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Alder Lake’s cooling problem straightened out by 5 degrees! – Simple ILM-Mod for Intel’s LGA-1700 socket | Practice

Now it’s a matter of determining what measurable benefits the mod really provides and what thickness of washers will work best. An Intel Core i9-12900K CPU is used as the test system, which is run by the Gigabyte Aorus Z690 Tachyon motherboard at 5.1 GHz on the P-cores and 4.9 GHz on the ring or cache. E-cores and AVX-512 are disabled for the highest possible heat density in the CPU.

Cooling is provided by a Corsair XC7 RGB PRO LGA 1700 water block, which is integrated into my custom water cooling circuit on the testbench. Here 3 radiators provide the appropriate cooling and an Aquacomputer high flow NEXT reports via USB the flow rate and temperature of the water to the system, so we can form a reliable delta even without a constant water temperature.

The temperature of P cores and cooling water are logged by HWiNFO at intervals of 500 ms, so that for each core the temperature difference to the water and thus the quality of the cooling can always be evaluated. The maximum temperature that each core reaches is especially decisive for the CPU’s stability. The average of the maximum delta temperatures of the 8 P-cores will serve us as the primary comparison value for the different configurations. In addition, we collect the average temperature of all 8 P-cores at each measurement time and plot its delta to the water temperature over the period of the test run to better illustrate the differences. Prime95 with the Small FFTs preset and AVX2 (FMA3) for the highest possible heat load are used as the stress test, each in runs of 5 minutes.

As always, the rest of the test hardware used can be found here for review:

Test systems

Hardware:
  • CPU: Intel Core i9-12900K (5.1 GHz P-Core, E-Cores disabled, 4.9 GHz cache, AVX-512 disabled)
  • Mainboard: Gigabyte Aorus Z690 Tachyon (BIOS 4a)
  • RAM: Corsair Dominator Platinum DDR5-5600 CL36 2x 16 GB Kit
  • Power supply: Superflower Leadex Gold 1600 W
  • SSD: Crucial MX500 2 TB (SATA 3, OS)
  • Graphics card: Asus GeForce GTX 750 DC2SL (Game Ready Driver 496.94)
  • Operating system: Windows 11 Pro 64-bit (up-to-date)
Cooling:
  • CPU Block: Corsair XC7 RGB Pro
  • CPU TIM: Alphacool Subzero
  • Radiators: Alphacool NexXxoS ST30 480mm + HardwareLabs Black Ice GTX 240mm + Watercool MO-RA3 360 Pro
  • Fans: 4x Phobya NB-eLoop 120mm 1600rpm + 2x Noiseblocker NB eLoop B12-4 120mm + 9x ADATA XPG Vento Pro 120 PWM
  • Pump: XSPC D5 PWM
Housing:
  • Open Benchtable
Periphery:
  • Monitor: Benq XL2720
  • Keyboard: KBC Poker 2 (Cherry MX Brown)
  • Mouse Zowie FK1
Measuring devices:
  • Thermometer: Elmorlabs KTH (calibrated)
  • Power meter: Elmorlabs PMD
  • USB-to-I2C Adapter: Elmorlabs EVC2
  • Flow meter / thermometer: Alphacool high flow NEXT
  • Software: Prime95 30.7 build 9, HWiNFO64 7.17-4655

In addition to the standard ILM, we tested washer thicknesses of 0.5 mm, 0.8 mm, 1.0 mm and 1.3 mm. 1.8 mm cannot be installed at all due to the shortness of the ILM screws. P# max Δ is in each case the highest temperature of a CPU core as a delta to the water temperature at the measured time. All values are given in degrees Celsius. And the result looks like this:

Washer Config P0 max Δ P1 max Δ P2 max Δ P3 max Δ P4 max Δ P5 max Δ P6 max Δ P7 max Δ Average Improvement
none/stock 69.5 82.5 73.7 86.6 75.0 83.6 73.7 74.8 76.64
0.5 mm 66.4 79.1 70.2 83.7 72.3 79.0 69.3 70.7 73.84 -2.80
0.8 mm 67.1 77.9 70.2 82.6 72.3 78.4 70.2 70.5 73.65 -2.99
1.0 mm 63.9 74.8 67.2 79.3 69.3 77.4 67.0 68.1 70.88 -5.76
1.3 mm 64.2 75.2 68.1 80.1 70.2 77.9 68.1 69.0 71.60 -5.04

With the stock socket, the P-cores average 76.64 °C more than the water, with P-core 3 always being the warmest on my two Chinese CPUs. If we now start testing with the washers, we already see an improvement of 2.8 °C with 0.5 mm and almost 3 °C with 0.8 mm. The best result can be achieved in our tests with a thickness of 1.0 mm with 70.88 °C and thus an improvement of 5.76 °C. The even higher 1.3 mm even regresses slightly to 71.60 °C, since the cooler base already rests slightly on the ILM here. We could not determine an impairment of the pin contacts in the socket and possible effects on the system stability in any case, even with overclocked DDR5 RAM. 

If we plot the average temperature of all P-cores relative to water over time, we can see that the Intel socket without modification (blue here) always produces the highest temperatures. Here, the 0.5 mm is slightly below the 0.8 mm, although this depends on the point of view of the data (average versus maximum temperature). But even here, the 1.0 mm with the lowest temperatures of all tests can achieve the best result. 

Conclusion

The fact that Intel CPUs are not always exactly flat is actually nothing new, but this usually manifested itself in a convex shape in the past, where the center of the CPU was highest. Thus, in the past, convex heat sinks were also able to achieve optimum contact and provide good cooling at least exactly at the critical point in the center of the IHS, with the poorer contact towards the edge being rather negligible due to the lower transfer heat there.

Now, unfortunately, Intel has literally turned the tables with Alder Lake, so the center of the IHS tends to sit lower than the surrounding area and only an extremely convex cooler base could make direct contact with the CPU there. In most cases, however, a lake of thermal paste simply forms in the center of the IHS without direct contact of the CPU and cooler. However, it is interesting that the CPUs are probably not (as strongly) concave from the factory as they are after installation in the socket and thus 4 washers between the ILM and the motherboard can already cause a significant improvement in the temperatures.

stock ILM TIM spread, Credit: buildzoid

A 50 pack of M4 1.0 mm nylon washers can be had for under 5 Euros and getting 1 °C lower CPU temperatures for every single Euro invested in cooling is truly the dream of every enthusiast and overclocker. Nevertheless, the question arises, as so often, whether Intel really thought the construction of the base and ILM through to the end, or whether a more optimal solution could or even should have been found from the factory.

We are already investigating the topic further and are also testing, for example, whether the different LGA1700 socket brands (Lotes, Foxconn) have an effect on the optimal dimension for the washers, and whether CPUs might even be straight out of the box and our specimens have only permanently taken on some of the deformation due to the hundreds of operating hours since launch with various heat cycles. If you have ideas about which tests or data points would be of particular interest to you, feel free to let us know in the forum.

Thanks again to buildzoid, who gave us the idea for today’s test and let us publish the results first. If you are interested in overclocking and want to know e.g. how a VRM works or which voltage limits are recommended for a certain platform, you should definitely take a look at his channel and maybe leave a subscription!

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Kommentar

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k
krelog

Veteran

173 Kommentare 53 Likes

Danke für den ersten Mod mit Verbessungspotential.

Man sollte vieleicht noch erwähnen das der nicht so versierte Anwender auch Aufpassen muss weil das Problem ja aus Toleranzkette der ganzen Einzelteile entsteht und je nachdem wie diese zufällig in der Ferigung zusammengekommen sind hat man eine sehr hohe Vorspannkraft oder vieleicht auch nur eine normale Vorspannkraft und wenn jemand bei einem "Sockel mit normaler Vorspannkraft" diese verringt kann es schon zu Problemen kommen.

Habt ihr in der Redaktion zufällig ein paar Bauunterlagen der Teile zur Hand wo man mal rein rechnerisch betrachten kann wie groß die Streuung der Sockelhöhe sein kann?

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Igor Wallossek

1

10,193 Kommentare 18,806 Likes

Der Witz ist, dass der dann verschraubte Kühler diese fehlende Vorspannung trotzdem locker kompensiert. Da passiert also nichts.

Ich habs heute früh mal auf einem Billo-Brett getestet - passt perfekt.

Morgen gibt es dann mal Details zum Sockel AM5 V2 - lasst Euch überraschen, AMD macht fast alles besser.

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Igor Wallossek

1

10,193 Kommentare 18,806 Likes

Die Sockelhöhe einschließlich IHS ist immer gleich. Der Plastikeinsatz des Sockels ist fest vorgegeben und liegt im Tausendstel-Toleranzbereich. Die Mechanik ist für die finale Verschraubung fast zu vernachlässigen, weil der Druck am Ende ja eh vom Kühlerboden kommt. Wichtiger ist, dass die Halterung die CPU nicht verbiegt.

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E
Eddy Stoiber

Mitglied

24 Kommentare 11 Likes

Ein richtig geiler Artikel, vielen lieben Dank dafür :D
Wenn ich die Ergebnisse reproduzieren kann, wäre das selten so viel Nutzen für so wenig Aufwand. Werde es demnächst mal checken und direkt mit der Aquacomputer-Backplate kombinieren.

Mir ist auch schon aufgefallen dass der Unterschied zwischen den "heißesten" und "kältesten" (P-)Cores sehr viel höher ist als bei allen vorherigen CPUs bisher.

Ausgangssituation bei mir Z690 Aorus Master mit Eisbaer Aurora Kühlerpumpeneinheit auf der CPU.

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G
Guest

Sehr interessant auch wenn ich keinen Alder Lake besitze.
Aber auch frappierend, denn 1 mm als Größenordnung ist ja in so einem Bereich extrem viel. Da scheint die Vorspannung - oder wie man sie nennen soll - durch den Sockel einfach mal komplett daneben zu sein. Schon kurios. Abgesehen davon sind die CPUs an sich ja ne schöne Sache, wobei sich aktuell glaube ich kaum einer mit AMD 5000er oder eben Alderlake groß beschweren kann.
Nur es ist ja noch um so mehr verrückt, wenn es da offensichtlich ein Problem rund um 1 mm gibt in seinem so sensiblen Bereich, wenn die Mainboards hingegen so dermaßen verrückt teuer sind. Nun, teuer war und ist ja nicht immer gut oder besser, aber es ist ja durch die Bank einfach irre teurer. Verrückte Zeiten. Immerhin ist der Fix ganz offensichtlich recht einfach durchzuführen. Ich bin mal gespannt, ob und wann die Hersteller da reagieren, das ist ja eigentlich ein Armutszeugnis.
Jetzt muss man natürlich auch realisitisch sein: die allermeisten Leute dürften die 5 Grad nicht die Bohne interessieren. Andererseits gucken die Leute natürlich mittlerweile auch mehr auf die Temperaturen, welche ihnen diverse lustige Tools ausspucken und dass obwohl der Temperaturschutz mittlerweile sehr gut ist.
Nichtsdestotrotz will man sein neues Juwel - ob nun CPU oder Board ;) nicht so dermaßen verbiegen. Nebenfrage: verbiegt sich das Board nicht auch über die Zeit? Ich hatte mit meinem S775 Board anno dazumal das Problem, dass sich das Board unter dem Druck des IFX-14 richtig (schief, einseitig) verbogen hatte und der Anpressdruck dann natürlich auch eher suboptimal wurde über die Zeit. Sowas wäre ja noch zusätzlich blöd. Das lag übrigens nicht an der Einbaulage, denn das Board war horizontal montiert.

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E
Eddy Stoiber

Mitglied

24 Kommentare 11 Likes

Sicher richtig, nur können eben 5 Grad bei den "kritischen" Cores schnell mal den Unterschied machen ob 5,0 oder 5,1 GHz im Allcoretakt unter Last vernünftig laufen. Das finde ich schon nennenswert; bzw. geben für dieses Delta viele Enthusiasten enormste Summen für Kühlblöcke aus.

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s
scotch

Veteran

153 Kommentare 103 Likes

Sehr guter Artikel, Ich habe schon nach dem 1. Artikel meine Alphacool XPX Kühler plastik Backplate Backplate durch eine Modifizierte Heatkiller Metall Backplate ersetzt was schon mal einiges gebracht hat. Den Unterlegscheiben MOD werde ich auch noch machen, dann ist es erst mal gut denke ich. Schade das Intel da nicht gleich eine vernünftige Lösung hat.

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E
Eddy Stoiber

Mitglied

24 Kommentare 11 Likes

Ja, komisch eigentlich dass solch ein "Gefrickel" so viel bringt. Das Verständnis von Qualität scheint insbesondere bei US-Firmen einfach nicht kompatibel zum deutschen Verständnis zu sein.

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P
Phelan

Veteran

191 Kommentare 172 Likes

Idee ist super.
Bei 1mm bin ich dann aber doch etwas in grübeln gekommen, weil da ja eigentlich nur kleine Toleranzen sein sollten.
Hätte da eher maximal 0,5mm erwartet.

Bleibt also die offenen Frage soll da wirklich so ein starker Anpressdruck sein ... ka vieleicht soll das auch im Flugzeug bei 10g halten ;-)
Oder hat sich da wer verrechnet und z.b. metrischen und zoll verwürfelt. Soll ja schon mal passiert sein.

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P
Phelan

Veteran

191 Kommentare 172 Likes

mal ne steile These :

US (allgemein Große) Firmen arbeiten nach den maximal Prinzip, schon so wegen verklagt werden können.
Ansonsten müsste man ja was mit Nachdenken und Entscheiden und was ausrechnen wie viel eigentlich gebraucht wird. ;-)

Also ich stell mir das so vor ;-)

Wir müssen bei der CPU Klemmung die Spannkraft festlegen.
Ja gerne , wieviel soll sie denn haben ?
Ja keine Ahnung, da müsste man was festlegen und ausrechen.
Oh das ist schlecht , wenn wir da was falsch machen , werden wir gekündigt.
Ich habse, wir nehmen einfach das was das Material maximal aushält.
Gute Idee, wenn das nicht ausreicht sind auf jedenfall andere Schuld.
Was ist die maximale Spannkraft?
Weiß ich doch nicht. Die CPU ist im Datenblatt mit maximal 1000N angegeben.
Dann 1000N.
Hält eigentlich das Mainbord 1000N? auch egal, das ist nicht mein Problem.
Du sagst es.

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E
Eddy Stoiber

Mitglied

24 Kommentare 11 Likes
P
Pokerclock

Veteran

429 Kommentare 367 Likes

Die Lösung ist so simpel, dass sie wohl auch die Mainboard-Hersteller bei neuen Revisionen umsetzen können. Kann ja nur noch an den gigantischen Zusatzkosten für die 4x 1mm-Unterlegscheiben scheitern.

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HerrRossi

Urgestein

6,778 Kommentare 2,243 Likes

Prima Sache! Eigentlich ein Unding, dass so etwas passiert, meine Güte, wie lange werden schon Mainboards gebaut?

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Martin Gut

Urgestein

7,776 Kommentare 3,572 Likes

:p Von einer Firma, bei der es in der Fertigung auf Schichtdicken von einzelnen Atomen ankommt, könnte man auch bei dem drum herum etwas mehr Sorgfalt erwarten. Auf der einen Seite gibt man Milliarden für die Entwicklung der Chipfertigung aus und auf der anderen Seite versaut man die Kühlung durch Wärmeleitpaste oder verbogene Sockel so, dass die Prozessoren ihr Leistung nicht mehr richtig bringen können. Irgendwie stimmt das Verhältnis hier für mich nicht.

... , wenn der Druck nicht von Intel vorgeschrieben wäre.

Ob eine verbogene CPU im Sockel besseren Kontakt hat, kann man sich auch einmal überlegen. Wenn sich das Mainboard um die CPU biegt, wird vor allem der Druck am Rand grösser. In der Mitte kann er aber auch schlechter werden. Der Druck verteilt sich ja auch nicht gleichmässig auf alle Pins, so wie man sich das gerne vorstellen würde.

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J
Jeffy

Mitglied

48 Kommentare 4 Likes

Nur ein Hinweis, die CPU ist von oben (wo der HS sitzt) konkav, von unten konvex.

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skullbringer

Veteran

306 Kommentare 328 Likes

Danke, gefixt, es war spät 😅

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A
Arcbound

Veteran

138 Kommentare 105 Likes

Wenn ich mir die Haltenasen des Sockels und die CPU darunter angucke, frage ich mich, warum die Nasen so schmal gehalten wurden. Mit breiteren Nasen sollte sich der Druck doch schon wesentlich besser verteilen, oder?

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T
Teilnehmer

Neuling

4 Kommentare 2 Likes

Mod durchgeführt, leider wesentlich schlechtere temps auf Apex Z690+12900K mit custom wakü und RAM OC settings booten nicht.
Hab mir schon gedacht, dass es negative Auswirkungen geben könnte, siehe Direct Die Frame vom 8auer für 1151 v2

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B
Besterino

Urgestein

6,730 Kommentare 3,326 Likes

Na da bin ich ja mal gespannt. Werde demnächst ein System mit i5-12600KF, Asrock Z690M-ITX/AX 1700 und - gehäusebedingt - dem Noctua NH-L9i 17xx basteln. Da wird es der CPU schon wegen des Kühlers tendenziell (zu) warm.

Laut Geizhals-Bilder hat das Ding eine Metall-Backplate unter der CPU, konnte das aber leider bisher noch nicht an anderer Stelle verifizieren.

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Xaver Amberger (skullbringer)

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