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Akasa Turing – Einen Intel NUC passiv kühlen

Intels NUC (Next Unit of Computing) ist ein Mini Barebone PC mit Laptop Hardware, um einen extrem kompakten Computer mit leistungsstarker Hardware auszustatten. Einzig SSD und RAM müssen vom Benutzer nachgerüstet werden, um einen vollständigen Computer zu haben. Aufgrund der kompakten Ausmaße von 117 x 112 x 36mm bzw. 117 x 112 x 51mm ist die entsprechende Kühllösung des NUC dem eines Laptops nachempfunden und extrem kompakt. Die Kühlung der CPU ist zwar ausreichend, aber nicht optimal auf hohe Dauerlast ausgelegt und durch den verbauten Lüfter deutlich hörbar. Niemand mag einen kleinen Düsenjet auf dem Schreibtisch oder im Wohnzimmer stehen haben.

Test der Kühlung
Für den Test der Kühlung des Akasa Turning muss beachtet werden, dass durch die thermische Masse des Gehäuses die Wärmeentwicklung über einen längeren Zeitraum zunimmt, bis sich ein Gleichgewicht einstellt. Dieses Gleichgewicht setzt sich zusammen aus der aufgenommenen Wärmeenergie und der gleichzeitig identischen abgegebenen thermischen Menge. Dies setzt erst zu einem späteren Zeitpunkt ein, wenn sich das Gehäuse aufgeheizt hat und so warm ist das die Konvektion die gleiche Energie an den Kühlrippen abführt.

Dadurch sind Schnellschüsse nicht aussagekräftig, da temporäre Lasten ganz einfach von der schieren Masse an Aluminium geschluckt werden.

Für den Test der Kühlleistung wurde das Tool Intel XTU verwendet, um hier Parameter der CPU einstellen, auslesen und testen zu können. Denn von „Stock“ Einstellungen des Prozessors ist das Akasa Turing gänzlich unbeeindruckt. Ob sich die Kühlung auch auf die Leistung der CPU auswirkt, wurde mit dem Tool Cinebench R20 getestet.

Ein kurzer Exkurs in das Verhalten des Intel Core i5-8259U Prozessors und ein paar Eckdaten:

  • Kerne/Threads:          4/8
  • Basistakt:                   2,3GHz
  • Max. Turbo Takt:       3,8GHz
  • TDP:                           ~28W
  • Turbo TDP:                ~50W

 

Der Turbotakt der CPU wird durch die Leistungsaufnahme und die Temperatur der CPU begrenzt. Natürlich sind weitere Parameter auch für die Steuerung des Takts verantwortlich, aber für eine einfache Betrachtung reichen diese zwei Werte.

Intel erlaubt es der CPU für ca. 90 Sekunden mehr als die eingestellten 30 Watt Leistung zu schlucken und in dieser Zeit 50 Watt zu verbrauchen – mit der Bedingung nicht zu überhitzen! Wird die CPU zu heiß, drosselt die CPU ihren Verbrauch und somit auch ihren Takt. Nur mit Leistung X ist auch Takt Y möglich, diese Werte gehen also grundsätzlich Hand in Hand. Optimal ist dies zu erkennen durch den Verlauf des „Thermal Throttlings“, also dem Drosseln aufgrund vorherrschender Hitze.

Schauen wir uns einmal den Verlauf von CPU Temperatur, Leistungsaufnahme, und CPU-Takt über die Dauer eines Cinebench R20 Laufs genauer an.

 

Mit dem originalen NUC Gehäuse ist zu sehen, dass die Kühlung mit dem Turbo der CPU überfordert ist und diese nicht ausreichend kühlen kann. Dabei drehen die Lüfter deutlich auf und machen sich bemerkbar.

In der Grafik von Intel XTU ist zu sehen, dass die CPU bei 100% Last durch Cinebench kurz die TDP auf 50 Watt (grün) anhebt, wodurch die CPU den Boost von ca. 3,8GHz (orange) erreicht. Dieser wird aber aufgrund der steigenden Temperatur (türkis) ab dem Erreichen des Thermal Throttlings (rot) durch verringern der TDP abgesenkt. Die Drosselung zieht sich über den gesamten Turboboost hinweg und resultiert in einem konstanten Absenken von TDP und Takt. Nach 90 Sekunden wird die CPU durch das Ende des Turbos auf 30 Watt eingefangen und taktet nur noch mit maximal ca. 3GHz. In Cinebench werden so 1594 Punkte erreicht.

Mit etwas „feintuning“ der CPU kann die Spannung der CPU abgesenkt werden. -75mV waren ohne Stabilitätsprobleme möglich und erlauben es dem Prozessor, den Boost länger zu halten. So waren 1685 Punkte möglich.

Wird jetzt noch die zeitliche Begrenzung des Turboboosts aufgehoben, läuft die CPU zwar dauerhaft im thermischen Limit und senkt konstant ihren Takt, es wird jedoch auch ein nochmals besseres Ergebnis erreicht: 1794 Punkte.

 

Wie sehen nun die Ergebnisse im Akasa Turning aus? Ich habe bereits angedeutet, dass das Gehäuse solch kurzen Lasten locker wegsteckt es der CPU erlaubt, immer im maximalen Takt zu halten. Weder die Temperatur, sondern nur die TDP begrenzen die Leistung.

Mit Stock-Werten waren in meinen Testläufen 1622 Punkte erreichbar. Ein leicht besseres Ergebnis dank der potenten Kühlung.

Mit 75mV weniger Spannung sind 1670 Punkte zu verzeichnen, ähnlich wie bei der aktiven Kühlung durch das originale NUC Gehäuse.

Ohne Begrenzung der TDP kann das Akasa Turning die CPU auf konstant 3,6GHz halten, ohne ins thermische Limit der CPU zu laufen. Dadurch erreichte ich 1804 Punkte. Erneut also geringfügig mehr, als mit der aktiven Kühlung.

Mit Stockeinstellungen wurde die Kühlung über mehr als eine Stunde mit dem umrechnen eines 4k Films in Handbrake getestet. Zu sehen ist, dass die CPU konstant „boosten“ kann und nie in das thermische Limit läuft. Die CPU Temperatur bleibt zwar konstant hoch, kann mit den anliegenden 30 Watt aber noch in einem sicheren Bereich arbeiten.

 

Mit einer konstanten Erhöhung der TDP auf 50 Watt ist die Kühlung des Akasa Turing am Ende dennoch überfordert und lässt die CPU drosseln. Trotz einer länger anhaltenden, punktuellen Höchstleistung und einer dauerhaft besserer Grundleistung, kann der Prozessor stets nur im Rahmen der gegebenen „Umweltbedingungen“, also der Kapazität der passiven Kühlung, operieren.   

Im letzten Bild ist zu sehen wie lange die Abkühlung der CPU nach langer Dauerlast vonstattengeht, da sich das aufgeheizte Gehäuse auch erst einmal abkühlen muss. Der Prozessor ist nicht sofort wieder kühl.

 

Fazit
Das Akasa Turing erfüllt voll und ganz seinen Zweck. Die Kühlung des Prozessors klappt tadellos und durch die hohe thermische Masse des Gehäuses sind sogar Kapazitäten für etwas mehr Leistungsaufnahme vorhanden. Der Umbau des NUC in das Turing geht sehr einfach von Hand und ist außerdem anwenderfreundlich. Dank der beigelegten Wärmeleitpaste von Akasa braucht man für den Einbau nur einen Schraubendreher. Leider ist der Preis des Turing relativ hoch und gerade im Gegensatz zu dem geringen Preis eines Intel NUCs wahrscheinlich nicht verhältnismäßig. Wer aber das Ziel hat, seinen NUC lautlos zu kühlen, ist bei dem Akasa Turing auch unter Dauerlast an xder richtigen Adresse.

Akasa Turing, OEM (A-NUC45-M1B)

Caseking.deLagernd119,90 €*Stand: 25.07.24 15:47
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