(Warum) kann man( nicht) direkt Touch CPU Kühler so "besser"

[Pfranzy]

Hallo zusammen. Ich habe schon mehrmals gelesen, dass CPU Kühler mit direct touch nicht so gut sein soll. Und der Hauptgrund dafür ist, dass die "mittleren" Heatpipes vom CPU kühler am meisten Wärme bekommen und die äußeren Heatpipes weniger Wärme bekommen und dadurch die Kühlung nicht so gut wie bei normalen CPU kühler ist,( weil die normalen Kühler ja so eine Art Bodenplatte haben, die die Wärme auf allen Heatpipes verteilt) was ja auch verständlich ist.
Meine Idee/ Frage ist aber, wieso kann man nicht standardmäßig so eine Art Bodenplatte (wie von einem CPU kühler)(siehe Bild) auf der CPU anbringen, die die Wärme gleichmäßig auf allen Heatpipes verteilt.
Ich weiß, die Frage ist sehr dumm und bestimmt selbst erklärend aber ich komme einfach nicht drauf und ich muss es schnell wissen
Ich hoffe ihr versteht was ich meine.

 

[Finallin]

Der IHS (Integrated Heatspreader) auf der CPU macht doch genau das, eben die Wärme des Dies auf mehr Fläche zu verteilen, sodass durch die größere Oberfläche ein besserer Wärmeaustausch stattfinden kann?!

Wobei das streng genommen gar nicht die Hauptaufgabe des IHS ist, der soll nämlich den Die schlicht vor Beschädigungen schützen.

 

[Incredible Alk]

Meine Idee/ Frage ist aber, wieso kann man nicht standardmäßig so eine Art Bodenplatte (wie von einem CPU kühler)(siehe Bild) auf der CPU anbringen, die die Wärme gleichmäßig auf allen Heatpipes verteilt.

Das Ding heißt Integrated Heatspreader und ist seit gefühlten 20 Jahren Standardmäßig auf jeder CPU.
Der letzte der den "Deckel" nicht hatte aus dem mainstream der mir spontan einfällt war der AthlonXP.

 

[Lexx]

Schulferien oder Lockdown-Koller?

 

[Albatros1]

Wurde schon alles geschrieben. Aber es wäre tatsächlich interessant die Wirkung einer dickeren Metallabdeckung/HS zu prüfen. Da die Wärmeableitung auch vom Materialquerschnitt beeinflußt wird könnte man mehr Wärme auf die Randbereiche des HS leiten. Ob der Effekt aber nennenswert ist wage ich mal eher zu bezweifeln.
Die Die ist einfach zu klein für eine gute Ableitung. Kleiner bedeutet aber kurze Wege.

 

[flx23]

Letztendlich muss die Mischung passen. Man wenig Metall um die Wärme schnell weg zu bekommen, denn Metall ist gegenüber Heatpipes ein sehr schlechter Wärmeleiter. Aber man braucht auch genug Metall um die Wärme gleichmäßig auf alle Heatpipes zu verteilen, den Metall leitet Wärme in alle Richtungen, Heatpipes nur 2 dimensional

 

[Sirthegoat]

Ein IHS aus Kupfer wäre mal interessant gibt es bestimmt aber schon im Custom Bereich. Ob das so viel bringt sei mal dahingestellt, aber gerade bei der immer steigender Energiedichte kleiner Dies wäre das sich nicht verkehrt.

 

[NerdFlanders]

Wurde schon alles geschrieben. Aber es wäre tatsächlich interessant die Wirkung einer dickeren Metallabdeckung/HS zu prüfen. Da die Wärmeableitung auch vom Materialquerschnitt beeinflußt wird könnte man mehr Wärme auf die Randbereiche des HS leiten. Ob der Effekt aber nennenswert ist wage ich mal eher zu bezweifeln.
Die Die ist einfach zu klein für eine gute Ableitung. Kleiner bedeutet aber kurze Wege.

Wird im Extrem OC bereich gemacht. Bringt halt ein paar C - aber nichts dramatisches. Es gibt auch Voll-Kupfer HS für manche CPUs zu kaufen, bringen auch ein paar C aber Kosten/Nutzen stehten in keinem Verhältnis.

Ein IHS aus Kupfer wäre mal interessant gibt es bestimmt aber schon im Custom Bereich. Ob das so viel bringt sei mal dahingestellt, aber gerade bei der immer steigender Energiedichte kleiner Dies wäre das sich nicht verkehrt.

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[flx23]

Ein IHS aus Kupfer wäre mal interessant

Silber wäre noch ein wenig besser

Aber ehrlich gesagt machen die Unterschiede da kaum etwas aus da der Flaschenhals vorher deutlich enger ist (af Die Ebene).

Ich habe mal einen Artikel gelesen wo man versucht hat in den die zusätzlich Kanäle aus Kohlenstoff einzubringen um die Wärme besser abführen zu können. Der Transport vom DIE zum heatspreader ist dadurch um Faktoren gestiegen. Das würde merklich was bringen, bedeutet aber mehr Aufwand in der chip Fertigung.

Leider finde ich den Artikel gerade auf die schnelle nicht

Aber z. B. An SIC Halbleiter (Silizium carbid) sieht man wo hier die Reise hingehen kann.
In mittlerer bis ferner Zukunft gibt es vielleicht auch Prozessoren auf SIC Basis

 

[Pfranzy]

Das Ding heißt Integrated Heatspreader und ist seit gefühlten 20 Jahren Standardmäßig auf jeder CPU.

Ja aber der Heatspreder verteilt die Wärme nicht so gut. (deswegen sind die direkt Touch Kühler ja auch nicht so gut). Also wieso macht man dann nicht den Heatspreader etwas besser / breiter? oder ist das nicht " Job" des Heatspreder ( und auch andere Gründe)

Metall ist gegenüber Heatpipes ein sehr schlechter Wärmeleiter

aber aus welchen Materialien besteht sonst die Bodenplatte von einem CPU kühler ( der nicht direct touch hat)?

 

[Incredible Alk]

Ja aber der Heatspreder verteilt die Wärme nicht so gut.

Woher diese Ansicht? Eine bessere Wärmeableitung/Verteilung als einen Kupferblock draufzulöten gibts (wirtschaftlich vertretbar) nicht.

Also wieso macht man dann nicht den Heatspreader etwas besser / breiter?

Breiter: Bringt nichts/ist nicht der limitierende Faktor und
Besser: Wenn du eine Möglichkeit hast das wirtschaftlich hinzukriegen (also Silberblöcke statt Kupfer oder Nanotubes etc. nutzen gilt nicht weil das dann mehr kostet als die CPU...) und es patentierst haste ausgesorgt.

aber aus welchen Materialien besteht sonst die Bodenplatte von einem CPU kühler

Bei hochwertigeren (vernickeltes) Kupfer (daraus sind auch die Heatspreader).

denn Metall ist gegenüber Heatpipes ein sehr schlechter Wärmeleiter.

Das ist so geschrieben falsch. Metalle wie Kupfer leiten Wärme hervorragend und deutlich besser als Heatpipes bzw. deren Inhalt (weswegen Kühler mit Bodenplatte oftmals besser sind als DirectTouchgedöns) - nur funktioniert das erstens schlecht über große Entfernungen und zweitens nicht richtungsgebunden. Heatpipes sind nicht dafür da Wärme besser zu leiten als Metall, sie sind dafür da Wärme in gewünschte Richtungen und über mehr als gefühlte 2 cm effizient zu leiten.

Ein IHS aus Kupfer wäre mal interessant gibt es bestimmt aber schon im Custom Bereich.

Abseits des tollen Marketings: Auch die pupsnormalen IHS sind aus Kupfer. Nur vernickelt.
Sieht man schnell wenn man etwas anschleift:

Die supertollen teuren Custom-Vollkupfer-IHS sind vor allem für die interessant die nicht wissen dass der normale auch aus Kupfer ist und viel Geld extra bezahlen für etwas das sie sowieso schon ab Werk hatten.
Dass die minimal besser performen liegt daran, dass die Oberfläche der Custom-Dinger ebener und glatter ist als das Original. Oder anders gesagt: Wer CPU-Oberseite und Kühlerboden perfekt plan poliert hat den gleichen/besseren Effekt wie bei nem "Custom Vollkupfer IHS".

 

[Pfranzy]

Eine bessere Wärmeableitung/Verteilung als einen Kupferblock draufzulöten gibts (wirtschaftlich vertretbar) nicht

Sorry für diese dumme Frage, aber wieso macht man denn das nicht? Oder meinst du damit den Heatspreader?

 

[Incredible Alk]

Sorry für diese dumme Frage, aber wieso macht man denn das nicht? Oder meinst du damit den Heatspreader?

Natürlich meine ich den Heatspreader - das ist der (bestenfalls...) draufgelötete Kupferblock^^
Da ist auch sehr viel technik dahinter dass das überhaupt geht. Silizium auf Nickel löten hält nämlich nicht. Da gibts dann aufgesputterte Goldschichten und Indiumlot und sowas dass das überhaupt geht:

...deswegen hat Intel ja zeitweise statt Lot nur Wärmeleitpaste aufgetragen was viel einfacher/billiger ist. Mit dem bekannten (heißen) Ergebnis.

 

[Pfranzy]

Natürlich meine ich den Heatspreader

Aber was bringt denn die Bodenplatte (Bild oben), (wenn man die Wärme Ableitung / Verteilung nicht so einfach verbesseren kann)?

 

[Incredible Alk]

Aber was bringt denn die Bodenplatte (Bild oben), (wenn man die Wärme Ableitung / Verteilung nicht so einfach verbesseren kann)?

Eine Bodenplatte ist dafür da, erstens die ersten 2 mm die maximale Wärmeleitung zu ermöglichen (da Vollmaterial auf sehr kurzer Strecke besser ist als Heatpipes) und zweitens die Wärme möglichst gut verteilt über maximale Kontaktfläche zu den Heatpipes (komplett ummantelt sozusagen) abzugeben.

Wie gesagt das macht meist nicht viel aus aber es ist nunmal besser. Blöderweise ists auch teurer in der Fertigung weswegen mans als Hersteller gerne weglassen würde. Das nennt man dann irgendwie fancy DirectTouch oder so und verkaufts als "Feature". Willkommen beim Marketing.

 

[flx23]

Heatpipes sind nicht dafür da Wärme besser zu leiten als Metall, sie sind dafür da Wärme in gewünschte Richtungen und über mehr als gefühlte 2 cm effizient zu leiten.

Also das mit der großen Entfernung, da stimm ich mit dir überein. Bei der Richtung ist sowohl bei Metall als auch bei der heatpipe immer von warm nach kalt. Eine heatpipe transportiert somit vom warmen Ende zum kalten Ende die Energie. Bei einem Metall verteilt sich die Energie in der Fläche, aber such immer von warm nach kalt.

Das ist so geschrieben falsch. Metalle wie Kupfer leiten Wärme hervorragend und deutlich besser als Heatpipes bzw. deren Inhalt (weswegen Kühler mit Bodenplatte oftmals besser sind als DirectTouchgedöns) - nur funktioniert das erstens schlecht über große Entfernungen und zweitens nicht richtungsgebunden.

Das Metalle besser leiten als Heatpipes wäre mir neu...
Ein Metall hat eine konstante wärmeleitfähigkeit (W/(m×K)) also Leistung pro Meter mal Temperaturdifferenz

Die wärmeleitfähigkeit einer heatpipe ist hingegen abhängig von der Länge und dem Durchmesser der heatpipe.
Da ich hier aber eine Stoffbewegung habe (Verdunstung udn kondensation des mediums in der heatpipe) ist die Leitfähigkeit deutlich besser.

Siehe auch

Die effektive Wärmeleitfähigkeit ist abhängig von der Länge und dem Durchmesser des Rohrs und kann bis zu 100 kW/mK betragen (zum Vergleich Kupfer: 0,4 kW/mK).
Quelle : https://www.elektronikpraxis.vogel.de/heatpipes-kuehlen-nicht-a-791440/

Wäre dem nicht so könnte man statt Heatpipes auch einfach Kuferstangen nutzen um die Wärme zu den kühllamellen zu transportieren

 

[Incredible Alk]

Die wärmeleitfähigkeit einer heatpipe ist hingegen abhängig von der Länge und dem Durchmesser der heatpipe.
Da ich hier aber eine Stoffbewegung habe (Verdunstung udn kondensation des mediums in der heatpipe) ist die Leitfähigkeit deutlich besser.

Hinweis: Heatpipes übertragen Wärmeenergie nicht durch Wärmeleitung (wenn man den Übergang Heatpipe außen zu Heatpipe innen mal vernachlässigt was Wärmeleitung durch Kupfer ist) sondern durch Wärmekonvektion.

Das Prinzip ist ein völlig anderes - die Quelle die das als Wärmeleitung bezeichnit ist ebenso in dieser Begrifflichkeit falsch.

Was stimmt ist, dass Heatpipes sehr viel größere Wärmemengen von A nach B transportieren können als Vollmaterial (sonst würde man sie ja nicht benutzen^^). Nur hat das halt mit Wärmeleitung im eigentlichen Sinne nichts zu tun. Die Wärmeenergie wird nicht durch einen unbeweglichen Stoff bewegt (Leitung) sondern aufgenommen, mit Stoffbewegung weitertransportiert und abgegeben (Konvektion).

Ist wie im Heizungskreislauf zu Hause - die Wärmeleitufähigkeit von Wasser ist (genau wie die des Inneren von Heatpipes) sehr bescheiden aber der Heizkörper wird trotzdem warm weil enorme Mengen an Wärmeenergie transportiert werden indem man das Wasser halt umherpumpt.

Ich weiß, über diese Definitionen kann man viel diskutieren und es ist ja auch schon so, dass in solchen Artikeln wie deinem verlinkten es leider schon falsch benutzt wird (obwohl sicherlich das richtzige gemeint ist) aber wenn man genau solche Dinge studiert hat zuckt man da automatisch unwillkürlich zusammen.

 

[Pfranzy]

Woher diese Ansicht

um nochmal sicher zu gehen ,: der Heatspraeder verteilt die wärme wirklich über die CPU ?
(Weil mich dieser Beitrag etwas verunsichert : https://www.computerbase.de/forum/threads/heatpipe-direct-touch-die-wahrheit.1136300/)

 

[Incredible Alk]

Der Heatspreader dient aus Kühlungssicht dazu, einen optimalen Wärmeübergang zum Chip selbst herzustellen und die zu kühlende Oberfläche zu vergrößern und ggf. (bei CPUs mit mehreren Chips wie Ryzen3000+ beispielsweise) mehrere kleine Oberflächen zu einer größeren zusammenzufassen.

Man sollte aber nicht aus den Augen verlieren das der Primärgrund dieses Deckels ganz simpel der mechanische Schutz der CPU ist. Eine CPU mit Heatspreader kannste übertrieben gesagt an die Wand werfen ohne das was passiert (bitte nur mit LGA-CPUs ausprobieren, bei PGA-CPUs verbeigste dir die Pins...^^), bei CPUs ohne den Deckel damals reichte ein leicht schiefes ansetzen des Kühlers (dann direkt auf der CPU) wenn man Pech hatte aus damit die CPU an einer Ecke bricht und sofort kaputt ist.

Wenn da draußen nur Kühler wären die eine planpolierte Platte als Auflagefläche hätten und nur Nutzer die die Kühler sehr gerade/handwerklich sehr gut montieren würden bräuchte man den heatspreader tatsächlich nicht. Aber dem ist nunmal nicht so - der Ottonormalmichel muss auch nen 5€ boxed-Gammelkühler schief draufdrücken können dürfen bis es klick macht ohne dass irgendwas dabei kaputtgeht...

 

[Albatros1]

Aber was bringt denn die Bodenplatte (Bild oben), (wenn man die Wärme Ableitung / Verteilung nicht so einfach verbesseren kann)?

Na ja. Einzelne Röhren flach und plan auf Dauer zu montieren ist ein großes Problem. Daher eine Grundplatte die die Röhren aufnimmt. Diese müssen dann keine plane Unterseite haben und ich habe eine stabile Basis zur Montage.
Beim AMD Werkskühler ist das zwar ähnlich, aber die Grundplatte hat Rillen die die Wärmeabfuhr behindern. Wohl auch ein Grund für die eher mäßige Kühlleistung.