M.2-SSD-Kühler im Test: Alphacool, Aqua Computer und MSI im Vergleich

Testsystem und Methodik

Als Testsystem dient ein PC mit Mainboard von MSI, um das M.2 Shield testen zu können. Das MSI Z270 Gaming Pro Carbon (Test) fungiert als Untersatz für einen aktuellen Kaby-Lake-Prozessor von Intel. Das System kann die schnellen M.2-SSDs durch die PCIe-3.0-x4-Anbindung der M.2-Anschlüsse ausreizen.

Komponente	Bezeichnung
Prozessor	Intel Core i7-7700K
CPU-Kühler	Scythe Mugen 5
Mainboard	MSI Z270 Gaming Pro Carbon
Arbeitsspeicher	G.Skill Ripjaws 4 DDR4 2×4 GB
System-SSD	Asus RAIDR Express 240 GB (PCIe)
Netzteil	Enermax Digifanless 550 Watt
Gehäuse	Phanteks Eclipse P400S

Um ein schwieriges, aber doch realitätsnahes Szenario für SSDs und Kühler darzustellen, wird mit dem Phanteks Eclipse P400S (Test) auf ein schallgedämmtes Gehäuse gesetzt, das einen eher geringen Luftdurchsatz zulässt. Die Auslastung von Massenspeichern geht nicht zwangsläufig mit hohen Prozessorlasten einher – daher wird die Lüfterdrehzahl von Gehäuselüftern und dem Ventilator des CPU-Kühlers gering gehalten: So wie im Praxiseinsatz eine nach der CPU ausgerichtete Lüftersteuerung arbeiten würde.

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Es sind daher während der Tests nur der Hecklüfter des Midi-Towers und der Ventilator des Scythe Mugen 5 (Test) aktiv. Beide drehen langsam: knapp 400 U/min beim Lüfter des CPU-Kühlers und mit 550 U/min ein paar Umdrehungen mehr beim 120-Millimeter-Gehäuselüfter.

Software und Messungen

Zur Methodik des Tests stellt sich die Frage nach dem relevanten Parameter für die Beurteilung der Kühler. MSI hatte zu ersten Tests des M.2 Shield kritisiert, dass Messfühler zwischen Kühler und zu kühlenden Bauteilen auf der SSD als Isolator zwischen beiden Elementen wirken – angesichts der kleinen Bauteile auf M.2-SSDs ein nachvollziehbares Argument.

Temperaturmessungen auf der Oberseite eines Kühlers sind ebenfalls unzureichend, können sie doch nicht aufzeigen, wie hoch die Temperatur der SSD-Bauteile selbst aussieht. Aus diesem Grund wird eine einfache, aber sehr aussagekräftige Variable erfasst: Das Zeitintervall, das zwischen Beginn einer Lastphase für den Massenspeicher und dessen erster Drosselung vergeht.

Dabei laufen die Messungen wie folgt ab: Das Testsystem verbringt nach dem Start 15 Minuten im Leerlauf, damit die M.2-SSDs eine normale Ausgangstemperatur im geschlossenen Gehäuse erreichen. Nun wird mit dem Tool Iometer (Version 1.1.0) eine fünfminütige Lastphase durchgeführt. Die Samsung 950 Pro (256 GB) wird mit konstanten Lesevorgängen gefordert, während die Patriot Hellfire (480 GB) schreiben muss. So wird für beide M.2-SSDs die jeweils thermisch anspruchsvollste Anwendung gewählt. Zusätzlich werden die Temperaturen der Massenspeicher mit der Software HDSentinel (Version 4.60.0.0) ausgelesen.

Am Ende wird die Datenübertragung über das Messintervall betrachtet, um den Zeitpunkt der ersten Drosselung (sofern vorhanden) zu erfassen. Die Raumtemperatur beträgt während der Messungen zwischen 22 und 23 °C.

Messergebnisse

Samsung 950 Pro (256 GB)

Die Samsung 950 Pro erreicht im Testsystem eine maximale Leserate von knapp 2.300 MB/s. Diese wird für über eine Minute beibehalten, bevor die SSD mit dem Erreichen von 74 °C zu drosseln beginnt. Die Datenrate sinkt auf gut 1.700 MB/s und fällt schließlich auf circa 1.400 MB/s, wenn die Temperatur bei 75 °C ankommt. Noch wärmer wird die SSD nicht – um dies zu unterbinden, bricht die Übertragungsrate teilweise auf unter 1.200 MB/s ein. Damit arbeitet die 950 Pro im ungünstigsten Fall nur noch etwa halb so schnell wie zu Beginn der Lastphase. Nichtsdestoweniger: Bereits vor der ersten Drosselung hat die SSD schon stolze 170 GB gelesen.

Die drei Aufsatzkühler von MSI, Alphacool und Aqua Computer zögern allesamt die Drosselung hinaus. Mit dem M.2 Shield von MSI setzt die Reduktion der Datenübertragungsrate erst nach über zwei Minuten ein, und die „Abstürze“ auf unter 1.400 MB/s fehlen fast völlig. Noch besser sind die Lösungen von Alphacool und Aqua Computer. Beide verhindern die Drosselung im 5-Minuten-Intervall völlig und sorgen für fast identische Temperaturverläufe. Die Temperatur am Ende des Testdurchlaufs liegt mit der kryoM.2 micro bei 72 °C und mit dem Alphacool HDX M.2 bei 73 °C.

Die Kühlrippen der kryoM.2 micro bieten also nur einen geringfügigen Vorteil. Bei beiden Nachrüstkühlern zeigt sich, dass die Temperaturänderungen deutlich träger ablaufen, als ohne Kühler. Die SSD heizt sich langsamer auf, weshalb die maximale Leistung länger verfügbar ist – im Anschluss an die Lastphase geht die Temperatur aber auch langsamer wieder zurück. Soll die SSD also konstant am Leistungslimit arbeiten, wären beide Kühler nicht dazu in der Lage, die Samsung 950 Pro ausreichend zu kühlen. Realitätsnah wäre dies allerdings längst nicht mehr: Nach 300 Sekunden Auslastung hat die SSD fast 700 GB gelesen – mehr als das 2,5-fache ihrer Kapazität.

Direkte Belüftung und kryoM.2 evo (Samsung 950 Pro)

Zusätzlich zur kryoM.2 evo, die durch den Einsatz einer PCIe-Adapterkarte nicht direkt mit den M.2-Kühlern verglichen werden kann, wird ein weiteres Szenario getestet. In diesem Testaufbau ist die Seitenwand des Phanteks P400S geöffnet, und in etwa 10 Zentimetern Abstand zur eingesetzten SSD wird das Mainboard mit einem Noctua NF-A14 bei maximaler Drehzahl (1.500 U/min) mit Frischluft versorgt. Da eine SSD relativ wenig Strom benötigt und das Wärmeproblem nur durch das Fehlen eines Kühlers sowie mangelnden Luftstrom entsteht, sollte dieser Aufbau eine hitzebedingte Drosselung wirksam unterbinden.

Tatsächlich schlägt sich der NF-A14 als M.2-Kühler besser als die drei Nachrüstkühler, wenn man von der Lautstärke und der unpraktischen Anwendung einmal absieht. Die Samsung 950 Pro wird im gesamten Lastintervall bei unter 50 °C gehalten. Noch besser ist allerdings die kryoM.2 evo mit ihren beiden Kühlern für die Vorder- und Rückseite der M.2-SSD. Die höchste gemessene Temperatur liegt bei 41 °C, was nur 2-3 °C über der Ausgangstemperatur der SSD für die Tests im M.2-Slot liegt.

Patriot Hellfire (480 GB)

Die Patriot Hellfire ist in Sachen Kühlung anspruchsvoller als die Samsung 950 Pro. Nicht nur ist das Ausgangs-Temperaturniveau mit fast 60 °C schon deutlich höher, sondern auch die Drosselung setzt viel früher ein. Ohne Kühlung kann die Hellfire ihre maximale Schreibrate von gut 1.500 MB/s im Testsystem nur für 22 Sekunden halten, bevor die Datenrate absinkt. Die Drosselung wird bei der Patriot Hellfire nicht wie bei der SSD von Samsung in festen Stufen durchgeführt, sondern sinkt langsam und kontinuierlich, um ein Überhitzen der SSD zu verhindern.

Als erste Drosselung bei der Patriot Hellfire wird daher das endgültige Abfallen der Schreibrate auf unter 1.500 MB/s gewertet – die auch vor dem Erreichen der Temperaturgrenze von 80 °C immer wieder auftretenden kurzen Einbrüche unter diese Grenze werden nicht gewertet. Die kryoM.2 micro von Aqua Computer kann nicht auf der SSD von Patriot befestigt werden, da die Hellfire Speicherchips auf der Rückseite trägt. Als M.2-Kühler stehen somit nur das M.2 Shield von MSI sowie der Alphacool HDX M.2 zur Verfügung.

Die Kühler wirken bei der Hellfire ebenso wie bei der Samsung 950 Pro: Das Erreichen der Temperaturgrenze für die Beschränkung der Leistung wird verzögert. Das M.2 Shield verlängert das unbeschränkte Schreib-Intervall um eine Minute auf über 80 Sekunden, womit ungedrosselt gut 130 GB geschrieben werden können. Der Kühler von Alphacool erhöht diese Zeitspanne noch deutlich mehr: 4 Minuten und 6 Sekunden arbeitet die Hellfire mit voller Datenrate, bevor es zur ersten Drosselung kommt. Das entspricht mehr als 360 GB geschriebener Daten am Stück.

Gamers Nexus hatte dem MSI M.2 Shield einen negativen Effekt bescheinigt, weil die Temperatur auf der Unterseite der getesteten M.2-SSD mit dem M.2 Shield höher ausfiel als ohne den Nachrüstkühler. Was in diesem Test aber nicht berücksichtigt wurde, ist die Frage nach den Transferraten der SSD – es wurde zwar gesagt, dass die SSD im ganzen 60-minütigen Testintervall nicht gedrosselt habe, aber weder ein Gesamtresultat noch ein zeitlicher Verlauf der Datentransferraten angegeben.

Direkte Belüftung und kryoM.2 evo (Patriot Hellfire)

Beim Einsatz der Patriot Hellfire in der Aqua Computer kryoM.2 evo fehlt der Kühler für die Rückseite der SSD: Beidseitig bestückte SSDs können nur auf der Vorderseite gekühlt werden, wenn sie in der PCIe-Erweiterungskarte verwendet werden. Für die Hellfire wird ebenfalls bei offenem Gehäuse ein Test mit 1.500 U/min schnellem Noctua NF-A14 als aktive Kühlung durchgeführt.

Die kryoM.2 evo schafft es knapp, die Patriot Hellfire im 5-Minuten-Intervall vor der thermischen Drosselung zu bewahren. Viel Puffer bleibt aber nicht: Mit maximal 75 °C ist die SSD bereits kurz vor den kritischen 80 °C, die zur Absenkung der Datenrate führen. Im Vergleich dazu schlägt sich die direkte Frischluftzufuhr besser, denn die SSD wird höchstens 70 °C warm.

Fazit

Wenn SSDs per PCIe an einen PC angebunden werden, sind sie zu enormen Leistungen in der Lage. Doch kaum ist der Schwachpunkt des Datenstandards überwunden, gibt es einen neuen Flaschenhals, der die SSD-Leistung begrenzen kann: M.2-SSDs sind als kleine Steckkarten hervorragend für den Einsatz in mobilen Geräten ausgelegt. Das geht mit einer schlechten Wärmeabfuhr einher.

Mit Kühlkörpern ausgerüstet, können die SSDs ihre höchste Leistung länger beibehalten, bevor sie hitzebedingt zu drosseln beginnen. Ob dieser Fall beim durchschnittlichen Anwender überhaupt auftritt, sei dahingestellt. Fest steht jedoch, dass vom einfachen MSI M.2 Shield bis hin zur PCIe-Adapterkarte kryoM.2 evo alle Nachrüstkühler einen positiven Effekt ausüben. Ein direkt auf die M.2-SSD gerichteter Gehäuselüfter eignet sich außerdem ebenfalls als effektive Kühlung.

Wer ein aktuelles MSI-Mainboard mit M.2 Shield sein Eigen nennt, sollte beim Einsatz einer M.2-SSD auf jeden Fall darauf zurückgreifen: Das dünne Blech sorgt auf beiden getesteten SSDs für eine deutliche Verlängerung des unbeschränkten Leistungsintervalls. Der Hersteller hält mit dem M.2 Shield, was er verspricht.

Eingesetzte SSD	SSD-Kühler	Übertragene Daten / Zeit bis zur Drosselung
Samsung 950 Pro	ohne	ca. 170 GB / 74 Sekunden
Samsung 950 Pro	MSI M.2 Shield	ca. 294 GB / 128 Sekunden (+73 Prozent)
Samsung 950 Pro	Alphacool HDX M.2	keine Drosselung
Samsung 950 Pro	Aqua Computer kryoM.2 evo	keine Drosselung
Samsung 950 Pro	Aqua Computer kryoM.2 micro	keine Drosselung
Patriot Hellfire	ohne	ca. 33 GB / 22 Sekunden
Patriot Hellfire	MSI M.2 Shield	ca. 131 GB / 87 Sekunden (+295 Prozent)
Patriot Hellfire	Alphacool HDX M.2	ca. 369 GB / 246 Sekunden (+1.018 Prozent)
Patriot Hellfire	Aqua Computer kryoM.2 evo	keine Drosselung

Mit den günstigen M.2-Kühlern kryoM.2 micro von Aqua Computer für 10 Euro und Alphacool HDX M.2 für 15 Euro erhalten Anwender eine noch bessere Kühlung. Die uneingeschränkte Empfehlung geht an Alphacool, denn der HDX M.2 lässt sich nicht nur einfacher auf den kleinen Steckkarten befestigen, sondern ist auch zu allen 2280-M.2-SSDs kompatibel. Die kryoM.2 micro kann hingegen nur mit einseitig bestückten SSDs kombiniert werden.

Fehlt ein M.2-Anschluss auf dem eigenen Mainboard oder soll die bestmögliche SSD-Kühlung zum Einsatz kommen, ist die PCIe-Adapterkarte von Aqua Computer für 35 Euro eine gute Option. Die kryoM.2 evo sorgt auf beiden getesteten SSDs für die beste Kühlung – allerdings geht die Kompaktheit der M.2-Steckkarten verloren.

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