GeForce RTX 3080 und RTX 3090 mit gebogenem Package – warum es Wasser- und Luftkühler so schwer haben | Investigativ

1 - Wichtige Vorbemerkung und der konkave Die 2 - Packagehöhen und Bending

Problemzone 2 – das gebogene Package mit stark streuender Höhe

Auch ein Package weist immer Spannungen und gewisse Höhentoleranzen auf, das ist soweit also noch alles völlig normal. Allerdings gibt NVIDIA hier bis zu 0.3 mm als Toleranzbereich an, was auch im Vergleich zu Turing sehr hoch ausfällt. Wir erinnern uns: es gab Wasserblöcke deutscher Premium-Hersteller, die statt der Wärmeleitpads nur mit Wärmeleitpaste zwischen den RAM-Modulen und dem Kühlerboden gearbeitet haben (< 0.15 mm). Die hervorragenden Ergebnisse sind bekannt und auch durch meine Tests belegt worden. Und nun?

Die nachfolgende Auswertung der Höhen-Unterschiede zeigt eine Wölbung an und ein gleichzeitige Abweichung der tatsächlich gemessenen Höhen von der als Normvorgabe vorliegenden 3D-Konstruktions-Datei, die ich als direkten Vergleich daruntergelegt habe. Man sieht sehr gut auch das Bending des Packages und der darunter liegenden Platine der Grafikkarte. In diesem Fall sehen wir, dass sich sogar die Platine durch das Verschrauben noch deutlich verbiegen musste, um überhaupt den Kontakt herstellen zu können. Das ist nach dem Abkühlen nach einem BurnIn übrigens bereits irreversibel.

Ich sehe somit eine Abweichung von ca. 0.3 mm von der Norm, was NVIDIA zwar als Toleranzgrenze, jedoch auch noch als praktikabel ansieht. Diese 0.3 mm klingen erst einmal nicht nach viel, doch in der Praxis bekommt man nun ein Problem, denn zwischen dem Kühlerboden und der Platine stecken nun einmal Abstandshalter. Der Kühlerproduzent wird sich natürlich erst einmal an die offiziellen Vorgaben für die Package-Höhe halten. Fällt das Package jedoch (im Rahmen von NVIDIAs Specs) höher aus, dann stößt der Chip schon am Kühler an, wenn zwischen Platine und Abstandshalter noch ein dicke Lücke klafft:

Jetzt könnte man natürlich die Platine mit Gewalt durch festes Verschrauben herunterbiegen, aber wirklich smart ist das nicht. Es wird sich alles umso mehr verziehen und die Flächen werden auch nicht mehr plan aufeinander liegen können (Speicher, MOSFETS usw.). Deshalb habe ich in diesem Fall zu Abstandhaltern gegriffen. Wie dick die in diesem Fall sein mussten, zeigt die nächste Abbildung, die aber noch ein Problem offenbart. Während man den Abdruck des Die samt Gravur als bleibende Spuren im Kupferboden sieht, haben die beiliegenden Wärmeleitpads nämlich gar keinen Kontakt gehabt.

Hier muss man nun definitiv auf die nächsthöhere Stärke ausweichen! Und so wird aus den 0.5 mm Pads plötzlich ein 1 mm Pad mit doppelt so hohem Wärmewiderstand und den bekannten Folgen für die Kühlung. Nur was soll der Kühlerhersteller auch machen, denn das nächste Package kann schon wieder ganz anders aussehen? Er müsste entweder mehrere Stärken beilegen oder gleich auf meine geliebten Brösel-Pads in fester Wärmeleitpasten-Konsistenz ausweichen. Da kann man alles locker und ohne fiesen Druck auf die Komponenten verdrücken. Im Übrigen nutzt auch NVIDIA solche Pads selbst, denn man wird schon wissen, weshalb.

Hat man dann alles sauber korrigiert und angepasst, klappt es auch mit der Custom-Loop. Und nein, diesmal gewinnt nicht der Anbieter mit den besten Spaltmaßen, sondern der mit der geringsten Normabweichung. Es wird also zum GPU-Package-Lotto, wo die Kühleranbieter fast schon zu Statisten mutieren. Das ist schade, aber wenn die Tolerenz in den Specs das so meint, dann ist es eben so.

Im Übrigen haben auch die Boardpartner Ihre ganz eigenen Lösungsansätze gefunden, die überwiegend aus möglichst langen Abstandshalten und viel dicker, viskoser Wärmeleitpaste besteht, um kein extremes Bending zu riskieren. Für den Speicher und die MOSFETS nimmt man notgedrungen eben dickere Pads und fertig ist der Workaround. Das ist alles andere als optimal, aber zumindest praktikabel. Das zu bewerten steht mir nicht zu, aber ich möchte noch einmal explizit darauf hinweisen, dass es schon einmal deutlich bessere Spaltmaße gab und gibt. So extrem war maximal Vega mit den gemoldeten und ungemoldeten Chips. Aber das war wieder eine ganz andere Story.

Noch einmal abschließend die Bitte, diese Messungen als Entscheidungshilfe für die Umsetzung der Kühlung zu sehen, falls man eine Custom-Wasserkühlung bauen möchte. NVIDIA ist am Ende auch ja auch nur Kunde und muss nehmen, was Firmen wie Samsung und die Packager so vor sich hinbiegen. Im wahrsten Sinne des Wortes. Aber wir Deutschen sind ja eh Erbsenzähler und Spaltmaß-Fetischisten der anderen Art. Wobei es immer wieder ein Genuss ist, wenn eine Fahrzeugtür mit sanftem Plopp schließt. Nur sind Grafikkarten leider keine Autos.