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Alder Lake CPUs fast 5 Grad kühler, wenn man sich das Kühlungs-Problem wieder gerade biegt – ILM-Mod für den Intel Sockel LGA-1700 | Praxis

Jetzt gilt es noch zu bestimmen, welche messbaren Vorteile der Mod wirklich bringt und welche Dicke an Unterlegscheiben am besten funktioniert. Als Testsystem kommt eine Intel Core i9-12900K CPU zum Einsatz, die vom Gigabyte Aorus Z690 Tachyon Mainboard bei 5,1 GHz auf den P-Kernen und 4,9 GHz auf dem Ring bzw. Cache betrieben wird. E-Kerne und AVX-512 werden deaktiviert für eine möglichst hohe Wärmedichte in der CPU.

Für die Kühlung sorgt ein Corsair XC7 RGB PRO LGA 1700 Wasserblock, der in meinen Custom Wasserkühlungs-Kreislauf der Testbench integriert ist. Hier sorgen 3 Radiatoren für die entsprechende Kühlung und ein Aquacomputer high flow NEXT meldet via USB die Durchflussgeschwindigkeit und Temperatur des Wassers an das System, sodass wir ein zuverlässiges Delta auch ohne konstante Wasser-Temperatur bilden können.

Die Temperatur von P-Kernen und Kühlwasser werden von HWiNFO im Intervall von 500 ms protokolliert, sodass für jeden Kern immer der Temperaturunterschied zum Wasser und damit die Güte der Kühlung evaluiert werden kann. Ausschlaggebend für die Stabilität der CPU ist vor allem die Maximaltemperatur, die jeder Kern erreicht. Der Durchschnitt aus den Maximal-Deltatemperaturen der 8 P-Kerne wird uns hierbei als primärer Vergleichswert für die verschiedenen Konfigurationen dienen. Zudem erheben wir zu jedem Messzeitpunkt die Durchschnittstemperatur aller 8 P-Kerne und plotten dessen Delta zur Wassertemperatur über den Zeitraum des Testlaufes zur besseren Veranschaulichung der Unterschiede. Als Stresstest kommt Prime95 mit dem Preset Small FFTs und AVX2 (FMA3) für eine möglichst hohe Wärmelast zum Einsatz, jeweils in Läufen a 5 Minuten.

Die restliche verwendete Test-Hardware gibt es wie immer hier zur Übersicht:

Testsysteme

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
  • Netzteil: Superflower Leadex Gold 1600 W
  • SSD: Crucial MX500 2 TB (SATA 3, OS)
  • Grafikkarte: Asus GeForce GTX 750 DC2SL (Game Ready Driver 496.94)
  • Betriebssystem: Windows 11 Pro 64-bit (up-to-date)
Kühlung:
  • CPU-Block: Corsair XC7 RGB Pro
  • CPU-TIM: Alphacool Subzero
  • Radiatoren: Alphacool NexXxoS ST30 480mm + HardwareLabs Black Ice GTX 240mm + Watercool MO-RA3 360 Pro
  • Lüfter: 4x Phobya NB-eLoop 120mm 1600rpm + 2x Noiseblocker NB eLoop B12-4 120mm + 9x ADATA XPG Vento Pro 120 PWM
  • Pumpe: XSPC D5 PWM
Gehäuse:
  • Open Benchtable
Peripherie:
  • Monitor: Benq XL2720
  • Tastatur: KBC Poker 2 (Cherry MX Brown)
  • Maus: Zowie FK1
Messgeräte:
  • Thermometer: Elmorlabs KTH (kalibriert)
  • Leistungsmessgerät: Elmorlabs PMD 
  • USB-to-I2C Adapter: Elmorlabs EVC2
  • Durchfluss-Messgerät / Thermometer: Alphacool high flow NEXT
  • Software: Prime95 30.7 build 9, HWiNFO64 7.17-4655

Getestet haben wir neben dem ILM in Standard-Ausführung die Unterlegscheiben-Dicken 0,5 mm, 0,8 mm, 1,0 mm, und 1,3 mm. 1,8 mm lassen sich aufgrund der Kürze der ILM-Schrauben erst gar nicht verbauen. P# max Δ ist jeweils die höchste Temperatur eines CPU-Kerns als Delta zur Wassertemperatur zum gemessenen Zeitpunkt. Alle Werte sind in Grad Celsius angegeben. Und das Ergebnis sieht so aus:

Unterlegscheiben-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 Durchschnitt Verbesserung
keine/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

Mit dem Sockel ab Werk erreichen die P-Kerne im Schnitt 76,64 °C mehr als das Wasser, wobei P-Kern 3 bei meinen beiden chinesischen CPUs immer am wärmsten ist. Wenn wir nun mit den Tests mit den Unterlegscheiben beginnen, sehen wir bereits eine Verbesserung von 2,8 °C mit 0,5 mm und nahezu 3 °C mit 0,8 mm. Das beste Ergebnis lässt sich in unseren Tests mit 1,0 mm Dicke erzielen mit 70,88 °C und damit einer Verbesserung von 5,76 °C. Die noch höheren 1,3 mm machen sogar wieder einen leichten Rückschritt auf 71,60 °C, da der Kühlerboden hier bereits leicht auf dem ILM aufliegt. Eine Beeinträchtigung der Pin-Kontakte im Sockel und etwaige Auswirkungen auf die Systemstabilität konnten wir auch mit übertaktetem DDR5-Arbeitsspeicher in keinem Fall feststellen. 

Wenn wir die Durschnitts-Temperatur aller P-Kerne relativ zum Wasser über die Zeit plotten, sieht man schön, dass der Intel Sockel ohne Modifikation (hier blau) immer die deutlich höchsten Temperaturen produziert. Hier liegt die 0,5 mm leicht unter den 0,8 mm, wobei dies vom Betrachtungspunkt der Daten abhängt (Durschnitt gegenüber Maximaltemperatur). Aber auch hier können die 1,0 mm mit den niedrigsten Temperaturen aller Tests das beste Ergebnis erzielen. 

Fazit

Dass Intel CPUs nicht immer exakt flach sind, ist eigentlich nichts neues, nur äußerte sich dies in der Vergangenheit meist in einer konvexen Form, wo die Mitte der CPU am höchsten lag. Somit konnten auch konvexe Kühlerböden in der Vergangenheit zumindest genau am kritischen Punkt im Zentrum des IHS optimalen Kontakt erreichen und für gute Kühlung sorgen, wobei der schlechtere Kontakt zum Rand hin mit der dortigen geringeren Transferwärme eher zu vernachlässigen war.

Nun hat Intel leider mit Alder Lake den Spieß im wahrsten Sinne des Wortes umgedreht, sodass die Mitte des IHS tendenziell tiefer sitzt als der umliegende Bereich und nur noch ein extrem konvexer Kühlerboden direkten Kontakt mit der CPU herstellen könnte. In den meisten Fällen bildet sich aber in der Mitte des IHS einfach nur ein See von Wärmeleitpaste ohne direkten Kontakt von CPU und Kühler. Interessant ist aber, dass die CPUs von Werk aus wohl nicht (so stark) konkav sind, wie nach der Installation im Sockel und somit 4 Unterlegscheiben zwischen ILM und Mainboard-Platine schon eine deutliche Verbesserung bei den Temperaturen bewirken können.

stock ILM TIM spread, Credit: buildzoid

Ein 50er Pack M4 1,0 mm Nylon Unterlegscheiben ist für unter 5 Euro zu bekommen und für jeden einzelnen in Kühlung investierten Euro 1 °C niedrigere CPU-Temperaturen zu bekommen, ist wirklich der Traum eines jeden Enthusiasten und Übertakters. Trotzdem stellt sich wie so oft die Frage, ob die Konstruktion des Sockels und ILMs von Intel so wirklich zu Ende durchdacht wurde, oder, ob man nicht schon ab Werk eine optimalere Lösung hätte finden können oder sogar müssen.

Wir untersuchen das Thema bereits weiter und testen beispielsweise auch, ob die verschiedenen LGA1700 Sockel-Fabrikate (Lotes, Foxconn) eine Auswirkung auf das optimale Maß für die Unterlegscheiben haben, und, ob CPUs ab Werk vielleicht sogar gerade sind und unsere Exemplare nur durch die hunderten Betriebsstunden seit Launch mit diversen Hitzezyklen einen Teil der Verformung permanent angenommen haben. Wenn ihr Ideen habt, welche Tests oder Datenpunkte euch besonders interessieren würden, lasst es uns gerne im Forum wissen.

Danke nochmal an buildzoid, der uns die Idee für den heutigen Test gegeben und die Erstveröffentlichung der Ergebnisse überlassen hat. Wer sich für Overclocking interessiert und z.B. wissen will, wie ein VRM funktioniert oder welche Spannungslimits für eine gewisse Plattform empfehlenswert sind, sollte unbedingt mal einen Blick auf seinen Kanal werfen und vielleicht auch ein Abo da lassen!

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k
krelog

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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

Format©

6,188 Kommentare 9,730 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

Format©

6,188 Kommentare 9,730 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

21 Kommentare 8 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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felixb

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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

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21 Kommentare 8 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

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46 Kommentare 27 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

21 Kommentare 8 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

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74 Kommentare 56 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

Mitglied

74 Kommentare 56 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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Xaver Amberger (skullbringer)

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