Vergleichstest: CPU-Kühler für den semi-passiven Silent-Betrieb

Besonders große CPU-Kühler müssen nicht zwingend in Kombination mit einem eigenen Lüfter betrieben werden. Sie können sich teilweise hervorragend für den semi-passiven Betrieb eignen, bei dem allein die Gehäuselüfter für den nötigen Luftdurchsatz sor...

Als Indikator für die auf einem Prozessor einzusetzende Kühllösung dient die sogenannte "Thermal Design Power" (TDP). Lässt man einmal den High-End-Bereich außen vor, ist dieser Wert in den letzten Jahren im Hinblick auf CPUs aus der (gehobenen) Mittelklasse kontinuierlich gesunken.

Natürlich kann die Angabe letztlich weder als absoluter Bezugspunkt für die Wärmeentwicklung (und somit Kühlbarkeit) noch für den Stromverbrauch eines Prozessors gelten. Aber als ansatzweise Richtungsangabe taugt die TDP allemal.

Stromsparen ist in und daher bieten uns auch die Prozessorhersteller zunehmend sparsamere Modelle an, bei denen man keine oder nur sehr geringfügige Leistungseinbußen gegenüber den regulären Editionen hinnehmen muss.

Gerade Intel verfügt aktuell über ein breites Angebot an schnellen und voll Gaming-tauglichen Quad-Core-CPUs, deren offizielle TDP-Angaben auf 35, 45, 65 oder 84 Watt lauten.

Das hat dazu geführt, dass mittlerweile einige Anwender auf semi-passiv gekühlte PC-Systeme umgestiegen sind, bei denen allein die im Gehäuse verbauten Lüfter die Beatmung des Kühlkörpers auf dem Prozessor übernehmen. Ob das in letzter Konsequenz wirklich sinnvoll ist, muss jeder für sich entscheiden.

Ein Systems mit einem semi-passiv gekühltem Prozessor aufzubauen ist in jedem Fall spannend - und unter Umständen reicht diese passive CPU-Kühlung auch vollkommen aus.

Noch ein kleine Begriffserklärung: Wenn wir hier von "semi-passiv" reden, dann meinen wir einen Kühler ohne eigenen Lüfter, der nur durch die Gehäuselüfter mit Frischluft versorgt wird. Von einer komplett passiven Kühllösung würden wir bei einem System sprechen, in dem nicht einmal Gehäuselüfter verbaut sind. Aber im eigentlichen Sinne des Wortes ist der CPU-Kühler selbst natürlich passiv.

Aus der Kühlleistung eines CPU-Kühlers im semi-passiven Betrieb lässt sich auch direkt ableiten, wie gut dieser mit einem sehr langsam drehenden Zusatzlüfter von beispielsweise 500 U/min und weniger harmonieren würde. Denn durch einen solchen leisen Lüfter für den CPU-Kühler kann die Drehzahl der Gehäuselüfter eventuell weiter reduziert und das System somit in seiner Gesamtheit nahezu unhörbar leise betrieben werden - wenn man denn in entsprechend hochwertige und laufruhige Lüfter investiert. Diejenigen, die sich in der bereits ab Werk im Gehäuse montiert finden, taugen meist nicht als Leisetreter.

Eine Faustregel für semi-passive CPU-Kühlung kann nicht formuliert werden; dazu hängt das Ergebnis letztlich zu sehr von der allgemeinen Belüftungssituation im Gehäuse, von möglichen zusätzlichen Hitzequellen und schließlich auch von der CPU selbst ab. Trotz vermeintlich gleicher TDP-Angaben können die Unterschiede nämlich so erheblich sein, dass man für ein bestmögliches Ergebnis die Betriebsspannung der CPU von Hand reduzieren muss, um ein stabiles Optimum auszuloten.

Um dies zu verdeutlichen, bieten wir zum Launch unseres Specials zur semipassiven CPU-Kühlung, das in den kommenden Wochen und Monaten um zusätzliche Prozessorkühler erweitert werden wird, auch gleich Messungen auf zwei Prozessoren der vermeintliche gleichen TDP-Klasse an:

  • Mehr Machbarkeitsstudie als sinnvolle Wahl ist der Intel Core i5-4670K. Niemand wird ernsthaft mit dem Gedanken spielen, hier den nach oben offenen Multiplikator der CPU zu nutzen - semi-passive Kühlung und Übertaktung passen einfach nicht zusammen. Dann schon lieber den anderen Weg gehen und ausloten, wie weit die Spannung abgesenkt werden kann.
    Der von uns genutzte Core i5-4670K stammt aus dem freien Handel, bei maximaler Belastung aller Kerne durch Prime95 liegt bei einer Taktfrequenz von jeweils 3,6 GHz pro Kern eine Versorgungsspannung von 1,16 Volt (per Software ausgelesen) an. Bereits bei diesen Standard-Werten kann kaum ein Kühler im semi-passiven Einsatz für zufriedenstellende Temperaturen sorgen.
  • Ganz anders sieht es beim zweiten Prozessor aus, einem Intel Core i5-4430. Das von uns verwendete Modell taktet unter Prime-Last mit 4x 3,0 GHz und benötigt dabei nur eine Versorgungsspannung von 0,996 Volt. Wir haben hier scheinbar ein sehr gutes Exemplar erwischt, denn in der Regel liegen der Spannungswert und somit auch die Kerntemperatur beim i5-4430 etwas höher. Notfalls sind mit wenigen Handgriffen im BIOS und einer geringen Absenkung der Spannung von Hand jedoch für jeden Anwender ähnliche Werte erreichbar und ein kleiner Core i5-4430 passt deutlich besser zum Vorhaben als der überdimensionierte Core i5-4670K.
    Wir erwähnen die besonders niedrige Versorgungsspannung unseres i5-4430 deshalb an dieser prominenten Stelle, da die CPU direkt von Intel zur Verfügung gestellt wurde.

Kick-off mit drei Kühlern

Für den Anfang haben wir drei aktuelle CPU-Kühler ausgewählt, um diese auf ihre Eignung zum semipassiven Betrieb hin zu testen.

Thermalrights riesiger Kühlkoloss HR-22 wird ohne Lüfter, dafür aber mit optional einsetzbarem Air Duct für 12- und 14-cm-Lüfter ausgeliefert und stellt im Prinzip so etwas wie die mit Wachstumshormonen mutierte Version des Thermalright Macho dar.

Zudem testen wir den neuen Thermalright HR-02 Macho Zero, der im Gegensatz zum regulären Modell über eine durchgängige, schwarze Vernickelung der Oberfläche sowie eine überarbeitete Bodenplatte verfügt. Der Macho Zero wird ebenfalls ohne Lüfter, dafür aber wahlweise mit einem Air Duct zur Kopplung an einen 12- oder 14 cm großen Gehäuselüfter ausgeliefert.

Der dritte im Bunde ist Cooler Masters Hyper 612 V2, den wir erst kürzlich im Rahmen unseres Single-Tower-Roundups mit aktiver Belüftung im Einsatz hatten. Zu diesem Zeitpunkt befand sich unsere bisherige Teststation für CPU-Kühler jedoch bereits mitten im Todeskampf. Daher können wir nicht garantieren, den Hyper 612 V2 fair beurteilt zu haben und er soll natürlich eine zweite Chance bekommen, bevor die neue Teststation für aktiv gekühlte Prozessorkühler fertiggestellt ist.

Der Gegner für diese Kühler versteht sich fast von selbst: Es ist der reguläre Thermalright HR-02 Macho mit der älteren, kleineren Bodenplatte, der im Bereich der semipassiven Prozessorkühlung oder im Betrieb mit einem sehr langsam drehenden Lüfter seit längerer Zeit nicht grundlos als Preis-Leistungs-Kracher gilt.

Testsystem im Überblick

Aufgrund des plötzlichen Dahinscheidens unserer regulären Teststation für CPU-Kühler weichen wir für Kühlertests im semipassiven Betrieb ein wenig vom üblichen Testaufbau ab.

Wir haben uns zum Verzicht auf die Nutzung der den Kühlern beiliegenden Wärmeleitpaste entschieden und setzten durchweg auf die Arctic MX-4, die wir bereits im Rahmen des großen Wärmeleitpasten-Roundups untersucht hatten. Dieses Vorgehen erleichtert eventuelle Nachmessungen, die unter Verwendung der mikroskopischen Dosen aus den oft beiliegenden Beutelchen nicht möglich wären. Zudem ist die Paste ordentlich verteilbar, verfügt über gute Leistungswerte und ist in großen 20-Gramm-Einheiten zu erstehen.

Teststation für CPU-Kühler im semi-passiven Betrieb
Prozessoren:Intel Core i5-4670K (VCore: 1,16 V)
Intel Core i5-4430 (VCore: 0,996 V)
Mainboard:Gigabyte GA-Z87X-UD4H
RAM:1x 4 GByte G.Skill DDR3-1333 CL9
Grafikkarte:(Intel HD4600)
SSD:32 GByte ADATA Premier Pro SP600
Netzteil:Xilence XQ Series Platinum R4, 1000 Watt, semi-passiv
Gehäuse:Cooler Master Storm Stryker
Gehäuselüfter:2x 12 cm Front @1000 U/min
1x 14 cm Heck @1000 U/min
1x 20 cm Top @850 U/min
Sonstiges:Aqua Computer Aquaero 5 LT
Arctic MX-4 Wärmeleitpaste
Betriebssystem:Windows 7 Home Premium x64
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17 Kommentare
    Dein Kommentar
  • Derfnam
    3 Dinge dazu, 1.: ich vermute die etwas kleineren Lamellenabstände beim HR-22 sind für die schwächere Kühlleistung verantwortlich. 2.: reine Theorie, aber hälst du es für möglich, dass der HR-2 vielleicht mit sechs 8mm-Pipes besser sein könnte? 3.: hast du den 'normalen' Macho zum Spaß auch mal mit Luftkanal getestet? Sowas kann man ja auch selber frickeln und gut was sparen.
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  • Myrkvidr
    Ausführliche Antworten:
    1. Es ist beim HR-22 in jedem Fall sehr schwer, den beim Einbau nicht hin- und herzubewegen. Ich habe den zig mal aufgesetzt und zig mal andere Ergebnisse. Andere Seiten, die das scheinbar gar nicht erst gemerkt haben, hatten unterschiede von mehr als 10 K in den veröffentlichten Werten. Am 10.11. kommt ein Test, in dem HR-22 und HR-02 nochmal aktiv gekühlt auftauchen, mal sehen wie es dann aussieht - dann ist der Unterchied der Abstände auch relativ egal.

    2. Auf einer normalen CPU nicht unbedingt, im extremen OC Bereich kann natürlich eine etwas höhere TDP abführen (in der Theorie). Es gab früher mal ein generelles Problem mit 8-mm-Heatpipes und die haben bei den internen Tests einiger Hersteller immer für verwirrend unterschiedliche Messwergebnisse gesorgt, deshalb haben einige erst überhaupt keine Kühler mit der dickeren Version angeboten. Mittlerweile ist das zum Glück Geschichte, deshalb kommen die wieder verstärkt zum Einsatz. Allerdings gibt es generell bei der Fertigungsqualität, Füllung usw. riesige Unterschiede. Ich hab dazu ein paar Dokumente, die eine erschlagende Fülle an Tabellen, Zahlen und Formeln bieten xD In der Theorie kann es bei der 8 mm Heatpipe einen Hauch länger dauern, bis die Wärme weitergeleitet wird, dafür kann aber idR mehr Wärme pro Heatpipe aufgenommen werden (im Idealfall 20-30% mehr bei 8 mm, aber auch das ist wieder davon abhängig, ob die am Boden rund oder abgeflacht sind, wie stark sie abgeflacht sind usw.). Beim True Spirit 140 Power sind ja im Gegensatz zum 140 BW 8- statt 6-mm-Heatpipes verbaut. Die jeweiligen Messwerte bewegen sich aber im BEreich der üblichen Messungenauigkeit - auf einem übertakteten FX-9590 ist ist Power aber sicher die bessere Wahl ;)
    Da Thermalright immer eine schöne Bodenplatte hat, ist auch der höhere Platzbedarf der 8-mm-Heatpipes eher unkritisch. Auf So.2011 CPUs ist eh mehr Platz und eine größere Kontaktfläche wünschenswert, bei So. 1150 dank Bodenplatte alles im grünen Bereich - hier hat der Cooler Master HYper 612 z.B. ein Problem, da eine der Heatpipes fast gar keinen Kontakt zur CPU hat (also auf 1150er CPUs - auf 2011 könnte er vielleicht nochmal deutlich besser abschneiden).

    3. Der ist bis auf die Bodenplatte identisch - da er ohne Lufttunnel nahezu identische Ergebnisse geliefert hat, wird das auch mit Lufttunnel identische Ergebnisse liefern. Ob es einen Unterschied der optimierten Bodenplatte auf 2011er CPUs gibt, teste ich mit aktiver Belüftung am 10.11.
    Ursprünglich hatten TR mal geplant, die Tunnel für 4,99€ separat zu verkaufen - bei dem PReis bnraucht man nichtmal selbst zu basteln. Ich bin mir aber gerade nicht sicher, ob das zu Gunsten des Bundle-Angebots aus Macho Zero inkl. Tunnel wieder aufgegeben wurde...
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  • Niclas Kraus
    Schöner Artikel, allerdings kann man den Aufpreis für riesige Kühler meiner Meinung nach auch in qualitative Lüfter stecken, und wenn man Musik am PC hört oder Headset aufsetzt, ist die Lautstärke eh Nebensache. Auf dauer werden die Materialien wohl auch nicht günstiger, deshalb sehe ich (semi-)passiv weiterhin als Niesche, auch wenn es nette Resultate liefert :)
    Mich würde aus gegebenem Anlass jedoch semi-passiv auf Mini-ITX interessieren. Wie kann man da möglichst passiv auskommen? Ist ein AXP-200 Muscle (http://geizhals.de/thermalright-axp-200-muscle-a1067726.html) eine gute Wahl, oder ist der Lamellenabstand zu gering? Und ist das Undervolten mit modernen Mainboards sehr einfach?
    mfg
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  • derGhostrider
    Kleiner Zusatz zum Artikel:
    CPUs der gleichen TDP-Klasse schwanken nicht nur, da sie eine "unterschiedliche Güte" aufweisen, sondern da sie sich laut Datenblatt gerne mal unterscheiden.
    Meine X5550 habe ich damals deswegen ausgewählt, da sie bei den CPUs dieser TDP-Klasse die schnellsten sind, die noch die geringsten Verlustleistungen im idle bieten (Intel-Datenblatt gibt dies sogar an!), aber dennoch sehr weit hochtakten können.
    In der gleichen TDP-Klasse gibt es auch andere CPUs, die bei der minimalen Verlustleistung weiter oben ansetzen oder eben diese Klasse prinzipiell weiter ausreizen.

    Also wenn man überhaupt auf die Serienstreuung schließen können will, dann müsste man auch gleiche CPUs miteinander vergleichen. Nicht unterschiedliche Modelle, von denen das eine sicherlich nicht die TDP-Klasse ausreizt, und das andere deutlich in die Richtung der oberen Grenze tendiert...
    Das ist halt deutlich mehr als Serienstreuung.

    Die TDP gibt eben nur eine obere Grenze für die gesamte Klasse der CPUs an.
    Manche fangen beim gleichen Wert an, enden aber woanders (unterhalb der Grenze), andere fangen bereits bei höheren Minimalwerten an. Manche überspannen einen sehr großen Bereich innderhalb der Verlustleistung (minimal wenig, maximal viel), andere sind auf einen engen Bereich konzentriert.
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  • Myrkvidr
    @Niclas Kraus: Das lässt sich so pauschal schwer sagen. Um welche CPU-Leistungsklasse ginge es denn und vor allem in etwa welches Gehäuse? Und ja: Undervolten ist in dr Regel überhaupt kein Problem, nur Stabilitätstest sind dann natürlich unverzichtbar.

    @derGhostrider: Das war auch eigentlich andersherum gemeint. Im Sinne von: Da der 4430 direkt von Intel kam und die VCore sensationell gering ist und das unterste Ende der 4430er darstellen dürfte (eigentlich sollte NUR auf dieser CPU gemessen werden) hab ich den 4670K dazugenommen, weil ich da wiederum schon deutlich kühlere gesehen habe. Sinn und Zweck des Verweises war, den Leser genau dafür zu sesibilisieren, dass es in einer nominell gleichen TDP-Klasse höllische Unterschiede gibt und man trotz entsprechender Angaben, mit denen die Kühler beworben werden, zwei mal hinschauen und selbst nachmessen muss - gerade semipassiv. Die Güte war allein auf den 4430 bezogen? Ist das halbwegs verständlich (was ich meine/vorhatte/zeigen wollte?)? Ist schon spät und mein Hirn etwas zäh ;)
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  • Tesetilaro
    das passt so, und geisterling will nur wieder krümel k****** :p

    scherz beiseite, es war wirklich klar, zumindest für jemanden der das hirn beisammen hat, wer den artikel im halb-delirium liest, der kann schon mal drüber stolpern
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  • Niclas Kraus
    Ich würde einen Core i5 4460 in einem 17x17x17 Casemod verwenden wollen. Der Prozeesor würde mit einem AXP-200 gekühlt. Das Mainboard wär an einer Seite im Innern des Gehäuses und ein 14cm Noctua würde vonunten ein wenig pusten, reicht diese leichte belüftung wohl? Der AXP würde auch nur von unten/der Seite ein wenig Wind bekommen, also nichtmal oben drauf montiert. Allerdings würde ich den Prozessor auf einem ASRock H81M-ITX runtertakten und undervolten, bis so in etwa die Werte eines i5 4460S erreicht sind.
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  • Tesetilaro
    das würde ich für grenzwertig halten und ggf. nach einem Kühler schauen der dann etwas mehr volumen mitbringt - was du halt unter bekommst und dann schaun, daß die Ausrichtung der kühlrippen dein konzept entsprechend unterstützt ;)

    grundsätzlich ist ja frischluft von unten und warme abluft nach oben ohnehin die beste variante, wo es denn möglich ist...
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  • Niclas Kraus
    Die Lamellen könnten schon entsprechend ausgerichtet werden, allerdings bekämme der Kühler nur von einer breiten, niedrigen Seite Luft. Es kommen insgesamt nur sehr wenige Kühler infrage, denn ich will noch eine GTX 750 Zone Edition (passiv, mit PCIe-Raiser flexibel angebunden) und ein Slot-In-Laufwerk unterbingen. Außerdem eine kleine SSD und ein Pico-PSU.
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  • Tesetilaro
    in solchen fällen frage ich mich immer warum noch keiner ein system erfunden hat die CPU per heatpipe an die gehäusewand zu koppeln und selbige aussen mit einem schicken alukamm-profil zu versehen...

    scheitert aber vermutlich an der vielzahl der verschiedenen gehäuse ;) Grundsätzlich finde ich da die ansätze von shuttle sehr schick, auch wenn diese meist mein bastelbudget sprengen würden *g*
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  • bensen
    Mh, ich finde das Testsetup ziemlich missglückt. Die Gehäuselüfter laufen einfach viel zu schnell und es sind auch einfach viel zu viele.
    Es lässt doch niemand die CPU Semipassiv laufen und haut sich dann solch laute Gehäuselüfter dran. Und dann noch in der Anzahl. Das passt irgendwie nicht zusammen. Da würde ein CPU-Lüfter mit 800 -1000 U/min auch nichts mehr ausmachen.


    @Tesetilaro
    Streacom baut solche Gehäuse. Das meiste sind allerdings mini-ITX Gehäuse.
    http://www.streacom.com/products/fc10-fanless-chassis/
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  • Myrkvidr
    Da hast du nicht ganz Unrecht und eine geringere Drehzahl war eigentlich geplant - dann ergab sich aber das Problem mit dem viel zu kühlen/guten i5-4430, wehalb ich zusätzlich auf den grenzwertig zu kühlenden i5-4670K zurückgegriffen habe. Sollte die Zeit es erlauben, würde ich auch selbst gern nochmal auf eine andere CPU setzen und dann alles entsprechend anpassen.
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  • bensen
    Klingt gut, ich bin gespannt.
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  • Tesetilaro
    @bensen - sind wir aber wieder beim preis - für die allermeisten Anwendungsfälle einfach viel zu viel, um es noch zu rechtfertigen *g*
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  • bensen
    Billig ist anders, das stimmt.
    Aber der Markt ist wohl zu klein um sowas auch in minderer Qualität anzubieten.
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  • Tesetilaro
    ich rede nicht von billig, sondern von preiswert - selbst ein solches gehäuse rechtfertigt nicht mehr als 150 € - alles andere ist übertrieben oder schlecht gewirtschaftet ;)
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  • Myrkvidr
    FYI: Der Hyper 612 V2 wird nochmal überarbeitet, irgendwann oim Dezember gibt es dann quasi den Hyper 612 V2 Rev. B oder wie immer man ihn dann nennt - Bodenplatte wird geändert, damit sollten auf So. 1150 deutlich bessere Ergebnisse drin sein, weil dann alle Heatpipes aufliegen (mal schauen, wie es wirklich aussieht - das ist das, was mir gesagt wurde). Potential hat er ja durchaus.
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