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NVIDIA GeForce RTX 4090 und ein Design-Problem auf der Platine – Der 12VHPWR-Stecker kann deutlich kühler sein! | Pad-Mod 2.0

Generell betrifft die heute Untersuchung zwar alle Grafikkarten, die mit externen Stromanschlüssen arbeiten, aber der eher kleine 12VHPWR-Adapter und die Möglichkeit, bei einigen GeForce RTX 4090 satte 600 Watt (und mehr) durchzujagen, verschärft das Ganze natürlich etwas. Ich werde heute zeigen, wie mit man mit Hilfe von nur zwei Pads die Steckertemperaturen im 12VHPWR um bis zu 15 (!) Kelvin absenken kann und auch erklären, wo die hohen Temperaturen primär entstehen und warum sowohl der Luftkühler der Founders Edition als auch alle bisher getesteten GPU-Wasserblöcke eine Art Design-Schwachstelle aufweisen. Aber da muss man auch erst einmal drauf kommen…

Wichtige Vorbemerkung zum Projekt und den Messungen

Um möglichst gut sichtbare Unterschiede herausarbeiten zu können, habe ich den heutigen Test erneut mit einer GeForce RTX 4090 Founders Edition und einem GPU-Wasserblock (Watercool Heatkiller V Pro) bei 600 Watt Last gemacht. Auf das Thema Luftkühlung werde ich dann an den betreffenden Stellen natürlich auch eingehen, aber die Messungen sind mit einer konstanten Temperatur für die restlichen Komponenten einfach genauer. Raum und Wasser werden auf 20 °C gehalten und ich mache die radiometrischen Videos diesmal auch mit 30 FPS, was recht viel Speicherplatz benötigt, da die Originale unkomprimiert abgelegt werden müssen. Dafür war im Labor noch ein spezieller SSD-Umbau nötig.

Die heutigen Tests und auch meine „Bastelanleitung“ zeigen, dass es nicht immer am Anwender liegen muss, wenn sich der 12VHPWR-Stecker deutlicher erhitzt als erwartet. Und nein, es liegt auch nicht am „bösen“ Stecker an sich, sondern ursächlich am Platinen-Layout der Grafikkarte, NVIDIAs Kontroll-Wahn mit den Shunts und der mangelhaften oder fehlenden Kühlung eines ganz speziellen Bereiches. Warum das Engineering hier so nonchalant die Augen verschlossen hat, ist nur schwer zu verstehen. Ich habe die heutigen Inhalte zusammen mit einigen Boardpartnern und Kühlerherstellern bereits besprochen und bin mir auch sehr sicher, dass das Ganze später genauso Einzug in die laufende Produktion halten wird, wie damals mein Pad-Mod der GeForce RTX 3080 FE.

Die Thermal Map für die 600 Watt Belastung und die kritischen Bereiche auf der Platine

NVIDIA hatte den Boardpartnern und Kühlerherstellern bereits lange vor dem Launch des AD102 eine Thermal Map in die Hände gegeben, die ich Euch einmal als kleinen Auszug zeigen möchte. Um meine Quellen zu schützen, habe ich einfach den Screen im Labor schief abfotografiert, da sollte auch die letzten potentiellen digitalen Wasserzeichen (Fast Fourier) verschwunden sein. Man weiß ja nie… Je nach Grafikkartenmodell und Hersteller liegen bestimmte, ungekühlte Komponenten im betroffenen Bereich des 12VHPWR-Anschlusses. Wenn man die Einzelposten (gelber Rahmen) zusammenrechnet, dann entstehen dort auf engstem Raum rund 5 bis 6 Watt Abwärme, die in keinster Form gekühlt werden!

Das klingt zwar nicht nach extrem viel, ist aber durchaus relevant, zumal die Multi-Layer-Platine (bis zu 12 Layer) so voller Kupfer steckt, dass auch die heißen Tracks bis zu den Spannungswandlern und dessen Abwärme bereits eine gewisse Grundlage für einen thermischen Stau bilden. Da kommen dann diese Verlustleistungen noch mit dazu.

Das weiß man allerdings und verschließt trotzdem die Augen… Unverständlich. Der Kühler der NVIDIA GeForce RTX 4090 FE ist an dieser Stelle leider offen und es ist schlicht unmöglich, wenigstens die heißen Spulen thermisch an irgendeine kühlende Fläche anzubinden.

Kühler der RTX 4090 FE ohne Kühlfläche

Jetzt könnte man denken, die Hersteller der GPU-Wasserblöcke haben mal im Vorfeld der Entwicklung selbst gemessen. Fehlanzeige… Aber dazu komme ich gleich noch.

 

Testsystem und Aufbau

Den Aufbau kennt Ihr ja schon zur Genüge. Trotzdem liste ich der Vollständigkeit halber noch einmal die wichtigsten Eckpunkte auf. Ich setze wie immer auf die zentrale Labor-Kühlung mit dem Chiller und einen weiteren Ausgleichsbehälter (insgesamt knapp 20 Liter Wasser). Zum Einsatz kommt DP Ultra von Aqua Computer, das turnusmäßig gefiltert wird. Die Wassertemperatur wird auf konstanten 20 °C gehalten, was die Ermittlung der absoluten Temperaturen und der Deltas deutlich vereinfacht. Die interne GPU-Diode misst ab ca. 19 °C Chiptemperatur einigermaßen zuverlässig, darunter wird es schnell ungenau. Raumtemperatur und Wassertemperatur sind damit ungefähr auch gleich, was gefährliches Kondensat vermeidet.

Die Erfassung der Temperaturen erfolgt über ein Engineering-Tool für die GPU-Diode und die Substrat-Temperatur des GDDR6X (Hotspot) und mit Hilfe einer kalibrierten, hochauflösenden Industrie-Kamera für Infrarot-Messungen. Hier kommt die PI640 von Optris mit einer Normalbrennweite zum Einsatz. Die Kamera besitzt ein 640 x 480 Pixel großes Bolometer zu Erfassung der thermischen Strahlung. Für die Auswertung zeichne ich ein radiometrisches Video auf, das ich später auch noch beliebig auslesen kann.

Test System and Equipment
Benchtable:
Banchetto 101 (modified)
Cooler: Alphacool Eiszeit 2000 Chiller, 20l additional reservoir
Power Consumption:
Oscilloscope-based system:
Non-contact direct current measurement on PCIe slot (riser card)
Non-contact direct current measurement at the external PCIe power supply
Direct voltage measurement at the respective connectors and at the power supply unit
2x Rohde & Schwarz HMO 3054, 500 MHz multichannel oscilloscope with memory function
4x Rohde & Schwarz HZO50, current clamp adapter (1 mA to 30 A, 100 KHz, DC)
4x Rohde & Schwarz HZ355, probe (10:1, 500 MHz)
1x Rohde & Schwarz HMC 8012, HiRes digital multimeter with memory function

MCU-based shunt measuring (own build, Powenetics software)
Up to 10 channels (max. 100 values per second)
Special riser card with shunts for the PCIe x16 Slot (PEG)

Thermal Imager:
1x Optris PI640
Pix Connect Software
Type K Class 1 thermal sensors (up to 4 channels)
OS: Windows 11 Pro (all updates)

So viel erst einmal zur Einführung und meinem Experiment. welches ich auf der nächsten Seite dann im Detail zeigen werden. Die GeForce RTX 4090 FE läuft mit 133% Power Target und knapp 600 Watt TDP, mehr geht aktuell nicht

Symbolbild der Messungen

 

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Derfnam

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Zockpalast, oder? Dschörman Engineering proudly presents...

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D
Deleportas

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Vielen Dank für den Beitrag!
Das werde ich die Tage beim Umbau meiner 4070Ti auf Wasser mal mit einbauen. :)

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Case39

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Danke igor für, wiedereinmal einen Padmod, den es, wenn wer bei NV mal richtig nachgeguckt hätte, nicht gebraucht hätte. Und nochmal: Werd Berater bei NV und AMD...für bessere Produkte.

p.s. Wie ist der Zustand bei den Customkarten?

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big-maec

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821 Kommentare 475 Likes

Wusste nicht das die FE ein Limit erst bei 600W hat, dachte immer, die hat auch ein 450W BIOS Limit. Mir reichen meine 450W von der Leistung her. Mal schauen, wie die Platine an dieser Stelle nach längerer Zeit aussieht, kann mir nicht vorstellen das da keine thermischen Langzeitschäden auftreten.

EDIT: Der eine Shunt RS11 ist aber nicht ganz in der Markierung, oder?
Wenn ich das mit meiner Gainward 4090 Phantom vergleiche, ist es ja ähnlich.

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Igor Wallossek

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Das ist eine 450-Watt-Referenzplatine. Die hat nur zwei Shunts. Aber das passt schon so

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echolot

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Die heutige Schnelllebigkeit. Heute gekauft, morgen dann neu. Highend ist ungleich ausgereift. Betrifft vor allem die Entwickler. Hauptsache teuer.

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ro///M3o

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Das sind aber riesen große, richtig fette Erbsen… In einem geschlossenen Gehäuse mit zuheizender CPU müssten die Temps wirklich auf Kante liegen. Im Hochsommer kommts dann bestimmt zur Überstrapazierung. Will garnicht wissen wieviele Stecker „inoffiziell“ bereits geschmolzen sind.
Kann mir auch nicht vorstellen, das das „nicht gewollt“ sein kann. Die (älteren) Karten halten einfach zu lange und man will (noch viel mehr) Geld verdienen…

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Saschman73

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464 Kommentare 274 Likes

Na da werden heute die Shops die 3mm Soft-Pads anbieten ganz aufgeregt ihre Lagerstände überprüfen! :sneaky:

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H
Headyman

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Die Temperaturen sind zwar hoch aber es scheint ja doch irgendwie gerade noch gutzugehen. Da wird halt hinter jeden Entwickler ein Controller gesetzt und dann jeder Cent eingespart wo nur geht. Da kann man oft den Entwicklern keinen Strick drehen, die müssen dann ans Limit gehen.
Stecker umpositionieren: müsste man evtl die Platine vergrößern, ist ja fast überall irgendwas was heizt. Größere Platine geht gar nicht, zu teuer.
Und Pads draufkleben, na die kosten doch auch, also nö.
Und die nächsten GPUs wollen doch auch verkauft werden, wo kommen wir denn da hin, wenn die derzeitigen GPUs nach 2 Jahren immer noch keine Hitzeschäden haben. Da käme ja noch einer auf die Idee, die mageren Performancegewinne der nächsten Gen durch nichtkaufen auszusitzen.

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Gregor Kacknoob

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524 Kommentare 442 Likes

Mir war so, als ob mit der Kühlerdemontage/-wechsel bei nVidia die Garantie flöten ginge. Spontan nichts aktuelles gefunden. Natürlich kann bei der Demontage auch etwas schiefgehen. Murphy’s law.
Das Senken des Powertargets dürfte mit einem geringeren Risiko einhergehen und dabei wird sogar die gesamte Karte kühler

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Steckermobbing (TM) :D

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D
Deridex

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2,210 Kommentare 846 Likes

<Sarkasmus>
Wer hätte den gedacht, dass Schaltregler nicht nur aus einem MosFET bestehen.
</Sarkasmus>

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P
Phelan

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190 Kommentare 172 Likes

Wenn man für die Autoindustrie was konstruiert ist es nicht unüblich das neben einer Mindesthaltbarkeit auch auch eine maximale Haltbarkeit im Lastenheft steht. Also z.b. mindestens 10 Jahre, maximal 15 Jahre.
Auf die Frage warum maximal ? War die Antwort , weil sie sonst offensichtlich zuviel Material einsetzen und ihre Lösung teurer ist als nötig.

Als Techniker argumentiert man ja so: die 20 cent zu sparen , sorgt dafür das es nur noch die Hälte der Nutzungsdauer hat! Das ist dann so eine Sollbruchstelle, die 100% kaput gehen wird... also scheiß auf die 20 cent... Das gibt böse Blicke....

Deswegen ist es wirklich nett , wenn sich Leute gedanken machen , wie man es nachher wenigstens selber fixen kann um lange freude an seiner Technik zu haben.

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Igor Wallossek

1

10,157 Kommentare 18,727 Likes

Keine Siegel, das Abnehmen der Backplate auf der FE ist sowas von easy... Haltemagnete, mehr nicht. Allerdings ist es dann wirklich der Anpressdruck, der zu gering ausfällt, wenn die Pads zu hart und dünn sind. Also ultra-soft, dick und schön fest andrücken.

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Pascal TM-Custom

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1,122 Kommentare 1,361 Likes

Mich würde mal Interessieren was passiert wenn man diesen blöden Stecker ablötet und rechts 2x8 Pin auflötet.

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A
Arcbound

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137 Kommentare 105 Likes
Igor Wallossek

1

10,157 Kommentare 18,727 Likes

Nichts. Dann musst Du noch einen der Sense-Pins manuell grounden. Sonst geht die Karte nicht an.

Die zwei 8-Pin sind aber keine zwei 6+2-Stecker, sondern EPS x8. Also 4x 12V + 4x Masse

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big-maec

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821 Kommentare 475 Likes

Soweit war ich auch schon mit meinen Gedanken. Wenn, es den Core Block endlich gibt und ich die Karte auf Wasser umbaue, werde ich mir das alles noch mal anschauen. Dachte eher daran, an den 12VPHWR nur die Sense-Leitungen anschließen und an den noch nicht vorhandenen Steckern die Karte mit Strom zu versorgen. Das hängt aber davon ab, ob die parallel zum 12VPHWR angebunden sind.

Also wie der Stecker oben.

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grimm

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3,081 Kommentare 2,033 Likes

Ich sehe das aber doch richtig, dass es um Karten geht, bei denen man 500-600 Watt durchjagt? Und dass zum Beispiel die 4080 aufgrund der geringeren Leistungsaufnahme garnicht betroffen wäre (weil oben jemand eine 4070 TI umbauen wollte)?
Otto, also ich, würde so eine Karte ja @stock betreiben, vielleicht sogar ein Framelimit setzen. Dann zieht das Teil so um die 300-350 Watt. Das sollte doch kein Problem sein.
Bei all der explodierenden Visualistik wünsche ich mir eine sachliche Aussage, für wen das Design überhaupt zum Problem werden könnte. Denn wie du @Igor Wallossek im Fazit zutreffend sagst: "Generell kann man sagen, dass bei Verlustleistungen bis 450 Watt keine thermische Gefährdung des 12VHPWR-Anschlusses durch die Platine auftreten dürfte."

Aktuell hab ich nur das Gefühl, dass sämtliche 40XXer Besitzer verunsichert sind.

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Case39

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2,496 Kommentare 928 Likes

Danke für die Spende



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About the author

Igor Wallossek

Chefredakteur und Namensgeber von igor'sLAB als inhaltlichem Nachfolger von Tom's Hardware Deutschland, deren Lizenz im Juni 2019 zurückgegeben wurde, um den qualitativen Ansprüchen der Webinhalte und Herausforderungen der neuen Medien wie z.B. YouTube mit einem eigenen Kanal besser gerecht werden zu können.

Computer-Nerd seit 1983, Audio-Freak seit 1979 und seit über 50 Jahren so ziemlich offen für alles, was einen Stecker oder einen Akku hat.

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