Professionelles Konzept
zur Belüftung und Kühlung
eines Computers [2] [1]

Core 2 Duo 2400 -- Asus P5B deluxe


Meine erfolgreichen Konzepte behalte ich bei, wie zu sehen ist:

Kalte, gefilterte Außenluft strömt in das Gehäuse. Die Luftsäule (12 cm) zielt genau auf den passiven CPU-Kühler,
umströmt ihn aber absichtlich auch an allen Seiten. Nicht zuletzt wegen der engstehenden Lamellen des Kühlers,
der deshalb einen relativ hohen Durchströmungswiderstand hat. Der langsam drehende Netzteillüfter (12 cm)
zweigt für sich ein wenig kalte Luft ab. Auf der Southbridge befindet sich ein nicht serienmäßiger Zalman-Kühler.
Die Grafikkarte bildet eine Barriere und hat einen fast lautlosen Zalman-Kühler.

Das obere Lochraster über dem CPU-Kühler ist von innen transparent luftdicht verschlossen.
Kalte Luft strömt vorne in der unteren Hälfte aus (um +5°). Der Strömungswiderstand ist dort recht hoch,
so daß der Hauptluftstrom andere Wege nimmt.
Sehr viel angewärmte Luft tritt aus dem unteren Lochrasterfeld heraus (um +8°).
Etwas weniger und etwas wärmere Luft tritt aus den durchlöcherten Slot-Blechen nach hinten heraus (um +11°),
wird aber fast gar nicht von der Filterröhre angesaugt, wegen starker Verteilung sofort nach Austritt.
Über der Filterröhre bläst das Netzteil (BeQuiet 600 W) etwas angewärmte Luft heraus (um +8°).

Meßwerte
Asus P5B deluxe; Core 2 Duo 2400;  Kühler: Thermalright Ultra90-775, ohne Fan
Gehäuselüfter 12 cm, 2200 U/min
3 h nach ArcticSilver5;  Ta= 18.6 °C
Vcore_leer= 1.14 V,  Vcore_last= 1.28 V
Belastung durch Prime95: 2 x 900 MB RAM / 1 x 1800 MB RAM
Temperatur-Ort
 CPU-Last [%]
 Temperatur [°C]
bei 1550 U/min
 Temperatur [°C]
bei 2200 U/min
CPU
 100
 54  (53-54)
 47  (47-49)
Board
 34
 30
GPU
 47
 44
CPU
 0
 32
 29
Board
 30
 27
GPU
 44
 41
CPU
 50
 47  (47-48)
Board
 32
GPU
 46
Lasttemperatursprung ~3.5 °C pro CPU (je «32.5 W)
Spannungstemp.sprung ~4 °C (1.14;1.28)
Prime verursacht kleine Schwankungen, je nach FFT.

Bis etwa 25°C Raumtemperatur, bei geringer Lüfterdrehzahl und gleichzeitiger absoluter Vollast
braucht man sich keine Sorgen um die Temperaturen zu machen.
Bei Ta=40°C und hoher Lüfterdrehzahl und Vollast ist man m.E. an der normalen Spezifikationsgrenze der CPU.

Durch einen vollen Lastsprung steigt die Chip-Temperatur innerhalb von Zehntelsekunden um 7...8°C.
Die Kernspannung wird dabei von 1.14 auf 1.28 Volt erhöht, was weitere 4°C sofort addiert.
Im Verlauf einiger Sekunden steigt die Temperatur um weitere 3...5°C an.
Während einiger Minuten gibt es einen Anstieg um weitere 4...5°C.
Innerhalb von 30...40 Minuten erhöht sich die Temperatur um weitere 2...3°C.

Zugeordnet sind hier die Wärmekapazitäten von Chip, CPU-Gehäuse, Kühler und dem Drumherum im Gehäuse.
Der Wärmewiderstand Chip -> CPU-Gehäuse dürfte bei etwa 0.15 °C/W liegen.
Etwa 0.08 °C/W beträgt wohl der Wärmewiderstand der Wärmeleitpaste zum Kühler hin, wobei dieser
begünstigt wird von der wesentlich größeren Fläche des Heatspreaders im Vergleich zur Chip-Fläche.

Die Angaben von Intel zum Thermal Design sind sehr auf Sicherheit und Lebensdauer ausgelegt.
So soll die Gehäuseoberfläche im Zentrum nicht mehr als 60.1°C betragen bei Vollast.
(Die Kristalltemperatur Tj ist dabei natürlich höher, um ~7°C.)
Allgemeine Angaben sprechen von 90...110°C Chip-Temperatur je nach Chip und inklusive HotSpots.

Die Grenze (Defektschutz) der Nvidia-GPU liegt offenbar bei 130°C.
Allgemein dürfen Halbleiter im Kunststoffgehäuse bis Tj=150°C gehen (Metall: Tj<=200°C).

Im AsusProbeII ist die Warnschwelle auf 60°C voreingestellt. Sie ist bis 92°C erhöhbar.


Die Temperaturdifferenzen auf dem Chip (HotSpots) steigen mit der abgegebenen Wärmeleistung,
unabhängig von der Temperatur des Heatspreaders, also egal, wie gut gekühlt wird.

Ein Lüfter bläst eine recht gut konzentrierte Luftsäule ab.
Jedoch er saugt die Luft an seiner anderen Seite aus sämtlichen Richtungen an - völlig diffus.
Aus diesem Grund kann auch der Lüfter bei diesem Netzteil nicht umgedreht werden.
Ebenso würde die in das untere Lochrasterfeld eintretende Luft -wenn der Gehäuselüfter herausbliese- nicht etwa
die Steckkarten kühlen und auf das Mainboard prallen; das würde sie nur tun, wenn das Mainboard durchlöchert
wäre und dahinter ein Lüfter ansaugte.

Die Konstruktion mit dem CPU-Turmkühler hat auch gute Notlaufeigenschaften, wenn der Gehäuselüfter stehenbleibt.
Der Netzteillüfter würde dann allmählich schneller drehen und für ausreichenden Durchsatz sorgen, bei normaler
Arbeitslast der CPU.

Eine Luftleitpappe von der linken Kante des Gehäuselüfters zur obersten Lamelle des CPU-Kühlers bevorzugt die
CPU und läßt sie um 3° kühler sein, benachteiligt aber die Boardtemperatur, die damit um 3° höher liegt.
Ich würde nur hier -an einer der vier möglichen Seiten- eine solche verengende Luftleitung vornehmen.

Bestimmte Einstellungen im Programm Prime95.exe lassen die CPU noch um 3° wärmer werden.
Wirkliche maximale Vollast ist also mit Vorsicht zu behandeln. Die erste Temperatursteigerung um +15°C
ist unabänderlich, da durch den inneren Rth Chip<->Heatspreader gegeben.

Die Flüssigmetall-Kühlmittel von Coollaboratory würde ich bei den relativ geringen Wärmeleistungen hier,
(noch) nicht verwenden. ArticSilver5 finde ich von der Konsistenz her am besten. Die ist wie klebriger Honig aus
dem Kühlschrank, verhindert jegliche mechanische Spannung und koppelt Vibrationen ab.

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