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[SIZE=+1]Kapitel 5: Messungen [/SIZE] [/SIZE]
Inhalt
5.1: Prinzipielles zur Messung
5.2: Messsystem und Messprogramm
5.3: Vergleichskühler
5.4: Temperaturmessungen
5.5: Geräuschverhalten
5.1: Prinzipielles zur Messung:
Kommen wir nun zum für viele wichtigsten Kapitel, den Temperaturmesswerten und einer
subjektiven Geräuschbeurteilung. Zur Temperaturmessung wird ein anderer Weg als üblich
gewählt, da die Aussage der reinen Maximaltemperatur unter Belastung XY wenig Aussagen
über die Ursache des Temperaturanstiegs gibt. Dieser hat mehrere Gründe, die bei geeigneter
Messung differenziert werden können.
Die erste Frage, die beantwortet werden soll, ist das prinzipiell zu erwartende Verhalten
eines Systems aus CPU, Kühlkörper, Lüftern und Gehäuse. Eine CPU unterliegt sehr unter-
schiedlicher Belastung. Vom abgeschalteten Zustand ohne Wärmeeinwirkung, der minimal
Temperatur im Idle (also ohne jede Programmaktivität außer dem Betriebssystem), einer
stochastischen Belastung im realen Betrieb durch Browser, Programme oder Spiele und einer
Maximalbelastung durch Benchmarkprogramme.
In dem Augenblick, in dem eine Belastungsart beginnt, es ist regelungstechnisch ähnlich einer
Sprungfunktion von Null auf einen bestimmten Maximalwert, reagiert das Gesamtsystem
mit einer messbaren Systemantwort, dem Temperaturverlauf. Dieser ist in mehrere Phasen
zu unterteilen.
Phase I kennzeichnet den Zustand Idle,
Phase II zeigt die Erwärmungs des Siliziumchips
innerhalb weniger Sekunden, solange der eigentliche Kühlkörper noch Raumtemperatur
besitzt,
Phase III zeigt die langsame Erwärmung des Kühlkörpers in Form eine E-Funktion
gegen einen Grenzwert, der je nach Kühlergewicht nach wenigen Minuten erreicht ist.
Phase IV zeigt das Verhalten nach Abschalten des Benchmarkprogrammes. Der Temperatur-
unterschied zum Testbeginn zeigt die Erwärmung des Kühlkörpers, die dann langsam wieder
aus die ursprüngliche Temperatur absinkt. (Siehe Bild 5.1).
Für die Bewertung eines Kühlers sind nun mehrere Kenngrößen wichtig. Zum einen die Maxi-
maltemperatur, dazu aber auch die Zeit, bis diese erreicht wird. Ebenso ist der Temperatur-
unterschied von Idle zum Beginn der Phase IV interessant, gibt er im Vergleich eine Aussage
über die Güte des Wärmeübergangs von CPU zum Gehäuse. Dazu später mehr, wenn die
Messergebnisse interpretiert werden.
Bild 5.1: Prinzipieller Verlauf der Erwärmung
Der Temperatursprung in Phase II ist nur abhängig vom Wärmeübergang des Siliziumchips zum
CPU-Gehäuse und zum Kühlerboden. Er ist im wesentlichen bei nicht verlöteten Chips von der
verwendeten Wärmeleitpaste abhängig, dazu ist die Gestaltung des Kühlerbodens und der
Anpressdruck relevant. Die langsame Erwärmung des Kühlkörpers ist ein Maß dafür, wie effektiv
die Lamellen und der Luftstrom durch die Lüfter die Wärme der CPU an die Luft im Computer-
gehäuse angeben kann.
Als weitere Erwärmung der CPU ist zu bedenken, das jeder Rechner durch die Grafikkarte
erwärmt wird. Die Abluft der Grafikkarte kommt zum Teil an den CPU-Kühler und erwärmt den
Kühlkörper weiter. Je nach Grafikkarte und Gehäuse verändert sich dadurch Phase III erheblich.
In diesem Test wird darum der Einfluss der Grafikkarte nicht näher untersucht, da keinerlei
Reproduzierbarkeit für andere Systeme besteht.
Dieser Test wird sich auf ein Benchmarkprogramm beschränken, da die Idle Belastung minimal
ist, stochastische Verläufe z.B. durch Browser ebenso wie Spiele nicht reproduzierbar sind, und
einzig ein Benchmark Programm eine konstante und vergleichbare Belastung erzeugt.
5.2: Messsystem und Messprogramm:
CPU: i5-4670K, 4300 MHz, VCore 1,25V
Board: Z87 MSI M-Power Mainboard
Gehäuse: R5-PCGH
Belastung: Intel Extreme Utilities CPU-Stresstest
Wärmeentwicklung: 65-75W (laut CoreTemp), alternierend
Das üblicherweise verwendete Programm Prime95 in der Belastungsart "In-Placelarge FFT"
erzeugt eine so absurd hohe und unrealistische Belastung, dass nach ersten Tests mit diesem
Programm auf eine umfassende Auswertung insbesondere wegen der Verwendung auch kleinerer
Kühler wie dem Intel Boxed verzichtet wurde. Trotz festgesetzter VCore erhöhte sich diese unter
Prime95 auf 1,312V und die Wärmenentwicklung verdoppelte sich fast auf gut 130W, bei denen
die CPU an ihre Grenzen der Wärmeabgabe an der Gehäuse kommt. Sowohl mit dem Ninja 4 als
auch mit dem getesteten Scythe Fuma waren zwar Temperturen um 80-85°C haltbar, die kleinern
Kühler versagten aber sofort.
Stattdessen wird dieser Test mit dem CPU-Stresstest von Intel Extreme Utilities durchgeführt,
der sehr praxisnah ungefähr eine maximale Belastung wie in sehr CPU-lastigen Spielen darstellt.
(Siehe Bild 5.2 und 5.3). Der Test wird jeweils über 20min durchgeführt. Die ersten 5min dienen
als Idle-Wert, die folgenden 15min mit CPU-Stresstest, um einen einigermaßen eingeschwungenen
Zustand zu erreichen. Die Temperaturen werden manuell mit dem Programm HWMonitor nach
5min, 6min, 10min, 15min, 20min und 21min abgelesen.
Bild 5.2: Prime95
............................................................Bild 5.3: Intel extrem Utilities
5.3: Vergleichskühler
Im ersten Test werden vier kompakte Kühler im Vergleich vermessen. Ein Scythe Fuma, ein Scythe
Ninja 4, ein EKL Brocken Eco und ein obligatorischer Intel Boxed. Kennzeichnend dieser kompakten
Kühler ist die geringe Bauhöhe von max. 150mm, die eine Installation auch in schmalen Gehäusen
ermöglich. Im Vergleichstest werden aller Lüfter mit 12V betrieben, um eine gute Vergleichbarkeit
der maximal möglichen Kühlung zu bekommen. Real wird jeder Lüfter natürlich vom Nutzer erheblich
in der Drehzahl reduziert, der Unterschied zwischen z.B. 800U/min und 1500U/min ist relativ gering,
da die Abwärme der CPU mit max. 75W nicht hoch ist.
Bild 5.4: Vergleichskühler: Scythe Fuma, sowie Scythe Ninja 4, EKL Brocken Eco und Intel Boxed
Die physikalischen Eigenschaften der Vergleichskühler sind in nachfolgender Tabelle zusammen gefasst.
Der Intel-Boxed sticht durch sehr geringes Gewicht und im Vergleich minimale Lamellenfläche heraus.
Der EKL-Brocken Eco hat relativ große Lamellen und konnt auf eine Fläche von ca. 75% des Scythe Fuma.
Der Scythe Ninja 4 widerum hat 30% mehr Fläche als das Testmuster Scythe Fuma, die Lamellen sind beim
Ninja 4 mit 115mm aber relativ lang, was den Luftstrom behindert.
Tabelle 5.1: Eigenschaften der Test-Kühlkörper
5.4: Temperaturmessungen
In einem Vorabtest wurde die dem Kühler Scythe Fuma beigelegte Wärmeleitpaste mit der durchschnittlichen
Arctic MX4 verglichen. Die Temperaturen sind vergleichbar. Im Test wird für sämtliche Messungen darum
einheitlich die MX 4 verwendet.
Im ersten Test werden die Vergleichskühler mit einer Lüfterspannung von 12V betrieben und für 5min im
idle, sowie je 15min unter Vollast betrieben, danach folgt eine 1 minütige Abkühlung und erneute Messung:
Tabelle 5.2: Temperaturverhalten unterschiedlicher Kühler mit 12V Lüfterspannung
Die Unterschiede der Kühler sind deutlich zu erkennen. Die beiden Scythe Modelle haben einen sehr
guten Wärmeübergang vom CPU-Gehäuse zum Kühlerboden. Darum bleibt die Anfangstemperatur merklich
unter dem Brocken Eco. Der Intel Boxed Kühler dagegen ist mit der moderat übertakteten CPU überfordert,
nach wenigen Minuten greift die Temperaturlimitierung und die CPU wird minimal herunter geregelt.
Erstaunlich ist, dass der Scythe Fuma trotz kleinerer Lamellenfläche noch besser als der Scythe Ninja 4
kühlt. Es sind nur wenige Grad Celsius und innerhalb der Messtoleranz, aber das Ergebnis ist reproduzierbar.
Der Scythe Fuma Kühlkörper erwärmt sich über 15min nur um 4°C. In der nächsten Messung sollte darum
untersucht werden, inwieweit die Lüfteranzahl eine Rolle spielt:
Tabelle 5.3: Scythe Fuma mit unterschiedlicher Lüfteranzahl unter 12V
Die Unterschiede sind gering, mit einem weiteren dritten Lüfter ist eine ungefähr um ein Grad Celsius
geringere Temperatur erreichbar, das liegt innerhalb der Messtoleranz. Aber selbst mit nur einem
Lüfter sind die 65-75W Abwärme der CPU sicher abzuführen. Eine Drehzahlreduzierung zur Geräusch-
minimierung ist darum möglich und sinnvoll
Tabelle 5.4: Scythe Fuma mit unterschiedlicher Lüfterspannung
Man sieht deutlich, dass der Unterschied zwischen 12V (1450 /min) und 7V (ca. 900 U/min) sehr gering
sind. Erst mit 5V (ca. 700 U/min) steigt die CPU-Temperatur um 3°C. Für eine typische Mittelklasse
CPU des Types Intel i5 oder i7 reichen selbst unter hoher Übertaktung geringe Lüfterdrehzahlen zur
guten Kühlung. Der Spagat von guter Kühlung und geringer Geräuschentwicklung ist möglich.
5.5 Geräuschentwicklung
Die Geräuschentwicklung kann nur subjektiv beschrieben werden. Die Lüfter haben bei tiefen Drehzahlen
kaum hörbare Lagergeräusche. Allerdings sind Noctua NF-P12 Lüfter noch eine Spur leiser. Bei 5V sind die
Scythe Fuma Lüfter nicht aus einem Fractal Design R5 PCGH heraus zu hören, ab 800 U/min sind sie wahr-
nehmbar, bei 7V (ca. 900 Umin) leise hörbar. Unter 12V oder 1450 U/min wird es für den Silentliebhaber
störend, aber diese Drehzahl ist für eine sehr gute Kühlung nicht notwendig. Im Bereich von 1200-1450
U/min erzeugt der Motor leigt drönende Geräusche durch die Regelung. Die Luftdurchsatz ist aber erheblich
höher als bei anderen mir zur Verfügung stehenden Lüftern. Bezogen auf die Kühlleistung entsprechen
ungefähr 800 U/min des Scythe Lüfters 1000U/min eines Be Quiet SW2. Das relativiert die Geräusche.
Interessant ist in diesem Zusammenhang, dass der Scythe Ninja 4 bei derselben Lüfterdrehzahl leiser wirkt.
Der ca. 50% größere Lamellenabstand des Ninja 4 führt zu merklich geringerer Geräuschentwicklung bei
höheren Drehzahlen. Mit dem Scythe Fuma ist trotzdem der Spagat zwischen Silentbetrieb im Idle und
geringer Last sowie sehr guter Kühlung unter hoher Belastung zu erreichen.
. Im Ernst, Hut ab für Deinen Einsatz, die tolle Einbauanleitung, die tolle Bebilderung und Untersuchung der Qualität der einzelnen Kühlerbestandteile. Ich habe es mir da einfacher gemacht und nachdem ich sowohl einen älteren Beitrag im PCGH-Forum über den Fuma, in dem dessen Verpackung etc. schon genau geschilderte wurde, und ein Video bei Youtube, wo jemand sehr gut dessen Einbau dokumentiert und erklärt hat, gefunden hatte, mir diesen Teil gespart da ich dachte, das kriege ich ohnehin nicht besser hin. Aber Du hast gezeigt, dass man das doch auch sehr gut in den Test des Fuma integrieren kann, nochmals meine Hochachtung. 
!
