CPU-Kühler für Ryzen 5000 im Test: Testergebnisse, Messwerte und Fazit

Testsystem und Methodik

Für den Vergleich werden die drei Kühler auf den beiden CPUs Ryzen 7 5800X und Ryzen 9 5950X eingesetzt. Um ein realistisches Szenario abzubilden, werden die Prozessoren dabei in ihrer Standardkonfiguration genutzt. Der Ryzen 9 5950X wird in den Default-Einstellungen des Mainboards (Asus Crosshair VII Hero WiFi) betrieben. Diese limitieren die Leistungsaufnahme der CPU gemäß HWInfo64 auf circa 110 Watt. In denselben Standardeinstellungen lässt das Mainboard den kleineren Ryzen 7 5800X allerdings bis zu 130 Watt aufnehmen. Daher wurde für diesen Prozessor händisch im Bios die Leistungsaufnahme auf ebenfalls 110 Watt begrenzt, um beide im gleichen Leistungsrahmen zu halten. Abseits von CPU und Mainboard entspricht das Testsystem weitgehend der Konfiguration für CPU-Kühlertests und ist hier verkürzt tabellarisch zusammengefasst.

Komponente	Typenbezeichnung
Prozessor	AMD Ryzen 7 5800X bzw. Ryzen 9 5950X
Mainboard	Asus Crosshair VII Hero WiFi
Arbeitsspeicher	2 × 8 GB G.Skill FlareX DDR4-3200
Grafikkarte	Asus R9 285 Strix (semipassiv)
Massenspeicher (SSD)	Crucial BX100 500 GB
Netzteil	be quiet! Dark Power Pro 11 850 Watt
Gehäuse	Thermaltake F51 Suppressor
Lüftersteuerung	Aqua Computer Aquaero 6 LT

Für die einzelnen Tests wird der Prozessor mit Prime95 (Version 30.3) und „Small FFTs (12K, in-place)“ belastet. Nach einer 30-minütigen Aufwärmphase werden die CPU-Temperatur (Tctl) und die Taktfrequenz („Core clocks“) mittels HWiNFO über 5 Minuten ausgelesen. Das arithmetische Mittel dient als Messwert. Die Raumtemperatur wird über einen Foliensensor des Aquaero 6 LT bestimmt. Temperaturen werden in diesem Test als Differenz zwischen CPU- und Raumtemperatur ermittelt und anschließend als CPU-Temperatur normiert auf eine Raumtemperatur von 20 °C angegeben.

Die Kühler arbeiten dabei einmal bei maximaler Drehzahl, um ihre Bestleistung zu markieren. Diese wird bei den Luftkühlern mit einem zwar gut hörbaren, aber noch erträglichen Betriebsgeräusch von 39,8 dB(A) für den Freezer 34 und 40,9 dB(A) für den NH-D15 erreicht. Für die AiO von Corsair bedeutet dies jedoch im Büro deutlich zu laute 49,1 dB(A). Deshalb wird als zweite Einstellung für die Kühler zusätzlich bei reduzierter Drehzahl gemessen. 1.200 U/min für den Arctic Freezer 34 entsprechen 33,2 dB(A). Denselben Schallpegel erzeugt der Noctua NH-D15 bei 800 U/min. Für die Corsair iCUE H150i Elite Capellix stehen knapp unter 1.000 U/min als niedrigste via Corsair Commander Core einstellbare Lüfterdrehzahl auf dem Programm und entsprechen 34,3 dB(A).

Messergebnisse

Zunächst müssen die Kühler im Härtetest zeigen, was sie leisten können: Die beiden CPUs werden mit Prime95 auf allen Kernen ans Limit der elektrischen Verlustleistung gebracht. Für beide Prozessoren liegen gemäß HWiNFO 110 Watt Package-Power an. Die Ergebnisse fördern mehrere interessante Fakten zutage. Zunächst zeigt sich, dass das Ergebnis der Kühler zwischen Ryzen 7 1700X, Ryzen 7 5800X und Ryzen 9 5950X direkt übertragbar ist: Die Reihenfolge der Kühler untereinander, sowohl bei maximaler als auch bei reduzierter Drehzahl, ist hervorragend reproduzierbar. So kann sich die AiO bei hoher Drehzahl absetzen, fällt bei reduzierter Drehzahl aber auf das Niveau des NH-D15 zurück. Der Freezer 34 eSports stellt als Budget-Kühler das Schlusslicht dar, kann aber beide CPUs auch bei reduzierter Lüfterdrehzahl ausreichend kühlen.

Eine weitere Auffälligkeit ist der Temperaturunterschied zwischen Ryzen 9 5950X und Ryzen 7 5800X: Der kleinere Prozessor erreicht eine gut 20 Kelvin höhere Temperatur – trotz exakt gleicher Verlustleistung. Das ergibt sich als logische Konsequenz aus dem Aufbau der CPUs, denn während der kleinere Prozessor diese Abwärme über nur ein CPU-Chiplet abgibt, verteilt der größere Prozessor dieselbe Abwärme auf zwei Chiplets und damit die doppelte Fläche. Er macht es einem Kühler sozusagen etwas leichter.

An der Spanne zwischen höchster und niedrigster Temperatur der beiden CPUs ändert sich dadurch aber kaum etwas: 16 Kelvin Differenz beim Ryzen 9 5950X stehen 15 Kelvin Differenz beim Ryzen 7 5800X gegenüber. Nur weil der kleinere Ryzen 7 5800X generell heißer wird, heißt das also nicht, dass der Kühler deshalb weniger relevant wäre. Ein größerer Kühler wird den Ryzen 7 5800X nicht so kühl bekommen wie den Ryzen 9 5950X, aber dennoch für eine merkliche Verbesserung sorgen.

Prozessor	Temperaturspanne	Differenz	Frequenzspanne	Differenz
Ryzen 7 5800X	74,4 bis 89,4 °C	15,0 K	4.260 bis 4.142 MHz	118 MHz
Ryzen 9 5950X	53,2 bis 69,2 °C	16,0 K	3.359 bis 3.037 MHz	322 MHz

Ein Nebeneffekt optimierter CPU-Kühlung zeigt sich in den Taktfrequenzen der Prozessoren. Obwohl der Ryzen 9 5950X kühlerabhängig bei thermisch absolut unkritischen gut 50 °C bis knapp 70 °C arbeitet, liegt bei der höchsten Temperatur ein mehr als 300 MHz niedrigerer Takt an. Der Zusammenhang ergibt sich aus dem Powerlimit: Bei konstanter Taktfrequenz nimmt die Verlustleistung mit höherer Temperatur zu. Ergo muss die CPU mit steigender Temperatur ihren Takt senken, um ihr Leistungsbudget nicht zu sprengen. Dasselbe Phänomen tritt beim kleineren Ryzen 7 5800X auf, allerdings ist der Unterschied hier geringer. Zwischen höchster und niedrigster Temperatur liegen weniger als 150 MHz.

Ryzen 5000 im Temperaturlimit

Der Arctic Freezer 34 arbeitet auf dem Ryzen 7 5800X an seiner Grenze: Bei einem Powerlimit von 110 Watt kratzt die CPU bereits an 90 °C, wenn der Kühler bei gedrosselter Lüfterdrehzahl arbeitet. Würde die Raumtemperatur ansteigen oder die Leistungsaufnahme der CPU ein wenig erhöht werden, läuft der Prozessor in sein Temperaturlimit. In einem separaten Testdurchlauf ohne manuelle Einschränkung des Powerlimits dieser CPU (entspricht maximal 130 Watt, die Werkseinstellung des Mainboards für diese CPU) muss die Kombination aus Ryzen 7 5800X und Arctic Freezer 34 eSports deshalb zeigen, was in diesem Fall passiert. Als weiterer Vergleich muss sich der NH-D15 im gleichen Parcours beweisen.

Bei einem Powerlimit von 130 Watt bremst sich der Prozessor mit dem Arctic Freezer 34 eSports nach wenigen Minuten auf knapp 120 Watt ein, weil die CPU-Temperatur die 90 °C überschreitet. Das läuft sanft und im Hintergrund ab. Der Prozessor reduziert schrittweise seine Taktfrequenz, um seine elektrische Verlustleistung kontinuierlich so weit zu reduzieren, bis die Temperatur nicht mehr weiter steigt. Bei 90,4 °C pendelt sich der Prozessor ein. Hardware-Defekte oder Systemabstürze treten dabei nicht auf: Es wird im Hintergrund lediglich an der Stellschraube der elektrischen Verlustleistung gedreht, um eine Überhitzung zu vermeiden.

Mit dem Noctua NH-D15 bleibt das thermisch bedingte Drosseln der Leistungsaufnahme aus, der Prozessor steht aber mit knapp 89 °C kurz davor: 130 Watt mit einem Ryzen 7 5800X laufen heiß – das verhindert auch kein Doppelturm-Luftkühler.

Temperaturverhalten bei 1-Kern-Last

Bei maximaler Last auf dem Prozessor verhalten sich die beiden CPUs thermisch wie erwartet. Doch was geschieht, wenn lediglich ein Kern ausgelastet wird? Dazu wird die CPU wieder mit Prime95 belastet, allerdings nur auf einem Thread. In dieser Messreihe werden die Prozessoren also nicht von ihrer maximalen elektrischen Verlustleistung begrenzt. Entsprechend höher fällt die Taktfrequenz aus: Anstelle von knapp über 3 GHz beim Ryzen 9 5950X und knapp über 4 GHz beim Ryzen 7 5800X liegen nun bei beiden Prozessoren circa 4,6 GHz an.

Die 1-Kern-Last hat interessante Effekte auf die CPU-Temperatur. Während der große 16-Kerner in diesem Testdurchlauf wärmer wird als bei Last auf allen Kernen, bleibt der kleinere Ryzen 7 5800X kühler als unter maximaler Last. Auch dieses Ergebnis lässt sich durch den Aufbau der Prozessoren erklären: Beim Ryzen 9 5950X entwickelt sich bei 1-Kern-Last ein Hotspot beim belasteten Kern, der für eine punktuell höhere Temperatur sorgt als bei der gut verteilten Abwärme im Mehrkern-Lastszenario. Bei Mehrkern-Last muss die Leistungsaufnahme pro Kern deutlich geringer sein als im 1-Kern-Szenario, da bei 16 Kernen das globale Powerlimit die Grenze markiert.

Umgekehrtes gilt für den Ryzen 7 5800X, denn bei nur 8 anstelle von 16 Kernen fällt der Hotspot bei 1-Kern-Last relativ zum Mehrkern-Belastungstest nicht so drastisch aus wie beim 16-Kerner. Entsprechend nähern sich die Temperaturen der CPUs an, wobei der Ryzen 7 5800X nach wie vor hitzköpfiger als sein größerer Bruder bleibt: Seine Temperatur ist im Schnitt knapp 10 Kelvin höher. Ob dies am grundsätzlichen Aufbau der Prozessoren liegt, durch das Binning der CPU-Chiplets zustande kommt oder schlicht dem Zufall der Silizium-Lotterie geschuldet ist, bleibt an dieser Stelle allerdings ungeklärt.

Die Taktfrequenz der CPUs zeigt sich im Teillast-Szenario von den unterschiedlichen Temperaturen unbeeindruckt. Der Unterschied zwischen niedrigster und höchster Temperatur bedeutet für beide Prozessoren eine Differenz von weniger als 50 MHz. Ebenso fällt der Einfluss der Lüfterdrehzahl sowie des Kühlers an sich auf die CPU-Temperatur kleiner aus. Die geringere Abwärme des Prozessors im 1-Kern-Szenario fordert die Kühler nicht ausreichend, um für die aus dem Mehrkern-Szenario bekannte Spreizung der Ergebnisse zu sorgen. Lediglich knapp 5 K beim Ryzen 9 5950X und 10 K beim Ryzen 7 5800X liegen zwischen 360-mm-AiO bei maximaler Lüfterdrehzahl und kleinem Tower-Kühler mit moderater Drehzahl.

Fazit

Was folgt als Resultat aus den Messungen mit AMDs Ryzen-5000-CPUs und drei exemplarischen Vertretern verschiedener Kühlergrößen? Zum einen zeigen sich alle Kühler den Prozessoren gewachsen. Ob es nun ein Exemplar der 30-Euro-Klasse in Kombination mit einem hitzköpfigen Ryzen 7 5800X oder eine knapp 200 Euro teure AiO auf dem deutlich kühleren Ryzen 9 5950X ist: Alle Konfigurationen funktionieren innerhalb sinnvoller Leistungsgrenzen tadellos. Zum anderen profitieren die Prozessoren aber auch messbar von besseren Kühlern, denn vor allem der Ryzen 9 5950X wird nicht nur kühler, sondern legt im Extremfall bis zu 10 % mehr Takt an. Ohne Übertakten und andere Spielereien im Bios, sondern rein durch die niedrigere Temperatur.

Während dieser Extremfall im Alltag zwar kaum auftaucht, sollte die Kühlung dennoch nicht unterschätzt werden. Sommerliche Temperaturen wirken sich auch auf die Hardware aus, denn die (nach unten hin) erreichbare CPU-Temperatur skaliert direkt mit der Raumtemperatur. Längere Dauerlast-Szenarien mit einem kleinen Kühler werden dann zur Herausforderung, vor allem auf dem von Haus aus wärmeren Ryzen 7 5800X. Wer seinen Rechner allerdings nicht gerade stundenlang Primzahlen berechnen lässt, ist auch mit einem Single-Tower mit 120-mm-Lüfter ausreichend bedient, solange nicht nach dem letzten Quäntchen Taktsteigerung gesucht wird.

Unmittelbare Angst vor Hardware-Defekten durch CPU-Überhitzung ist übrigens nicht angebracht: Im Zweifel reduzieren moderne Prozessoren ihren Takt und ihre Leistungsaufnahme, bevor es zu Schäden kommt. Eine künstliche Leistungsbremse durch mangelhafte Kühlung sollte selbstredend aber vermieden werden.

Es kommt wie immer darauf an

Eine eindeutige Kühler-Empfehlung kann es also nach wie vor nicht geben. Zu schwachbrüstig sollte eine Kühllösung nicht sein, aber der größte Doppelturm-Kühler für einen Gelegenheitsspieler muss ebenfalls nicht sein. Als Schlusswort kann daher eigentlich nur festgehalten werden, dass die Kühlung nicht unterschätzt werden darf, ihr aber auch nicht zu viel Aufmerksamkeit geschenkt werden muss. Wer schon weit über 300 Euro für eine CPU ausgibt, sollte beim CPU-Kühler nicht den letzten Euro zweimal umdrehen. Zwischen 30 und 50 Euro sollten dann für einen ordentlichen Tower-Kühler eingeplant werden. Aktuelle Kühlertests helfen bei der Entscheidung. Wer für einen Luftkühler aber gleich 80 Euro oder mehr als 150 Euro für eine AiO ausgibt, hat dafür entweder einen handfesten Grund oder macht das schlicht aus demselben Impuls heraus, aus dem überhaupt ein Gaming-PC angeschafft wird: Weil es Spaß macht.

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