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Alkis Blog #35 - Vorsicht: Heiße Oberfläche

Incredible Alk

Moderator
Teammitglied
Hier gibt’s mal wieder eine Erweiterung der Reihe „Tippe die Antwort auf ständig wiederkehrende Fragen nur einmal in den Blog um nicht ständig alles neu erklären zu müssen“.

Heute: „Ist meine CPU zu heiß!?“

Diese Frage wird gefühlt mehrmals täglich in dieser und vielen ähnlichen Formen im Forum gestellt. Und obwohl die Antwort auf die Frage sehr schnell und einfach zu beantworten ist („Nein, ist sie nicht“) möchte ich dann doch mal etwas weiter ausholen und die Thematik von verschiedenen Seiten betrachten um auch zu erklären wo der Hase im Pfeffer liegt.


1. „Nein!“

Manch einer wird sich fragen wie der olle Alki jetzt schon wissen kann, dass meine CPU nicht zu warm ist und einfach pauschal mit „Nein!“ antwortet. Tja das ist ganz simpel: Wäre deine CPU zu warm würde sie nicht mehr funktionieren und der PC an dem du das liest oder schreibst wäre aus bzw. tot. Jede CPU die nicht gerade 20 Jahre alt ist verfügt über ausgeklügelte Sicherheitsmaßnahmen, dass sie nie zu heiß werden kann – selbst wenn man den Kühler gleich ganz weglässt.

Das beginnt damit, dass der Turbomodus moderner CPUs (also das automatische übertakten der CPU wenn Stromaufnahme, Last und Temperatur es erlauben) etwas zahmer agiert wenn die CPU heiß wird bis er schließlich ganz abgeschaltet wird und die CPU mit ihrem Basistakt durchläuft. Dies passiert bei den Intel-CPUs der letzten Jahre (die als Beispiel dienen sollen weil sie hier am weitesten verbreitet sind) erst, Achtung, jenseits der 90°C Kerntemperatur. Bedeutet im Umkehrschluss: Alles unter 90°C ist technisch gesehen absolut grüner Bereich.

Sollte das abschalten des Turbos nicht ausreichen um die CPU in ihren Temperaturgrenzen zu halten folgt Schritt zwei: Das Drosseln der CPU unterhalb ihres Basistaktes zu Schutzzwecken. In der Gegend von 100°C beginnt die CPU, massiv Takt und Spannung zu senken – bis hin zu ihrem Idletakt, also ein paar Hundert MHz bei deutlich unter einem Volt Betriebsspannung. In diesem Zustand gibt die CPU kaum noch 10W an Abwärme ab und kann wieder unter 100°C abkühlen – woraufhin wieder hochgefahren wird.

Im Extremfall – wenn man die CPU wirklich ohne Kühler betreibt und dauerhaft voll belastet beispielsweise und auch die Drosselung auf den tiefsten Sparmodus nicht mehr reicht greift noch eine Notabschaltung. Etwa bei 105°C schaltet die CPU sich selbstständig ab - *klack* aus, Feierabend. Auch dann ist nichts kaputt, der PC kann einfach wieder gestartet werden (nachdem man hoffentlich wieder einen Kühler eingebaut hat). Selbst hier ist noch etwas Puffer vorgesehen – wirklich thermisch zerstört im Sinne von „CPU schmilzt durch“ werden Halbleiterchips erst bei noch höheren Temperaturen (sonst könnten sie nicht im Fertigungsprozess verlötet werden…), und da auch nicht weil was schmilzt sondern weil die elektrischen Eigenschaften von Transistoren und Leitern sich so verändern, dass vereinfacht gesagt Kurzschlüsse ausgelöst werden die zum Defekt führen.

Wie der geneigte Leser festgestellt hat ist seine CPU höchstwahrscheinlich weit davon entfernt in kritische Bereiche vorzudringen und zu heiß werden oder gar kaputt gehen kann sie so weiteres auch nicht. Erste Angst genommen? Wunderbar! Dann zum zweiten Punkt…


2. „Aber kälter ist doch besser oder? Sonst hält die CPU nicht lange!“

Ja und nein.
Grundsätzlich stimmt es, dass eine höhere Temperatur auch höhere Leckströme und mehr Verschleiß des Chips zur Folge hat – die Größenordnungen sind hier aber entscheidend. Dazu sollte man zunächst wissen, dass CPUs von den großen Herstellern auf etwa 10-15 Jahre Betrieb ausgelegt werden. Exakte Zahlen dazu sind schwer bis nicht zu finden, diese Größenordnung ist aber in der Szene allgemein angenommen. Diese Auslegung ist nun so gemacht, dass CPUs das im Mittel natürlich auch an ihrer (thermischen) Belastungsgrenze erreichen müssen – sprich bei knapp unter 100°C. Man schaue sich alleine mal im Laptopbereich um – zig Millionen Lappis eiern tagtäglich und seit vielen Jahren an ihrem Temperaturlimit herum weil die Kühlsysteme der Geräte wirklich auf kante dimensioniert sind. Probleme hat quasi keines dieser Geräte – denn darauf sind CPUs nunmal ausgelegt. Die üblichen Temperaturen in Desktop-PCs mit guten Kühlern sind da schon vergleichsweise paradiesisch kalt.

Und nun sehe man sich mal die echten Unterschiede an ob eine CPU nun mit 50, 70 oder 90°C arbeitet – und das bitte ausnahmsweise physikalisch korrekt in der absoluten Temperaturskala, wo diese Temperaturen (gerundet) 323, 343 und 363 K entsprechen. Wie groß ist also der echte (naturwissenschaftlich relevante) relative Unterschied? Zwischen 50 und 90°C gerade mal etwa 12%. Der Mensch hält es intuitiv für einen großen Unterschied ob ein Chip jetzt nur 50 oder schon 90 Grad heiß ist weil erstens die Zahlen weit auseinanderliegen (fast das Doppelte…) und zweitens von der eigenen Erfahrung her 50 Grad nur recht unangenehm sind, man sich bei 90 Grad dagegen verbrennt. Für CPUs ist der Unterschied aber vernachlässigbar klein weil er nunmal tatsächlich sehr klein ist und nur unsere künstliche Einheit „Celsius“ einen großen Unterschied vorgaukelt den es gar nicht gibt.

Übrigens möchte ich an der Stelle auch nochmal auf den Blog Nummer #16 verweisen in dem dargelegt wird, wie ungenau eigentlich die Messungen/Sensoren in den Chips sind besonders wenn man weiter von der kalibrierten Abschalttemperatur unterwegs ist (http://extreme.pcgameshardware.de/b...alkis-blog-16-vertrauen-ist-gut-wirklich.html).

Tja, also ist auch das Thema Verschleiß zu unseren Gunsten ausgegangen, denn auch dahingehend ist es wirklich kein Problem wie warm die CPU innerhalb ihrer Specs wirklich wird. Und am Ende dürfte es den allermeisten Nutzern auch egal sein, ob die CPU jetzt 10, 12 oder doch nur 9 Jahre Last mitmacht.

Tja und jetzt?


3. „Ich lese immer von bleib unter 80 Grad!“ Warum das nun wieder wenns doch egal ist?

Es stimmt, dass wir in entsprechenden Threads meist empfehlen, die Temperatur unter Vollast möglichst unter 80-85°C zu halten. Wie wir nun gelernt haben gibt es dafür keinen wirklichen rein technischen Grund. Man kann die CPU aus technischer Sicht auch bis 100 ballern lassen. Das ist aber für unsere Empfehlungen nicht praktikabel.

Der Grund ist, dass die Umgebungsverhältnisse bei normalen Nutzern variabel sind und wir bestrebt sind, eine möglichst konstante Performance aus dem PC eines jeden Nutzers rauszuholen. Es ist zwar natürlich so, dass bei „normaler“ Last die Temperatur wahrscheinlich nicht über 70°C steigen wird wenn man in Prime95 auf 85°C testet – aber es sollte auch ein gewisser Puffer vorhanden sein wenn man mal im Hochsommer zocken will bei 35 Grad Außentemperatur oder wenn mal eine dickere Grafikkarte verbaut wird die den Innenraum des Gehäuses stärker aufheizt. Auch verstauben Lüfter mit der Zeit und reduzieren somit ihre Kühlleistung. Trotzdem sollte der Rechner auch bei schlechtesten Bedingungen und ohne dass der Nutzer ständig kontrolliert (außer uns Nerds macht das niemand) niemals in den Drosselbereich gehen, denn konstante 90 fps sind besser als 92 fps, die alle 2 Minuten kurz auf 17 fps fallen wenn die CPU mal wieder an den 100°C kratzt.



Ich hoffe, dass durch die etwas ausführlicheren Ausführungen zu dem Thema manchem User die Angst etwas genommen wurde dass seine Hardware gegrillt wird und dennoch klar wurde warum vielerorts deutlich niedrigere Lasttemperaturen empfohlen werden als eigentlich möglich wäre. Insgesamt gesehen wird das Thema von vielen Leuten viel zu kritisch betrachtet. Da wird sich teilweise in Temperaturbereichen um Temperaturunterschiede gestritten, die erstens völlig belanglos niedrig sind und zweitens weit unterhalb der Messgenauigkeit der Sensoren liegen – sowohl bei CPUs als auch GPUs (wo die gleichen Dinge gelten).

Hauptsächlich mag das daran liegen, dass es hier überhaupt für den Endkunden auslesbare Temperatursensoren gibt. Bei anderen Bauteilen die ähnlich heiß oder gar noch heißer als die genannten Chips werden können macht man sich keine Gedanken darüber ob etwa die Spawas unter Last die ganze Zeit bei 120°C rumeiern (was auch hier wieder kein Problem ist), denn diese haben entweder keine Temperatursensoren oder sie haben welche die man nicht extern auslesen kann (wohl aber ihre Schutzfunktion ausüben, man kennt das von auf günstigen Boards heruntertaktenden AMD-FX CPUs deren Spannungswandler die CPU drosseln wenn sie am Temperaturlimit sind).


Am Ende wie immer der obligatorische Satz: Vielen Dank fürs lesen, bitte in entsprechenden Threads frei weiterverlinken und wenn Fragen offen geblieben sind… da unter dem Text gibt’s nen netten Kommentarbereich.
 

Caduzzz

BIOS-Overclocker(in)
Hi Alki,

vielleicht sollte man einen Sammler wie im CB Forum machen. Dort kann gefragt werden und User antworten (vermutlich ziemlich oft "nein" ;)) Die Mods sind aber dort auch knallhart am schließen und verweisen an den entsprechenden Sammler(!)

Klar, einerseits soll ein Forum dem Austausch dienen...aber andererseits bei sich ständig wiederholenden Fragen wie du sich ja auch schilderst könnte man das doch wirklich machen (man könnte 'ne Menge Sammler in einigen Unterforen machen^^ "Suche Maus, Mecha, etc.) und erfahrene User antworten bzw. diskutieren dort. Somit wird dem 10.000. "CPU zu heiß, HILFE" Beitrag "Einhalt" geboten..

Ansonsten schön geschrieben:daumen:

Grüße Caduzzz
 
TE
Incredible Alk

Incredible Alk

Moderator
Teammitglied
Mir persönlich reichts den Blog zu verlinken auch weil diese Fragen nicht immer in einem eigenen Thread auftauchen den man dann schließen+verweisen könnte - häufig ist auch irgendein anderen Sproblem ("Spiel XY stürzt ab") wo dann in Post 17 irgendwann die Frage nach CPU zu heiß kommt.
Wenn natürlich User hingehen und gute Sammler erstellen die solche Fragen ähnlich detailliert abarbeiten sind wir die letzten die da was gegens anpinnen hätten. ;)
 
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