Schneidet man so eine CPU einmal in der Mitte durch, dann sieht man sehr deutlich, dass der eigentliche Prozessor-Chip (die) nur einen Teil der Gesamtfläche ausmacht und somit auch nur zu einem Teil des äußerlich sichtbaren Metalldeckels mehr oder weniger Kontakt hat. Deshalb ist es die Aufgabe des Heatspreaders, die Abwärme des Chips möglichst breitflächig weiter zu verteilen, damit sie dann optimal an den Kühlkörper (Heatsink) des CPU-Kühlers weitergeleitet werden kann.

Betrachtet man das Schema, dann fallen zwei Dinge besonders auf. Zum einen sieht man, dass zwischen Die und Heatspreader bereits beim Hersteller eine wärmeleitende Schicht eingebracht wird. Während AMD, so wie Intel in der Vergangenheit auch, eine Art Lot nutzt, spart sich Intel diesen Aufwand und ersetzt die Verlötung neuerdings durch eine simple Wärmeleitpaste. Damit verringert sich die Wärmeleitfähigkeit dieser Zwischenschicht enorm, was uns letztendlich auch die Schwierigkeiten bei der Kühlung übertakteter Intel-CPUs seit Ivy-Bridge logisch erklärt.

Heatspreader, Hotspots und die Folgen

Wir sehen es ja bereits am obigen Schema, dass durch den Größenunterschied zwischen Heatspreader und der direkten Kontaktfläche zur CPU auf der Oberfläche vor allen zu den Längsseiten hin Bereiche entstehen, die kühler sind als der Bereich, der direkt oberhalb des Die liegt. Diesen heißeren Bereich nennt man auch Hotspot, weil hier die meiste Abwärme an der Oberfläche austritt. Die in den nachfolgenden Bildern genutzte, vereinfachte Darstellung als worst case soll uns an dieser Stelle reichen, obwohl sich dieser Bereich z.B. durch verschiedene Lastverhalten und die Positionierung von Prozessorkernen, Cache oder auch der integrierten Grafik noch viel weiter differenzieren ließe. Für unsere Zwecke reicht jedoch auch ein Gesamtbereich. Dort ist es übrigens wie beim Wasser, das sich stets und ständig natürlich den möglichst kürzesten Weg des geringsten Widerstandes nach außen sucht. Schauen wir nun einmal von oben auf die CPU:

AMD FX 8350AMD FX 8350Intel (Core i7 3770K)Intel (Core i7 3770K)

Wir sehen, dass die Intel-CPU auf Grund der kleineren Strukturbreite von oben her gesehen einen deutlich schmaleren Hotspot besitzt! Mit diesem Wissen ausgerüstet, sollte man sich nun auch genau überlegen, wie man mit einem geeigneten Kühlerboden (Heatsink) diese Fläche möglichst optimal trifft, dann schließlich muss an exakt diesem Ort ja auch die meiste Abwärme abgeleitet werden.

Sinn und Unsinn von DHT-Kühlern

CPU-Kühler mit angeschnittenen Heatpipes (DHT, Direct Heat Touch) sind gerade so schön in Mode gekommen und sie sparen dem Hersteller ja auch eine Menge Geld bei der Produktion – was das Marketing dann dem gutgläubigen Kunden aber gern als super kühlendes Feature verkauft. Jedoch birgt diese Art der Konstruktion auch eine gewisse Problematik in sich. Bei einem Kühler mit z.B. nur 4 Heatpipes sieht man sehr deutlich, dass CPUs mit einem sehr schmalen Die (z.B. Intel ab Ivy Bridge) auch einen dementsprechend schmaleren Hotspot besitzen. Die zwei mittleren Heatpipes in der nachfolgenden Grafik (Xigmatek Achilles) liegen jedoch nicht sonderlich optimal auf und drehen lassen sich solche Kühler auch nur in den seltensten Fällen.

DHT und die ProblemeDHT und die ProblemeUnd nun? Könnte man den Kühler um 90° drehen, könnte man mit der Problematik eigentlich ganz gut leben. AMD-Anwender habe es oft einfacher, da die Kühler meist nach oben ausgerichtet sind, so dass die Heatpipes den schmalen, länglichen Hotspot kreuzen und nicht an ihm entlang ausgerichtet sind. Für ein aktuelleres Intel-System oder um 90° gedrehte AMD-Systeme sollte man deshalb nur DHT-Kühler in die engere Wahl ziehen, die über 5 Heatpipes verfügen und bei denen zwischen den angeschnittenen Heatpipes keine (größeren) Zwischenräume mehr liegen.

Zwischenfazit

Man kann durch die Wahl eines unpassenden Kühlerbodens bereits mehr an Kühlperformance einbüßen, als was man später mit der teuersten Paste jemals wieder wettmachen könnte! Aber es kommt sogar fast noch schlimmer. Betrachten wir als Nächstes, was sich genau zwischen Heatspreader und Heatsink abspielt.

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