Auch wenn die Anwendung des PTM 7950 von Honeywell alles andere als angenehm ist, habe ich vor alle Geräte die theoretisch „bis zum Ende“ ohne große Wartungsmaßnahmen laufen sollen damit auszustatten. In diesem Fall sogar wie es eigentlich gedacht ist, nämlich „Direct Die“, also ohne IHS (Integrated Heatspreader). Parallel dazu habe ich ein wenig mit Passivkühlkörpern auf den GPU-VRMs (die sehr heiß werden!) experimentiert, mit leider nur mäßigem Erfolg.

GPU VRMs

Die vorgesehene Kühlfläche passt gerade eben nicht auf die VRM-Komponenten der nun verbauten Nvidia Quadro 2000M, was dazu führt das diese ziemlich schnell sehr warm werden. Nicht wirklich kritisch wenn man keine Dauervollast der GPU anstrebt, bei 3D-lastigen Spielen steigen die Temperaturen jedoch unaufhörlich in unangenehme Regionen zumal das HP EliteBook 8540p nur einen Lüfter besitzt, der CPU und GPU gleichzeitig kühlen muss.

Auch in diesem Fall wäre ein bestenfalls aus Kupfer gefrästes Teil, das samt dünnem Wärmeleitpad unter der vorhandenen Kühlfläche angebracht wird und diese seitlich erweitert das Optimum. Leider habe ich weder eine passende Fräsmaschine noch das Material zur Hand. Um diese Stellen geht es:

Die schwarzen SMD-Komponenten sind die Spannungsregler (VRMs), links durch das Wärmeleitpad und die Heatpipe verdeckt. Um wenigstens etwas Wärmespeicherungskapazität aufzubauen, habe ich ähnlich wie zuvor oft bei M.2-SSDs einen improvisierten Kühlkörper* aus Aluminiumfolie gebaut und mit schwarzem PVC-Isolierband* am direkten Kontakt zur Tastatur gehindert. Platziert ist das auf vorsichtig positionierten zusätzlichen Wärmeleitpads, immerhin leitet Aluminium Elektrizität und könnte im schlimmsten Fall einen Kurzschluss verursachen:

Bis hierhin befand sich weiterhin Arctic MX-4 Wärmeleitpaste* auf dem CPU- und GPU-Die um die Differenzen der VRM-Temperaturen nicht zu verfälschen.

Temperaturunterschiede der GPU-VRMs

Die drei Werte in der Tabelle sind von links nach rechts: Minimum, Maximum und Durchschnitt. Die angegebenen Werte sind in Grad Celsius.

Wie man sehen kann wird alles trotzdem noch unangenehm warm. Es müsste ein ordentlich gestalteter Kühlkörper ergänzt werden und selbst dieser würde vermutlich keinen weltbewegenden Unterschied mehr machen, sobald die thermische Sättigung erreicht ist. Die Heatpipe und die gesamte Kühlerkonstruktion von HP kann nur eine bestimmte Wärme in einer bestimmten Zeit abtransportieren.

PTM 7950 auf CPU und GPU

Dieses Mal wieder mit vorgekühlten Pads, ich habe mir die passenden Größen aus einem mit 80 x 40 mm herausgeschnitten. Das CPU-Die des i7-840QM ist ungefähr 25 mm lang und 15 mm breit, das der GPU ca. 15 x 20 mm. Ich habe also einen 40 mm langen und 20 mm breiten Streifen mit einer scharfen Schere aus dem größeren Pad geschnitten und dann nochmal passend getrennt.

Ein geändertes Haftverhalten ist wirklich zu erkennen: Die Adhäsion auf dem CPU-Die war sofort und stark, viel besser und stärker als auf den Heatspreadern zuvor. Auf der GPU wollte das Pad dagegen nicht so richtig, evtl. waren doch noch Rückstände der Wärmeleitpaste vorhanden (Silikonöl!).

Vom Prozess habe ich dieses Mal keine Fotos gemacht, der Ablauf ist ja schon sehr gut dokumentiert. Viel interessanter dürften die Vergleichsergebnisse sein:

CPU – Temperaturen aller Einzelkerne

Die drei Werte in der Tabelle sind von links nach rechts: Minimum, Maximum und Durchschnitt. Die angegebenen Werte sind in Grad Celsius.

CPU – Kern-Maximum

Die drei Werte in der Tabelle sind von links nach rechts: Minimum, Maximum und Durchschnitt. Die angegebenen Werte sind in Grad Celsius.

GPU

Die drei Werte in der Tabelle sind von links nach rechts: Minimum, Maximum und Durchschnitt. Die angegebenen Werte sind in Grad Celsius.

Fazit

Überraschend für mich war die doch deutliche Verbesserung der CPU-Temperaturen. Natürlich war die Wärmeleitpaste auch schon einige Betriebsstunden und Jahre alt aber trotzdem. An der GPU-Temperatur hat sich nicht wirklich viel getan, die VRM-Temperaturen dieser sind leider wie zuvor in einem unerwünscht hohen Bereich. Das wird wohl so bleiben müssen.

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Auch hier soll wieder je ein Wärmeleitpad von Honeywell angewendet werden, wieder das PTM7950, wieder von AliExpress. Ich habe nicht vor das TIM dieser Mini-Server in den nächsten Jahren auszutauschen und daher liegt ein Wärmeleitpad nahe.

Dieses Mal habe ich ein 80 x 40 mm breites Pad gekauft, leicht gekühlt und auf ca. 30 mm Breite zugeschnitten. Das dann zwei mal, was ca. 20 mm Pad übriglässt – Das würde sogar noch für einen kleineren Chip reichen.

Wie man das Pad anbringt habe ich das erste Mal als ich eines verbaut habe dokumentiert, der einzige Unterschied ist das ich nun vorgekühlt habe. Das hat tatsächlich geholfen: Die erste Folie abzuziehen war um einiges einfacher. Die Haftung am Heatspreader war dafür sogar noch schlechter.

Als nächste Verbesserung würde ich also wieder vorkühlen, dann die erste Folie vom Pad abziehen und warten bis das Pad wieder Raumtemperatur erreicht hat. Dann erst würde ich versuchen die zweite Folie abzuziehen. Trotzdem ist der Prozess auch beim zweiten und dritten Mal kein Spaß.

Fotos vom Anbringen der Pads

Vergleichsmessungen MX-4 / PTM7950

Am unmodifizierten Mini-PC habe ich aussagekräftige Vergleichsmessungen mit MX-4 von Arctic und dem PTM7950 von Honeywell gemacht um die Differenz zu zeigen. Auch hier wäre Direct Die Kühlung das Optimale und nicht auf dem Heatspreader und es wurden mehrere Heiß-Kalt-Zyklen durchgeführt um das Pad auf gute Funktion zu bringen. Als Testlast habe ich Prime95 mit Small FFTs samt AVX verwendet.

Die drei Werte in der Tabelle sind von links nach rechts: Minimum, Maximum und Durchschnitt. Die angegebenen Werte sind in Grad Celsius.

Ganze 1,5°C Verbesserung im Durchschnitt durch das Pad, immerhin.

Vergleichsmessungen beider Mini-PCs mit PTM7950

Auch interessant zu sehen sind die Unterschiede beider PCs, durch den modifizierten Kühler und den offensichtlich schlechteren Anpressdruck.

Die drei Werte in der Tabelle sind von links nach rechts: Minimum, Maximum und Durchschnitt. Die angegebenen Werte sind in Grad Celsius.

Knapp 3°C heißer läuft der nicht optimal anpressende Umbau-Kühler. Da hätte ich schlechteres erwartet, damit kann ich gut leben.

Der Beitrag <h5>Mini-PC Server #9: </h5><h3><b>PTM7950</b></h3> erschien zuerst auf flohs blog.

Durch den stark modifizierten dritten Befestigungspunkt des CPU-Kühlers ist fraglich, ob der Anpressdruck ausreicht um thermisches Drosseln auszuschließen. Da ich ja zwei baugleiche Mini-PC-Exemplare habe kann ich zwischen modifiziertem und originalen Kühler gut vergleichen.

Mit der zuerst verwendeten MX-4 Wärmeleitpaste habe ich getestet ob thermisches Drosseln einsetzt, das war nicht der Fall. Da wir immer noch in einer Dachgeschosswohnung leben und die Außentemperaturen in den letzten Tagen 30°C überschritten haben waren die Messwerte eher nicht brauchbar, wenn die Ansaugluft locker 5°C wärmer ist als am Tag zuvor sind die Ergebnisse nicht aussagekräftig. Um die 84°C waren die Maximalwerte mit Cinebench R23 30 Minuten Multicore.

Andruckbild

Meine Senkkopfschraubenkonstruktion kann den ursprünglichen Anpressdruck leider nicht ersetzen:

Es ist gut zu sehen, das sich der Druckpunkt nicht mittig sondern eher nach rechts verschoben befindet was zeigt, das in der modifizierten Ecke mehr Druck nötig wäre.

Ich werde meine Konstruktion so belassen, da sich die Temperaturen nicht extrem verschlechtert haben. Optimal ist das so trotzdem nicht: Bei einem 65 Watt Modell mit stärkerem Kühler wäre diese Umsetzung eher keine Option. Ich denke ich komme gerade so noch einmal mit dem Aluminiumwinkel davon da die CPU so stromsparend ist (35 Watt).

Als nächstes ersetze ich die Wärmeleitpaste beider EliteDesk 800 G6 DM durch Honeywell PTM7950 Wärmeleitpads, um möglichst lange nicht an die Kühler zu müssen.

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PTM, also „Phase Transition Material“ ist spätestens seit 2022 im PC-Bereich ein immer wieder aufkommendes Thema. Manche Hersteller verwenden dieses mittlerweile standardmäßig in ihren Produkten (beispielsweise in bestimmten Notebookmodellen von Lenovo und in Servern).

Warum man überhaupt eine Alternative zur klassischen Wärmeleitpaste* suchen sollte macht sich besonders bei Gerätschaften mit hoher bis sehr hoher Leistungsdichte (z.B. moderne GPUs) bemerkbar: Der sogenannte „Pump-Out-Effekt“ tritt auf. Durch das zyklische Erhitzen und Abkühlen des Siliziums bzw. des IHS und des Kühlers wird durch die gleichzeitig stattfindende Ausdehnung und Schrumpfung des Materials über Zeit die Wärmeleitpaste herausgedrückt und im Ergebnis wird der Kontakt zwischen beiden Bauteilen über die Zeit immer schlechter – die Kühlleistung sinkt.

Daher auch die Empfehlung vieler mindestens einmal im Jahr die Wärmeleitpaste zu tauschen, wenn ein Gerät häufig und am Limit läuft da die Kühlleistung spürbar und messbar nachlässt. Den niedrigsten Wärmeübergangswiderstand hat Wärmeleitpaste also immer dann wenn diese frisch erneuert wurde oder kurz darauf. Danach wird die Kühlleistung graduell von Zyklus zu Zyklus immer minimal schlechter.

Auch die sonstigen Vor- und Nachteile der üblichen TIMs inklusive PTM kann man tabellarisch gut gegenüberstellen:

Einfach ausprobieren!

Ähnlich wie damals beim Flüssigmetall wollte ich dieses PTM von Honeywell schon seit ich davon las ausprobieren. Die Vorteile liegen auf der Hand:

• Kein Pump-Out
• Theoretisch kein Wartungsaufwand in der Zukunft
• Minimal bessere Wärmeübertragung als Paste
• Kein Kurzschlussrisiko bzw. hoher Aufwand wie bei Flüssigmetall (oder über Zeit angefressene Oberflächen)

Es gibt aber auch Nachteile, zum Beispiel müssen einige Temperaturzyklen durchgeführt werden um die volle Leistung zu erreichen. Das sollte allerdings das kleinste Problem sein. Die Anwendung ist auch nicht wirklich komfortabel.

Vor kurzem habe ich zwei Exemplare der 40 x 40 mm Variante günstig bei einem reputablen Verkäufer auf AliExpress* erworben. Dieses Maß passt auf die Heatspreader aller älteren und neueren Intel- und AMD-Desktopprozessoren (Aber nicht auf die großen Server- oder Workstation-CPUs!).

Das Ganze kam als Set, mit allem was benötigt wird:

Anwendungszweck, oder: Das Opfer

Ideal wäre eine Anwendung des PTM bei Direct-Die-Kühlung, also wenn der Kontakt zwischen Siliziumdie und Kühler direkt stattfindet, nicht durch einen zusätzlichen „Integrated Heatspreader“ (IHS).

Da bei Desktop- und Serverprozessoren im Normalfall immer ein IHS verbaut ist muss ich das PTM wohl oder übel erst einmal in diesem suboptimalen Fall testen:
Der Prozessor im „Küche-PC“ mit dem maximal übertakteten und luftgekühlten Intel Core i7-7700K soll das erste Opfer werden. Einmal weil ich auf das System im Ernstfall verzichten könnte und zum zweiten weil der Zugang zur Hardware im Moment sehr einfach ist. Dazu sollte ich durch den Betrieb am Spannungs- und Kühlungslimit deutliche Unterschiede sehen und messen können, trotz IHS.

Vorab sollte gesagt sein, das diese CPU vor längerem delidded, mit Thermal Grizzly Conductonaut* versehen und mit Elring Dirko HT* verschlossen wurde um die von Intel ab Werk verwendete, sehr schlechte Paste zwischen Die und Heatspreader zu ersetzen. Zum gesamten Projekt „Küche-PC“ habe ich damals eine Beitragsserie verfasst, in der auch das Delidding detailreich beschrieben wird. Hier geht es also um den zweiten Übergang zwischen Heatspreader und Kühllösung.

Im Moment ist die Hardware temporär völlig gehäuselüfterlos in einem gebrauchten Graphite Series 230T von Corsair verbaut:

Um den Thermalright Peerless Assassin 120 SE* zu entfernen musste ich das Mainboard ausbauen, es war mir einfach zu eng. Das war eine weise Entscheidung, wie sich noch zeigen wird.

Kühler entfernen und Reinigung

Nachdem der Zugriff auf alle Komponenten durch das Ausbauen des Boards wesentlich einfacher wurde, habe ich den Kühler entfernt und alle Teile zuerst trocken mit Papiertüchern und dann mit Isopropanol* (statt den mitgelieferten Tüchern) sorgfältig gereinigt:

Los gehts…

Erst einmal das PTM-Set komplett ausgepackt und das 40 x 40 mm Pad mit einer scharfen Schere etwas besser an die Maße des IHS vom i7-7700K angepasst, dann zuerst einseitig eine der mitgelieferten Abziehhilfen angebracht:

Im Anschluss habe ich eine zweite Abziehhilfe auf der gegenüberliegenden Seite des Pads angebracht, eine Folie abgezogen, vorsichtig gezielt und das Pad auf dem Heatspreader „positioniert“ – Wenn man das so sagen möchte wenn etwas einfach fallengelassen wird und dann final so kleben bleiben muss weil die Haftung direkt sehr stark und die Gefahr der Beschädigung des Pads sehr hoch ist. Dann wurde die zweite, obere Schutzfolie abgezogen, wo man an der leicht beschädigten Ecke des Pads sehen kann das dies alles andere als einfach war (Zweites Foto unten links).

An dieser Stelle wäre ein vorheriges Herunterkühlen des Pads wie vielfach empfohlen angebracht, ich wollte es absichtlich ohne versuchen. Es ging, war aber kein Spaß. Das nächste Mal werde ich das PTM für 10 – 15 Minuten vorher kühlen. Die „Löcher“ waren sichtbare Lufteinschlüsse, die ich mit einer Nadel angepiekst habe damit ich die Luft herausdrücken konnte:

Im Anschluss habe ich den Kühler wieder vorsichtig montiert, die Lüfter angebracht, eingesteckt und alles wieder zurück ins Gehäuse gebaut.

Erster Eindruck

Eigentlich wollte ich direkt inklusive dem ersten 45°C Phasenwechsel eine Aufzeichnung mit HWiNFO machen: Die Kühlleistung war aber doch einige Grad Celsius schlechter als zuvor was mehrere Bluescreens zufolge hatte sobald Volllast angelegt wurde. Zwischen 90°C und 100 °C auf dem heißtesten Kern, zuvor hab ich 90°C oder mehr nie gesehen – Bei gleichen Randbedingungen.

Also bin ich über zwei Tage hinweg nebenbei erst einmal 5 Zyklen bestehend aus folgenden Schritten abgefahren um einen sauberen „Burn-In“ zu bekommen – Es ist schließlich bekannt das die volle Kühlleistung des PTM7950 erst durch einbrennen erreicht werden kann:

• 10 Minuten Leerlauf
• 30 Minuten Cinebench R23 Multicore
• 10 Minuten Leerlauf
• 10 Minuten Prime95 ohne AVX (Overclock ist nicht AVX-stabil)
• PC ausschalten und mindestens eine Stunde abkühlen lassen

Am Ende habe ich über mehrere Stunden Prime95 ohne AVX laufen lassen, es sind dann keine Auffälligkeiten, Abstürze oder Ähnliches mehr aufgetreten. Daran sieht man wie sich die Kühlleistung verbessert aber auch wie hart an der Grenze dieser Overclock sowohl thermisch als auch spannungstechnisch ist (5.2 GHz bei Last auf 3 – 4 Kernen, 5.3 GHz bei Last auf 1 – 2 Kernen – bei knapp unter 1.40 Volt Vcore mit Luftkühlung!).

Die Unterschiede im Detail

Vor dem Umbau auf das PTM habe ich mehrere, 10 Minuten dauernde Durchläufe von Prime95 ohne AVX mittels HWiNFO aufgezeichnet, mit je 20 Sekunden Vor- und Nachlauf um auch die An- und Abstiege gut zu sehen. Nach dem Umbau und der Burn-In Phase habe ich das wiederholt. Am Ende habe ich aus je 3 aufgezeichneten Messungen die jeweils repräsentativste, durchschnittlichste herausgenommen und vergleiche hier also die verschiedenen relevanten Werte eines MX-4 Runs (Blau) und eines PTM7950 Runs (Rot). Das System wurde zuvor mindestens eine halbe Stunde warmlaufen gelassen um annähernd realistische Werte zu erreichen (Cinebench R23 Multicore, 30 Minuten).

Die Wärmeleitpaste* war zum Zeitpunkt schon einige Monate in Betrieb, hatte aber deutlich weniger als 100 Zyklen hinter sich. Wenn überhaupt sollte nicht viel Unterschied zu einer frisch aufgetragenen Paste sein, auch da das System weit entfernt von stark belastet betrieben wird. Wie man den Fotos entnehmen kann war auch noch kein nennenwerter „Pump-Out“ zu sehen (Der sowieso eher und stärker bei Direct-Die-Kühlung auftritt).

Die jetzt folgenden Gegenüberstellungen aus den Logs von HWiNFO erzeugten Grafiken habe ich mit „Log Visualizer“ erstellt:

Temperaturvergleich des ersten Kerns

Die drei Werte in der Tabelle sind von links nach rechts: Minimum, Maximum und Durchschnitt. Die angegebenen Werte sind in Grad Celsius.

Temperaturvergleich des zweiten Kerns

Die drei Werte in der Tabelle sind von links nach rechts: Minimum, Maximum und Durchschnitt. Die angegebenen Werte sind in Grad Celsius.

Temperaturvergleich des dritten Kerns

Die drei Werte in der Tabelle sind von links nach rechts: Minimum, Maximum und Durchschnitt. Die angegebenen Werte sind in Grad Celsius.

Temperaturvergleich des vierten Kerns

Die drei Werte in der Tabelle sind von links nach rechts: Minimum, Maximum und Durchschnitt. Die angegebenen Werte sind in Grad Celsius.

Temperaturen aller Einzelkerne

Die drei Werte in der Tabelle sind von links nach rechts: Minimum, Maximum und Durchschnitt. Die angegebenen Werte sind in Grad Celsius.

Temperatur der gesamten CPU

Die drei Werte in der Tabelle sind von links nach rechts: Minimum, Maximum und Durchschnitt. Die angegebenen Werte sind in Grad Celsius.

Zwischenfazit

Die Temperaturen haben sich durch die Bank leicht aber deutlich messbar und außerhalb von Toleranzen verbessert. Auffällig ist die nahezu identische Temperaturstreuung der einzelnen Kerne egal mit welchem TIM zwischen IHS und Kühler: Das Flüssigmetall* ist auf dem Die unter dem Heatspreader wohl nicht perfekt gleichmäßig verteilt, sowohl mit Paste als auch mit PTM. Selbst wenn, exakt gleiche Werte sind wohl aus verschiedensten Gründen nie erreichbar, angefangen mit der schwankenden Siliziumqualität auch innerhalb des Dies.

Weiter geht es mit Vergleichen der Leistungsaufnahme und den Lüftergeschwindigkeiten.

Leistungsaufnahme der gesamten CPU

Die drei Werte in der Tabelle sind von links nach rechts: Minimum, Maximum und Durchschnitt. Die angegebenen Werte sind in Watt.

Lüftergeschwindigkeiten (2 x 120 mm von Thermalright, PWM)

Die drei Werte in der Tabelle sind von links nach rechts: Minimum, Maximum und Durchschnitt. Die angegebenen Werte sind in Umdrehungen pro Minute.

Zusammenfassung

Da ich nicht unter Laborbedingungen teste, werden die Messwerte nicht 100% akkurat sein da ich Dinge wie Luftdruck und Raumtemperatur nicht kontrollieren kann. Trotzdem kann ich mich auf eine klare Richtung festlegen:

Selbst beim Einsatz auf einem Heatspreader ist das PTM7950 mindestens nicht schlechter als gute Wärmeleitpaste. In den vorangegangenen Messungen eher durchweg leicht besser. Natürlich gibt es auch deutlich teurere und zumindest im Datenblatt etwas bessere Wärmeleitpasten als die MX-4 von Arctic*. Aber egal welche, es ging mir primär darum Pump-Out zu verhindern und infolgedessen Wartungen an der Kühlung zu vermeiden (Außer dem regelmäßigen Entstauben).

Über mittel- oder langfristiges Verhalten des PTM kann ich natürlich im Moment keine Aussage treffen. Ebenso ist das von mir erworbene Produkt auf AliExpress mit den passenden Werten und einem echt aussehenden Honeywell-Logo versehen – trotzdem kann das enthaltenen Pad eines der mittlerweile vielen Nachahmer sein. Sehr schwierig das mit Hausmitteln zu überprüfen.

Ich persönlich bin mit dem Ergebnis zufrieden, wenn die Kühlleistung nicht nachlässt hat die Umrüstung genau das bewirkt was sie sollte. Wenn sich die Situation ergibt werde ich das PTM eines Tages auf einem sehr leistungsdichten GPU-Die anwenden, da sollten die Ergebnisse noch deutlich besser sein, besonders längerfristig.

Der Beitrag Honeywell PTM7950 – Pad statt Paste oder Flüssigmetall? erschien zuerst auf flohs blog.

In unseren „Haupt-PCs“ leisten nach vielen Jahren immer noch Nvidia-Grafikkarten aus der Pascal-Ära ihre treuen Dienste. Zum einen weil die Leistung bisher nicht so schlecht war das ein Austausch unumgänglich gewesen wäre und zum anderen weil Nvidia-Grafikkarten seit dem extrem im Preis, den Ausmaßen und im Stromverbrauch gestiegen sind.

In meinem (Floh-PC) ist eine „ASUS ROG Strix GeForce GTX 1080 Ti 11 GB OC“ verbaut.
Bei Tamy (Tamy-PC) läuft das kleinere Schwestermodell „ASUS ROG Strix GeForce GTX 1080 8 GB Advanced“ .

Die genauen Modellnummern von ASUS sind „ROG-STRIX-GTX1080TI-O11G-GAMING“ bzw. „ROG-STRIX-GTX1080-A8G-GAMING“ – Tests der Karten hier für die 1080 Ti OC und hier für die 1080 Advanced.

⧉ ASUS

⧉ ASUS

Beide Karten aktivieren erst ab ca. 55 °C die Lüfter (0 db Modus) und von da aus wird dann die Drehzahl parallel zur steigenden Temperatur erhöht, das ist allgemein eine sehr gute Funktion – Schont die Lüfter und das Gehör, nebenbei gelangt weniger Staub in den Kühler.
Außerdem laufen beide Karten bei uns mit MSI Afterburner, allerdings „nur“ mit aufs Maximum erhöhtem Power- und Temperaturlimit, damit „freier“ geboostet werden kann.

Ich wollte schon seit längerem den Versuch wagen, die Kühlung zu verbessern, insbesondere bei der 1080 Ti.
Nicht weil diese viel zu heiss wird, sondern weil mich die Lüftergeräusche selbst bei mittlerer Last zunehmend gestört haben. Eine effiziente Kühlung ist immer gut würde ich sagen.

Die Wärmeleitpaste wurde über die Jahre mehrfach gewechselt, mit Arctic MX-4*.
Generell ist neue Wärmeleitpaste immer eine gute Idee, vor allem wenn diese noch nie erneuert wurde.
Diese hat ihren Job auch gut gemacht – mich interessierte aber, ob die Kühleffizienz durch Flüssigmetall* nennenswert zu verbessern wäre.

Voraussetzungen:

Seit ich mich in das Thema Flüssigmetall eingearbeitet hatte (Delidding eines i7-7700K), wusste ich, auf was zu achten war – Die Kontaktfläche zwischen Die und Kühler sollte beispielsweise am Besten nicht reines Kupfer sein, sondern vernickelt – Um ein „Einziehen“ des Flüssigmetalls über Zeit zu verhindern.

Dieses Einziehen ist kein unumgängliches Problem, man muss den Prozess des Auftragens dann so lange mit größer werdenden Zeitabständen wiederholen bis die Kühlleistung konstant bleibt. Das Indium im Flüssigmetall reagiert einfach mit dem Kupfer und irgendwann ist die Oberfläche so durchreagiert das nichts mehr einzieht.

Nach kurzer Recherche wurde klar das der Kühler der 1080 Ti vernickelt ist und somit optimale Voraussetzungen für Flüssigmetall bildet. Bei der 1080 scheinen die Heatpipes direkten Kontakt zum Die herzustellen und auch vernickelt zu sein, im Kontaktbereich sind diese aber „glattgeschliffen“ was das Kupfer wieder teilweise zum Vorschein bringt – Nicht optimal:

⧉ Hardwareluxx

⧉ Kitguru

Flüssigmetall ist im Verhältnis zu Wärmeleitpaste ziemlich teuer, ich war erst einmal skeptisch ob sich das lohnen würde. Ich habe wie auch schon im Delidding-Projekt zuvor auf den Marktführer gesetzt, ich hatte noch einiges davon übrig:

⧉ Thermal Grizzly

Jetzt wird zerlegt…

Wie man diese Kartenmodelle genau demontiert ist problemlos im Internet zu finden.
Hier eine gute Videoanleitung die für beide Modelle anwendbar ist (Englisch):

Die Steckerchen für die Lüfter sind sehr fragil, da sehr aufpassen.

Wenn alles auseinander gebaut ist empfiehlt es sich natürlich die Bauteile gründlich zu entstauben.
Der Kühler und das GPU-Die sowie der umliegende Bereich muss gründlich mit Isopropanol* gereinigt werden.

Nun wird vorbereitet:

Als erstes muss dafür gesorgt werden, das später keine Kurzschlüsse entstehen können, da Flüssigmetall elektrisch leitfähig ist. Bei der 1080 Ti ist das am einfachsten bzw. am schönsten zu machen, da das Die auf einem Platinenträger sitzt, der mit einem Metallrahmen verstärkt ist. Bei der 1080 fehlt die Metallverstärkung:

Ich habe bei der 1080 Ti den Metallträger und bei der 1080 direkt die Platine mit Isolierband* abgeklebt, um den folgenden Auftrag von Lack zur Isolation zu erleichtern, in den roten Bereichen wurde abgeklebt:

Im Anschluss kann man mit (Nagel-) Lack* den freigelassenen Bereich sehr gut lackieren, vorsichtig muss man natürlich nahe um das Die sein, da bitte aufpassen (Gelb markiert). Es darf kein Lack auf das Die gelangen und wenn doch muss dieser gründlichst wieder entfernt werden. Man kann den Bereich auch mit Kaptonband* isolieren, das hat den Vorteil wieder entfernbar zu sein. Ich fand lackieren sicherer und habe daher das gemacht, es muss ja nicht reversibel sein.

Wenn also im nun blau markierten Bereich alle SMD-Komponenten sauber überlackiert oder abgeklebt wurden, kann das Isolierband am Besten im noch nassen Zustand des Lacks vorsichtig entfernt werden:

Jetzt sollte der Lack einige Stunden trocknen, sofern lackiert wurde.
Hier ein Beispiel wie es aussehen könnte wenn man mit Kaptonband arbeitet:

⧉ Phiarc

Endlich, das Flüssigmetall:

Jetzt kommt der eigentliche Auftrag des Flüssigmetalls, zuerst aus der Spritze ein kleinen „Ball“ in die Mitte des Dies platzieren:

⧉ Phiarc

Das wird am besten mit einem der mitgelieferten „Wattestäbchen“ vorsichtig durch kreisförmiges Reiben auf dem Die verteilt, bis es am Ende so aussieht:

⧉ Phiarc

Man spürt mit der Zeit ab wann genug eingerieben wurde und wann die Menge ausreichend ist.
Danach wird die Grafikkarte rückwärts wieder zusammengebaut und in den Rechner gesteckt.

Beobachtungen und Fazit:

Vor allem bei der 1080 Ti, aber bei beiden Karten hat sich der Einsatz des Flüssigmetalls richtig gelohnt.
Die Lüfter aktivieren sich etwas später, weil die Hitze auch passiv schon effizienter abgeführt wird.

Die größte Änderung ist das man bis ca. 75% Auslastung der GPU den Lüfter kaum hört und selbst bei Vollast doch noch 5 °C weniger Temperatur in HWiNFO zu lesen sind als mit der nicht gerade alten oder schlechten MX-4 Wärmeleitpaste zuvor.

Wenn man die Lüfterkurve gedanklich in 10 Stufen plus „Aus“ einteilen möchte lief die Karte vorher bei 75% Last auf Lüfterstufe 8, durch Flüssigmetall jetzt auf Stufe 4-5. Die Temperaturen bei Vollast haben sich etwas verbessert aber vor allem die Temperaturen im Teillastbereich unter 80% sind bedeutend besser geworden.

Ich höre in mittelmäßig anspruchsvollen Spielen (z.B. Guild Wars 2 auf höchsten Einstellungen, 2560 x 1080) die 1080 Ti überhaupt nicht mehr, da die Auslastung eigentlich nie mehr als 80-85% beträgt (dieses Spiel ist stark CPU-limitiert) und das auch nur eher selten. Meistens ist die Last im Bereich 40-60%.

Ich würde jedem der eine dieser Karten oder eine Ähnliche besitzt sofort empfehlen, diese Behandlung durchzuführen. Die Karten laufen nun schon seit mehr als zwei Jahren mit Flüssigmetall und die Kühlleistung hat sich nicht merklich verschlechtert.

Der Beitrag ASUS ROG Strix GTX 1080 und 1080 Ti – Flüssigmetallbehandlung erschien zuerst auf flohs blog.

Als einen der wichtigsten Schritte erachte ich bei diesem Projekt das Delidding des Prozessors.
Bei EKWB wird das Ganze gut beschrieben (Englisch): EKWB (archive.org)

Erstens schafft man allgemein um einiges geringere Temperaturen selbst mit originalen Taktraten und zweitens erweitert sich der Übertaktungsfreiraum dadurch enorm. Gleichzeitig sinkt die Leistungsaufnahme und die Kühlung muss weniger arbeiten.

In meiner Situation macht es Sinn, das also zuerst zu machen – bevor andere nötige Hardware angeschafft wird. Es besteht immer das Risiko, das die CPU beim Delidding irreparabel beschädigt wird und das ganze Projekt den Bach runtergeht, besser also erst einmal nichts kaufen was man später nicht mehr anderweitig wiederverwenden kann.

Was wird benötigt?

Es gibt einige verschiedene Delidding-Werkzeuge verschiedener Anbieter, um die Beschädigungsgefahr zu minimieren. Ich habe mir ein Werkzeug gedruckt und parallel ein sehr günstiges in China bestellt*, das chinesische habe ich letztendlich verwendet (Aluminium-Druckguss, stabiler als PLA). Um den Heatspreader nach dem Delidding wieder sicher aber reversibel und hitzebeständig zu befestigen, habe ich das im KFZ-Bereich sehr bekannte „Dirko HT*“ von der Firma Elring verwendet. Zum Zusammenpressen der Teile habe ich diese 3D-gedruckte Form verwendet.

Schlussendlich soll die minderwertige Wärmeleitpaste, die von Intel ab Werk verwendet wurde ja durch etwas wesentlich effizienteres ersetzt werden. Da macht dann eigentlich nur Flüssigmetall* Sinn, wenn das Maximum herausgeholt werden soll:

⧉ Thermal Grizzly

⧉ Elring

Das wird dann auch mein erstes Projekt mit dem Einsatz von Flüssigmetall werden, das hat mich zuvor schon lange interessiert – Es gab nur bisher keinen wirklich sinnvollen Anwendungszweck, außerdem ist es nicht gerade günstig. Das wird sich nun ändern.

Los gehts…

Als erstes sei erwähnt das man mit größter Vorsicht agieren sollte, an der Unterseite der CPU befinden sich viele kleine, empfindliche SMD-Komponenten die potenziell beschädigt werden könnten.

Mit der nötigen Sorgfalt legt man den Prozessor in das Delid-Werkzeug ein und schraubt bis das bewegliche Teil den Heatspreader leicht klemmt mit der Hand herein. Spätestens jetzt sollte man ganz genau kontrollieren ob die CPU passend (Richtigherum!) eingesetzt ist, genug Abstand zu allem hat und dann steckt man den mitgelieferten Inbus-Schlüssel in den Schraubenkopf und schraubt die Schraube weiter in das Werkzeug. Es sollte erst deutlich schwerer gehen und dann plötzlich leicht. Wenn dieser Punkt erreicht ist, muss man die Schraube herausschrauben, den Schieber wieder entfernen und die CPU entnehmen.

Nicht weiterschrauben wenn es leichter wurde!

Wenn man jetzt mit den Fingernägeln oder einem Kunststoffspatel vorsichtig zwischen den Heatspreader und die Platine drückt, sollte sich der Heatspreader ganz einfach abnehmen lassen.

⧉ bit-tech

⧉ TechPowerUp

Reinigung:

Nun sollte alles sorgfältig gereinigt werden. Der von Intel verwendete, vermutlich silikonbasierte schwarze Kleber ist hartnäckig. Vom Heatspreader wird dieser am besten mit einem Kunststoff- oder Holzgegenstand heruntergekratzt. Es sollte natürlich etwas verwendet werden, das weicher als vernickeltes Kupfer ist (das Material aus dem der Heatspreader besteht) um Kratzer o.ä. zu vermeiden.

Auf der Platinenseite muss man das wohl oder übel genauso machen, mit besonderer Vorsicht eben.
Ich habe das mit den Fingernägeln sehr behutsam heruntergekratzt und die verblieben Reste mit Isopropanol auf einem Papiertuch „heruntergerubbelt“.

Die Wärmeleitpaste kann man einfach wie immer mit Isopropanol* entfernen, nichts besonderes.
Wenn das Ergebnis so aussieht, ist alles gut gelaufen:

⧉ PCGH

Isolation:

Jetzt muss der Prozessor für den Einsatz mit Flüssigmetall vorbereitet werden. Also müssen alle potenziell leitenden Flächen isoliert werden, entweder mit (Nagel-) Lack* oder mit Kaptonband*.

Ich fand Lack sicherer und habe daher alle markierten Flächen mit Nagellack bestrichen:

Im Nachhinein würde ich sagen das die Isolation der vier Kontakte (grün markiert) in der Nähe des Dies mit Kapton locker ausgereicht hätte. Da dies mein erstes Projekt mit Flüssigmetall war, bin ich übervorsichtig vorgegangen.

Flüssigmetall aufbringen:

Nun kommt das eigentliche Auftragen des Flüssigmetalls.
Das wird in einer Spritze geliefert, zusammen mit Tüchern und einer Art speziellem „Wattestäbchen“.
Zuerst wird der Prozessor auf einen weichen, ebenen Untergrund gelegt und in die Mitte ein kleiner „Ball“ Flüssigmetall aufgetragen.

Dieser wird dann mit dem Wattestäbchen in kreisenden Bewegungen und etwas Druck auf dem Die verstrichen, bis das Ganze gleichmäßig verteilt ist.

Ich habe dann eine wirklich ganz dünne Linie des Dichtmittels Elring Dirko HT auf dem Heatspreader verteilt.

⧉ Phiarc

⧉ TechPowerUp

Zusammenbau der CPU:

Jetzt kann man die CPU wieder zusammensetzen, dafür habe ich das oben verlinkte, 3D-gedruckte Werkzeug verwendet. Das habe ich wie vorgesehen benutzt aber zusätzlich zu der übergeschobenen Klammer das Ganze in einem kleinen Schraubstock* etwas mehr verpresst als die Klammer das zu leisten vermochte. Im Prinzip geht aber vieles, nur ein kleiner Schraubstock mit Gummischonern sollte auch gehen.

Das Ganze muss mit Kraft über einen längeren Zeitraum zusammengedrückt werden, damit die Kleberschicht möglichst dünn trocknet um einen minimalen Abstand zwischen Heatspreader und Platine zu erzielen.

Die Verrückten von TechPowerUp haben das testweise sogar mit Sekundenkleber* zusammengeklebt, das tut weh (irreversibel!).

Das Ganze sollte nun lieber einige Stunden mehr als zu wenig zum Trocknen weggelegt werden.

Hat die CPU überlebt?

Ich hatte zu diesem Zeitpunkt nur das deutlich unterdimensionierte B250M Mainboard von Gigabyte mit passendem Sockel 1511 zur Hand. Daher musste dieses zum Testen wieder herhalten und siehe da:

Der Prozessor läuft noch. Optimal.

Ich habe dann einen 120mm Lüfter* auf die VRMs des Mainboards ausgerichtet und diesen mit voller Drehzahl pusten lassen, während die CPU über Stunden mit Prime95 Small FFTs mit AVX und AVX2 „einbrannte“.
Als Wärmeleitpaste zwischen Heatspreader und Kühler habe ich wie eigentlich immer MX-4 von Arctic* verwendet.

Natürlich drosselte das Mainboard trotz Lüfter nach ca. einer halben Stunde alle 10 Minuten den Prozessor teilweise auf unter den Grundtakt, aber was ich herausfinden wollte wusste ich nun:
Der Prozessor läuft stabil und selbst mit dem erneut wiederverwendeten, ebenfalls unterdimensionierten Alpenföhn Sella locker 20 °C kühler als zuvor. Selbst unter diesen sehr ungünstigen Umständen findet keinerlei thermische Taktdrosselung von der CPU mehr statt!

Das habe ich bei der Recherche mehrfach gelesen, Temperatursenkungen von 10 bis 30 °C (bei Übertaktung) sollen möglich sein. Es selbst aber live zu sehen war nochmal etwas anderes – So eine extreme Verbesserung habe ich davor noch nie und auch danach nie wieder gesehen und da modernere Prozessoren von Haus aus ans thermische und leistungstechnische Limit gehen vermutlich auch nie wieder.

Was tust du da, Intel?

Die echte Erkenntnis ist, das Intel (mit Absicht?) günstigere Wärmeleitpaste statt teurerem Indiumlot bei der Produktion eingesetzt hat um diese CPUs entweder zu limitieren oder um über Zeit den Effekt zu erzielen das diese immer heisser und langsamer werden, weil die Wärmeleitpaste austrocknet und zum Teil vermutlich sogar den Kontakt zwischen Die und Heatspreader verlieren wird. Seit „Ivy Bridge“ wurde Wärmeleitpaste statt Lot verwendet, bis inklusive „Kaby Lake“ also der Generation auch dieser i7-7700K entstammt.

Die Modelle FAT und SLIM der Playstation 3 von Sony wurden auf diesselbe Art technisch mit einem Mindesthaltbarkeitsdatum versehen (Wärmeleitpaste zwischen Heatspreader und Die auf CPU und GPU). Die Super Slim ist dann Direct-Die, vermutlich aus Platzgründen.

Bzgl. dieses Projekts war das ein voller Erfolg, nun wird passende Hardware gesucht um diese CPU adequat übertakten zu können.

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