Kühlung für Threadripper im Test: TR4-Luftkühler für 32 CPU-Kerne im Vergleich

Testsystem und Methodik

TR4 bietet CPUs mit einer TDP von bis zu 250 Watt. Folglich wird für einen Kühlertest an der Belastungsgrenze eine CPU ebendieser Klasse genutzt: Der AMD Ryzen Threadripper 2990WX ist das aktuelle Flaggschiff der TR4-Plattform und bietet stolze 32 Kerne. Als passender Unterbau steht das MEG X399 Creation von MSI bereit, das im üblichen Kühler-Testsystem Platz findet. Sofern im Folgenden nicht abweichend beschrieben, entspricht diese Methodik dem für die Threadripper-Kühlertests angewendeten Prozedere.

Komponente	Typenbezeichnung
CPU	AMD Threadripper 2990WX
Mainboard	MSI MEG X399 Creation
RAM	G.Skill TridentZ 4x8 GB
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

AMD bietet für Ryzen (Threadripper) diverse automatische Boost- und Übertaktungsfunktionen an. Im Alltag sind diese sinnvoll, denn sie sorgen für mehr Leistung, ohne dass der Endanwender selbst an der Taktschraube drehen muss. Für einen Kühlertest sind sie allerdings unpassend, da der Boost-Takt und damit die Verlustleistung von der CPU-Temperatur beeinflusst werden. Die CPU-Temperatur als Messgröße soll keinen Einfluss auf die Taktfrequenz haben, weshalb über die Software „AMD Ryzen Master“ Profile mit fixierter Taktfrequenz und Spannung angelegt und für Belastungstests genutzt werden.

Bezeichnung	Einstellung	Energieverbrauch
Standard	3,0 GHz bei 1,0 V	ca. 190 Watt (CPU Package Power, HWInfo) / 320 Watt (Steckdose)
OC Profil 1	3,5 GHz bei 1,15 V	ca. 270 Watt (CPU Package Power, HWInfo) / 440 Watt (Steckdose)
OC Profil 2	3,7 GHz bei 1,25 V	ca. 340 Watt (CPU Package Power, HWInfo) / 560 Watt (Steckdose)
OC Profil 3	4,0 GHz bei 1,3 V	ca. 385 Watt (CPU Package Power, HWInfo) / 625 Watt (Steckdose)

Als Belastungstest kommt Prime95 zum Einsatz, das die CPU bei „12k in-place FFTs“ für 30 Minuten aufheizt, bevor anschließend über 5 Minuten das arithmetische Mittel aus CPU- und Raumtemperatur gemessen wird. Im Standard- und OC-Profil 1 bleibt das Gehäuse geschlossen; in den beiden höheren Profile wird hingegen bei geöffneter Gehäuseseitenwand gemessen, um die VRM-Kühlung zu unterstützen. Das Gehäuse verfügt über zwei 140-mm-Lüfter in der Front und einen 140-mm-Lüfter im Heck. Diese laufen bei 1.000 U/min (Standard) oder 1.200 U/min (alle OC-Profile).

Um die Spannungswandler des Mainboards vor Überhitzen zu schützen, wird für die OC-Profile ein 120-mm-Lüfter im Gehäusedeckel angebracht, der bei 1.500 U/min (OC-Profil 1) bzw. 2.000 U/min (OC-Profil 2) arbeitet und auf den Kühlkörper der VRMs gerichtet ist.

Resultate im Basistakt

Im Belastungstest müssen die Kühler zeigen, ob sie 32 Rechenkernen bei einer Taktfrequenz von 3,0 GHz gewachsen sind. Die Frequenz entspricht dem Basistakt des Threadripper 2990WX: In den meisten Lebenslagen liegt beim Endanwender ein höherer Takt an. Für den Test wurde bewusst ein konservatives Profil ausgewählt, um die Kühler in einer möglichst großen Drehzahl-Bandbreite messen zu können, ohne Durchläufe bei niedrigem Schalldruckpegel wegen zu hoher CPU-Temperaturen abbrechen zu müssen.

Die Messdaten werden primär als Temperaturdifferenz zwischen CPU- und Raumtemperatur über den Schalldruckpegel des Kühlers dargestellt. Dadurch können Einflüsse wie Rahmenbreite und Anzahl der Lüfter ausgeklammert werden, die eine Auswertung des Kühlvermögens über die Lüfterdrehzahl verzerren würden. Diese Werte werden der Vollständigkeit halber zusätzlich gezeigt. Die Temperaturdifferenz wird in Kelvin angegeben und kann zum Übertragen auf den heimischen Rechner einfach auf die Raumtemperatur in °C addiert werden, um die CPU-Temperatur in °C zu erhalten. In dieser Darstellung sind Kühler besser, je niedriger (kühler) und weiter links (leiser) sich ihre Kurven im Diagramm befinden.

Alle vier Kühler zeigen sich dem 32-Kern-Threadripper gewachsen: Am besten schneidet wenig überraschend der einzige Doppelturm-Luftkühler mit zwei Lüftern ab. Der be quiet! Dark Rock Pro TR4 schafft eine gute Mischung aus leisem Betrieb und effektiver Kühlung. Interessant wird es auf dem zweiten Platz, denn der Noctua NH-U14S ist der einzige Single-Tower im Testfeld. Dennoch schlägt er sich beachtlich und kann mit einem zweiten NF-A15-Ventilator zum Dark Rock Pro TR4 aufschließen.

Auf den Plätzen 3 und 4 landen Thermalright und Cooler Master. Der Silver Arrow TR4 muss seine beiden Kühltürme mit nur einem Ventilator belüften, der zudem nicht gerade ein Leisetreter ist. Deshalb hält er den Leistungsrekord, mit einer Temperaturdifferenz von 34,4 Kelvin zwischen CPU- und Raumtemperatur führt er das Testfeld ganz knapp an. Dabei erzeugt er aber einen absurd hohen Schallpegel von 51,2 dB(A).

Großer Kühler und kleiner Lüfter

Der Wraith Ripper von Cooler Master kämpft mit der Tatsache, dass nur ein kleiner 120-mm-Ventilator für einen 1,6 kg schweren Doppelturm-Luftkühler genutzt wird. Das hat zur Folge, dass der Lüfter hohe Drehzahlen und damit ein lautes Betriebsgeräusch für gute Kühlleistungen benötigt. Im Leistungsdiagramm macht sich das durch die nach rechts verschobene Kurve bemerkbar: Die minimalen 34,7 dB(A) entsprechen nicht etwa dem niedrigsten Betriebsgeräusch des Wraith Ripper, sondern der niedrigsten Drehzahl, ab der der Kühler die CPU ausreichend kühlen kann.

Spannungswandler am Kochen

Auf Mainstream-Plattformen vernachlässigbar, doch im HEDT-Bereich zunehmend wichtig ist die Kühlung der CPU-Spannungswandler. Bei leistungsfähigen Grafikkarten werden diese Bauteile bereits mit in die aktive Kühlung eingebunden, aber beim Prozessor müssen passive Kühler aus Aluminium ausreichen. Wenn ein Prozessor nur 100 Watt und weniger verbraucht, ist das auch kein Problem; ein Threadripper liegt jedoch deutlich über diesem Energieverbrauch. Je nach Aufbau eines Luftkühlers unterscheidet sich die Luftströmung im Bereich des CPU-Sockels, die am Ende maßgeblich für die VRM-Temperatur verantwortlich ist.

Im Diagramm werden die Temperaturdifferenzen zwischen der vom Mainboard gemeldeten VRM- sowie der Raumtemperatur angezeigt. Als Messpunkt wird der Durchlauf angezeigt, bei dem der Schalldruckpegel in etwa 35 dB(A) entspricht. Nur beim NH-U14S mit zweitem Lüfter wird davon abgewichen, um den Einfluss des zusätzlichen Lüfters bei gleicher Drehzahl zu erkennen.

Bei dieser Darstellung fällt zunächst auf, wie stark die VRM-Temperatur von der Lüftergröße abhängt. Sowohl beim Cooler Master Wraith Ripper als auch beim Thermalright Silver Arrow TR4 in der Referenzbestückung kommen Lüfter mit 120 mm Rahmenbreite anstelle von 140 mm zum Einsatz, bei letzterem sogar gleich drei Ventilatoren. Diese Lüfter bedecken die Radiatoren der Kühler vollständig, sodass Luftbewegung fast ausschließlich durch den Kühler stattfindet und wenig Luftbewegung im Bereich des CPU-Sockels besteht – die VRM-Temperaturen steigen an.

VRM-Temperaturen hängen außerdem von weiteren Randbedingungen wie dem PC-Gehäuse sowie von Anzahl, Installationsort, Drehzahl und Größe der Gehäuselüfter ab. Das Resultat dieser Messungen kann also nicht direkt auf andere Systeme übertragen werden, gibt aber bereits Hinweise darauf, wie gut ein Prozessorkühler die VRM-Kühlung unterstützen kann. Die mit dem Wraith Ripper maximal erreichten 103 °C der Spannungswandler zeigen, dass ein Blick auf die VRM-Kühlung bei einem großen Threadripper unter andauernder Volllast angebracht ist, selbst wenn die CPU nicht übertaktet wird.

Ergebnisse mit übertakteter CPU

Neben den ausführlichen Messungen im Standardtakt müssen sich die Kühler zudem dem Threadripper 2990WX bei Übertaktung stellen. Insgesamt drei Profile mit sukzessive steigendem Takt und damit auch höherer Leistungsaufnahme werden jeweils bei maximaler Lüfterdrehzahl getestet. Volle 4 GHz bei 1,3 Volt Kernspannung schafft allerdings keiner der Luftkühler – darauf wird im zweiten Teil des Threadripper-Kühlertests mit Wasserkühlungen genauer eingegangen.

Eine leichte Übertaktung, die laut HWInfo einer CPU-Package-Power von circa 270 Watt entspricht, schaffen alle Luftkühler. Der Cooler Master Wraith Ripper ist damit aber am absoluten Limit, denn bei über 87 °C fängt die CPU an, einzelne Kerne auf 550 MHz zu drosseln, um die Temperatur nicht noch weiter steigen zu lassen. Der Wraith Ripper lag in diesem Test bei 85 °C. Der Thermalright Silver Arrow schlägt sich zwar gut, ist aber bei voller Lüfterdrehzahl über 50 dB(A) laut, während beispielsweise der Kühler von be quiet! bei entspannten 36 dB(A) verbleibt.

Überraschend gut schneidet der NH-U14S von Noctua ab. Während er sich im Standardprofil und bei maximaler Drehzahl sowohl dem Dark Rock Pro TR4 als auch dem Silver Arrow TR4 geschlagen geben muss, bekommt ihm die höhere Abwärme besser als den beiden anderen Kühlern. Dieses Verhalten ist unerwartet, konnte aber durch eine wiederholte Montage und Messung bestätigt werden: Der beste Luftkühler zum Übertakten von Threadripper ist der einzige Singletower-Luftkühler im Testfeld. Noch etwas besser schneidet er mit einem zweiten Lüfter ab, denn so schafft er mit Mühe und Not sogar das zweite Übertaktungsprofil, bei dem gut über 300 Watt abgeführt werden müssen. Alle anderen Luftkühler sind dazu nicht mehr in der Lage und auch wenn der NH-U14S diesen Belastungstest gerade noch schafft: Bei einer so hohen Abwärme ist das Leistungslimit eines Luftkühlers erreicht. Es wird nach einer ausgewachsenen Wasserkühlung verlangt.