Testsystem und Methodik: So testet ComputerBase AiO-Wasserkühlungen

tl;dr: ComputerBase testet AiO-Wasserkühlungen für Prozessoren mittels eines umfangreichen standardisierten Protokolls. Alle Details zur verwendeten Hard- und Software sowie zum Messablauf werden in diesem Artikel zusammengefasst.

AM4-Testsystem für Kompaktwasserkühlungen

AiO-Kühlungen werden im gleichen System getestet wie Luftkühler. Zum Einsatz kommt ein AMD Ryzen R7 1700X (Test), der große Wasserkühlungen zwar bei seinem Standardtakt nicht ins Schwitzen bringen kann, übertaktet aber nach einer leistungsstarken Kühlung verlangt.

Im Gegensatz zu den aktuellen Prozessoren von Intel verfügen AMD Ryzen noch über einen verlöteten Heatspreader, was in Lastszenarien dazu führt, dass tatsächlich die Kühlung gefordert wird: Prozessoren, die Die und Heatspreader nur mit Wärmeleitpaste verbinden, fügen an dieser Stelle einen Flaschenhals ein, welcher insbesondere beim Übertakten Grenzen setzt, bevor die eigentliche Prozessorkühlung limitiert.

Viel Platz für große Radiatoren

Auf dem MSI X370 XPower Titanium stehen dem Ryzen-Prozessor 16 GByte DDR4-RAM zur Seite. Die Asus Radeon R9 285 Strix sorgt für die notwendige Bildausgabe, was in den rein CPU-lastigen Szenarien dank im Leerlauf stillstehender Ventilatoren ohne störende Lüftergeräusche erfolgt. Dieses Testsystem findet in einem Thermaltake F51 Suppressor Platz, welches nicht nur genug Platz zum Testen von Luftkühlern, sondern auch Wasserkühlungen mit Radiatoren bis zu einer Größe von 420 mm im Deckel erlaubt.

Komponente	Typenbezeichnung
Prozessor	AMD Ryzen 7 1700X, 3,4 GHz bei 1,15 Volt und 3,8 GHz bei 1,35 Volt
Mainboard	MSI X370 XPower Gaming Titanium
Arbeitsspeicher	2 × 8 GB G.Skill FlareX DDR4-3200
Grafikkarte	Asus R9 285 Strix (semipassiv)
Massenspeicher (SSD)	SanDisk Extreme Pro 480 GB
Netzteil	be quiet! Dark Power Pro 11 850 Watt
Gehäuse	Thermaltake F51 Suppressor
Lüftersteuerung	Aqua Computer Aquaero 6 LT

Zur Belüftung des Gehäuses werden drei Ventilatoren mit 140 mm Rahmenbreite eingesetzt. Zwei Lüfter sind in der Front montiert und saugen Frischluft in das Gehäuse. Der dritte Lüfter sitzt im Heck an der I/O-Blende und befördert Abwärme aus dem System. Die Ventilatoren werden für die Tests von Wasserkühlungen ebenso wie für Luftkühler-Tests mit 800 U/min betrieben. Im Gegensatz zu einem Luftkühler ist eine Kompaktwasserkühlung zwar weniger von einem möglichen Hitzestau betroffen, doch die Spannungswandler auf dem Mainboard benötigen einen ausreichenden Luftstrom, um bei den Belastungstests nicht zu überhitzen. Zudem führt das standardisierte Testverfahren zur einfacheren Vergleichbarkeit von Luftkühlern und Wasserkühlungen.

Messungen mit Serien- und Referenzlüftern

Die Prozessorkühlungen werden sowohl mit den mitgelieferten Lüftern als auch mit Referenzlüftern getestet. Zur Montage auf der CPU wird die Wärmeleitpaste genutzt, welche die Hersteller den Kühlungen beilegen. Die Radiatoren finden unter dem Deckel des Thermaltake F51 Suppressor Platz. Um das volle Kühlpotenzial der Kandidaten zu beurteilen, wird eine Messung bei maximal möglicher Lüfterdrehzahl durchgeführt. Je Drehzahlspanne wird bei wenigstens einer und meistens noch bei weiteren Stufen die Kühlleistung ermittelt.

Kompaktwasserkühlungen sind üblicherweise für Lüfter mit einer Rahmenbreite von 120 oder 140 mm ausgelegt. Als Referenzlüfter werden deshalb je nach Möglichkeit Noctua NF-A12x25 oder NF-A14 verwendet werden. Messungen mit Referenzlüftern werden abhängig vom jeweiligen Referenzlüfter bei mehreren Drehzahlstufen durchgeführt. Sofern möglich, werden die Ventilatoren „drückend“ (Push-Konfiguration) auf den Radiatoren montiert, so dass sie Luft aus dem Gehäuseinneren ansaugen und durch die Lamellen des Radiators nach oben aus dem Gehäuse befördern.

Ablauf der Messungen

Die CPU wird mit der Software Prime95 v27.9 (Einstellung: 12K in-place FFTs) belastet, damit die Kühlung durch die Nutzung aller 16 logischen Kerne gefordert wird. Messungen werden nach einer Aufwärmphase von 30 Minuten durchgeführt. Als Messwert dient das anschließend über fünf Minuten ermittelte arithmetische Mittel der CPU-Temperatur sowie der Raumtemperatur. Resultate werden als Temperaturdifferenz in Kelvin zwischen CPU- und Raumtemperatur angegeben. Sollen die Ergebnisse übertragen werden, muss zur Temperatur im eigenen Zuhause lediglich die im Test ermittelte Temperaturdifferenz addiert werden, um die CPU-Temperatur in Grad Celsius zu erhalten.

Die Raumtemperatur wird mit einem Aquaero 6 LT von Aqua Computer mittels eines Foliensensors gemessen. Als CPU-Temperatur dient Tdie, sodass der von AMD nachträglich auf Tctl angelegte Offset von 20 K die Resultate nicht verfälscht. Die Werte sämtlicher Sensoren werden mit der Software HWiNFO64 v5.58 ausgelesen. Alle Messungen werden bei geschlossenem Gehäuse durchgeführt.

Schallpegelmessungen werden mit einem Voltcraft SL-100 durchgeführt. Um den Schalldruckpegel der Wasserkühlungen unabhängig von den Gehäuselüftern beurteilen zu können, werden die Testkandidaten bei abgeschalteten Gehäuselüftern und offener Seitenwand gemessen. Das Messgerät wird dazu lotrecht zum CPU-Kühler in 50 cm Abstand positioniert. Bei 33 dB(A) erreicht das Messintervall des Voltcraft SL-100 im Testraum die Empfindlichkeitsgrenze. Weniger als 33 dB(A) können nicht verlässlich reproduziert werden, sodass dieser Wert als Minimum dient. Der Schallpegel der Pumpe wird mit stehenden Radiatorlüftern separat gemessen, wobei das Messgerät in 10 cm Abstand von der Pumpe positioniert wird.

Standardfrequenzen und Übertaktung

Der Ryzen-Prozessor wird mit dem Standardtakt von 3,4 GHz sowie mit nachträglicher Übertaktung eingesetzt. Zur Fixierung von Spannung und Taktfrequenz wird das Tool AMD Ryzen Master eingesetzt, um durch Boost und XFR bedingte Schwankungen zu verhindern. Für die Taktfrequenz von 3,4 GHz wird eine Spannung von 1,15 Volt angelegt. Der Energieverbrauch bei synthetischer Last steigt deutlich: Während das Testsystem im Leerlauf weniger als 60 Watt aus der Steckdose zieht, klettert dieser Wert unter Prime95-Belastung bereits im Standardtakt von 3,4 GHz auf fast 160 Watt.

Da Kompaktwasserkühlungen von der CPU im Werkstakt kaum gefordert werden, werden die Messungen auch bei übertakteter CPU durchgeführt. Dazu wird die Kernspannung auf 1,35 Volt sowie die Taktfrequenz auf 3,8 GHz erhöht – im Belastungstest verbraucht das gesamte System damit stolze 230 Watt. Als Schutz des Prozessors sowie der Spannungswandler des Mainboards vor übermäßiger thermischer Belastung werden Messungen abgebrochen, sofern die CPU 90 °C überschreitet.

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