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.
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) |
| 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
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