Gaming-Notebook: Kühler, schneller, leiser? Undervolting und repaste ausprobiert

In diesem Beitrag erfahrt ihr, welche Temperatur- und Leistungsunterschiede bei meinem Notebook ich mit reduzierter Prozessorspannung (undervolting) und nach dem Entstauben mit neu aufgetragener Wärmeleitpaste (repaste) gemessen habe und ob sich das auf die Framerate auswirkt.

Leistungsfähige Notebooks haben oft einen Haken: Unter Volllast werden sie schnell heiß, was einfach der kompakten Bauweise geschuldet ist. Das hat zur Folge, dass die Lüfter aufdrehen und der Prozessor oder die Grafikeinheit sich runtertakten müssen, um nicht zu überhitzen („thermal throttling“). Ein weiterer Faktor ist, dass sich CPU und GPU einen Kühlkörper teilen, weshalb sich die Komponenten gegenseitig erhitzen können. Dies kann messbare Leistungseinbußen haben (z.B. in Form von Einbrüchen bei der Framerate) und ist nicht unbedingt förderlich für die Lebensdauer der Hardware. Manche Modelle bieten die technische Möglichkeit und den Spielraum, die Versorgungsspannung des Prozessors zu reduzieren („undervolting“). Die Idee dahinter ist recht simpel: Weniger Saft gleich weniger Abwärme. Gerade Notebook-Modelle, die schon etwas älter sind und bei aktuellen Titeln an ihre Grenzen kommen, können von diesen Maßnahmen profitieren!

Ich habe vor einiger Zeit ein solches 15″ Notebook gebraucht erworben, welches zwar per se nicht als Gaming-Notebook verkauft wurde, aber die technischen Eigenschaften besitzt. Es stammt von ca. 2019 und hat einen Intel Core i7-8750H (Basistakt 2,2 GHz, Turbo bis 4,1 GHz) sowie eine NVIDIA RTX 2060 (90W) verbaut. Im Energieprofil Höchstleistung drehen die Lüfter schnell auf und in Benchmarks oder anspruchsvolleren Spielen wie Red Dead Redemption 2 oder Battlefield 1 bewegt sich die Spitzentemperatur (CPU) nach einiger Zeit im Bereich von 92-98°C (< 100 °C sind aber innerhalb der Spezifikation!). Ich bin kein Vielspieler und habe in diesen Titeln auch keine Probleme mit der Framerate, aber alleine die Möglichkeit, meine Gerät noch weiter zu optimieren, hat mich neugierig gemacht 🙂

Undervolting

Um euch das eingangs beschriebene Phänomen an meinen Notebook zu zeigen, habe ich hier einen Screenshot aus dem Monitoring gemacht:

Unter dem Energieplan „Höchstleistung“ hält Windows die Taktfrequenz des Prozessors dauerhaft auf Turbo-Niveau von bis zu 4,1 GHz (1) bei einer Temperatur von um die 48°C. Sobald ich den Stresstest mit Prime95 starte, steigt die Temperatur schnell auf >90°C, so dass die CPU schon nach wenigen Sekunden den Turbo reduzieren muss (3) und immer wieder auf den Basistakt (4) zurückfällt, um nicht zu überhitzen.

Zum Reduzieren der CPU Spannung nutze ich ThrottleStop. Ich habe beim Schreiben gemerkt, dass dieser Beitrag zu lange wird, wenn ich jeden Schritt einzeln erläutere, deshalb habe ich an dieser Stelle zusammengefasst. Ich habe mich dabei an diesem Beitrag bei techpowerup orientiert. Wenn euch Details interessieren, hinterlasst mir einen Kommentar!

Ich habe zunächst SpeedStep de- und Speed Shift aktiviert. Der Wert von 32 entspricht ungefähr meinem Basistakt von 2,2 GHz und ist für mich ein guter Kompromiss zwischen Stromsparen und „Bereitschaft“. Nun zum Untervolting im Reiter „FIVR“. Voreingestellt sind bei meinem Notebook -50 mV bei CPU Core und CPU Cache, ich habe nun für meinen Test bei 0 angefangen und schrittweise vorsichtig reduziert (-50, -70, -100, -110, …). Nach jeder Änderung habe ich einen 10 minütigen Durchlauf mit Cinebench gemacht, um die Veränderung zu bewerten und zu schauen ob der Rechner abstürzt. Dabei bin ich zunächst, wie empfohlen, mit beiden Reglern gleichzeitig runtergegangen und nach dem ersten Absturz mit dem CPU Cache bei -160mV bin ich wieder ein Stück zurück und nur mit der Core Spannung weiter runter gegangen.

Nachdem ich die letzte stabile Einstellung gefunden hatte, habe ich die ThrottleStop Benchmark (960M, Fixed) laufen lassen, wobei das System zwar nicht abgestürzt ist – aber Fehler gefunden wurden. Nachdem ich die Cache Spannung wieder ein Stück erhöht hatte, war es dann OK. Danach habe ich Prime95 im Torture Test für ca. eine halbe Stunde laufen lassen und das ganze dann nochmal kombiniert im Stresstest, mit einer GPU Benchmark wie Unigine Superposition oder Furmark und auch nochmal testweise im Akkubetrieb. Soweit alle stabil (wie weit man gehen kann ist ja immer etwas individuell vom Chip abhängig und ein Stück weit Glückssache). Ich habe währenddessen Daten mit hwinfo64 aufgezeichnet und die Daten in Excel visuell etwas aufbereitet:

Einfache Zahlen = CPU Core und CPU Cache Spannung sind gleich gewählt, danach angegeben als CPU Core / CPU Cache, *erster BSOD, **ab hier kein Thermal Throttling mehr, ***Errors in der TS Bench, X = gewählte stabile Einstellung

Wie ihr an den Diagrammen erkennen könnt, habe ich beim ersten Durchlauf in Cinebench R23 eine durchschnittliche Taktrate von 3150 MHz bei einer Temperatur von bis zu 96°C und einem Stromverbrauch von bis zu 87W. Schon nach den ersten UV-Schritten sind deutliche Verbesserungen zu erkennen. Bei den gewählten Werten (CPU Core -220 mV, CPU Cache) komme ich auf eine Taktfrequenz von 3688 MHz bei 88°C bei nur noch 71W. Das entspricht einem Leistungszuwachs von +538 MHz (17%) im Schnitt und die CPU ist dabei auch noch 8°C kühler! Ich habe mich bewusst nicht für die höchste gezeigte Option entschieden, da ich zum einen etwas „Sicherheitsabstand“ zur letzten Crash-Einstellung haben wollte und zum anderen die Kurve gegen Ende abflacht und es aus meiner Sicht keinen nennenswerten Vorteil gebracht hätte.

Außerdem möchte ich mit euch noch die Benchmark-Ergebnisse teilen. CPU-Z hat bei mir keinen nennenswerten Unterschied gezeigt, deshalb hier nur die Ergebnisse von Cinebench (Multicore), 3DMark und der Benchmark von Read Dead Redemption 2.

Bei 3DMark TimeSpy fällt der Unterschied eher gering aus, was wohl daran liegt, dass die CPU-Benchmark nur einen Teil des Gesamtbewertung ausmacht. Deutlicher dagegen ist der Unterschied in der Renderbenchmark Cinebench R23, dort konnte ich durch das Undervolting +1081 Punkte in der Bewertung gewinnen, was einem Leistungszuwachs von ungefähr 15% entspricht. Bei RDR2 in der integrierten Benchmark ist immerhin ein FPS-Zuwachs von 4-10 Frames je nach Szene zu erkennen. Interessant wird es hier eher bei den Temperaturen: Während die CPU bei der ersten Messung Temperaturen bis zu 96°C erreicht hat und die Leistung drosseln musste, bleibt die Temperatur nach dem Undervolting bei unter 89°C. Deutlich kühler, das habe ich auch an der Lüfterdrehzahl gemerkt!

Zum Schluss noch einmal der Graph der Prozessorauslastung unter Volllast mit Prime95. Wie ihr seht, kann die CPU nun einen deutlich höheren Boost-Takt halten (4), ohne dass „thermal throttling“ eintritt.

Im Leerkauf schwankt die Taktfrequenz dank SpeedStep nun zwischen 1,1 – 2,1 GHz. Nach dem Start der Benchmark erreicht die CPU zunächst einen Turbo von 4 GHz (3), die Temperatur steigt dabei auf bis zu 92°C. Der Turbo fällt nach einiger Zeit (nur noch) auf ca. 3,2 GHz zurück.

Lüfter reinigen und Austausch der Wärmeleitpaste

Bei hohen Temperaturen soll es helfen, den Lüfter zu entstauben und die Wärmeleitpaste (WLP) zu erneuern (repasting), da diese bei der Fertigung ungleichmäßig aufgetragen, qualitativ minderwertig oder einfach zu alt sein könnte. Mit der Zeit sammelt sich auch Staub im Lüfter und an den Kühllamellen an, was die Luftzirkulation beeinträchtigt. Ich habe mein TUXEDO Notebook (ca. 3 Jahre alt) demontiert, gereinigt und die WLP neu aufgetragen, um zu schauen, ob es einen Unterschied macht.

Das Vorgehen ist bei den meisten Notebooks sehr ähnlich, trotzdem gibt es gerade bei dem Öffnen des Gehäuses je nach Modell einige Besonderheiten zu beachten. Meist finde ich auf YouTube ein Video, wo das entsprechende Gerät schon einmal geöffnet wurde. Ein Set mit passendem Werkzeug ist auch sehr hilfreich, besonders die Plastikclips zum schonenden Öffnen der Gehäuseabdeckung.

Ich habe das Notebook von der Rückseite aus geöffnet. Zu Erkennen ist im zweiten Bild, dass die Kupfer-Heatpipes von CPU und GPU miteinander verbunden sind, also ein „Wärmeaustausch“ stattfindet. Besonders im Lüfter der GPU hing viel staub (Bild 3). Nach dem Entfernen des Kühlsystems kamen die CPU und die GPU zum Vorschein. Die WLP bei der GPU war mittig angetrocknet, bei der CPU hat in der rechten unten Ecke etwas WLP gefehlt, was aber auch beim Entfernen des Kühlsystems hängen geblieben sein könnte (Bild 4). Auch in den Lamellen des Radiators hing viel Staub, mehr als bei den Lüftern. Nach dem Entstauben der Hauptplatine und dem Entfernen der alten WLP habe ich eine frische Schicht mit Arctic MX-4 Wärmeleitpaste aufgetragen und die Lüfter geöffnet, um sie vorsichtig mit einem Pinsel zu reinigen.

Nach dem Zusammenbauen habe ich noch einmal stichprobenartig die Benchmarks durchlaufen lassen, um sie mit den bisherigen Messwerten zu vergleichen. Und oho!

In allen Messungen sind die Temperaturen deutlich niedriger ausgefallen als zuvor und bleiben unter dem kritischen Bereich von >90°C. Besonders beeindruckt hat mich der Temperaturunterschied ohne Undervolting (Bild 1). Im Leerlauf sowie in der 3DMark TimeSpy Benchmark sind die Maximaltemperaturen 10°C niedriger als zuvor! Auch bei der GPU Benchmark Superposition ist ein deutlicher Unterschied bei den Temperaturen zu erkennen, obwohl der Hitzestau bisher eigentlich eher die CPU betroffen hat. Das wirkt sich auch auf die Leistung aus. In Cinebench R23 (Multicore, 10 Minuten) ist zum ersten Mal, selbst ohne undervolting, kein thermal throttling mehr aufgetreten. Mit aktiviertem uv-Profil (siehe Teil 1 des Beitrags) konnte dort ich die durchschnittl. Taktfrequenz noch einmal um ca 100 MHz steigern (Bild 3), was sich auch positiv auf die Bewertung ausgewirkt hat (Stock +100 Punkte, mit uv + 200 Punkte).

Fazit

Auf die Frage, ob sich die ganze Mühe nun gelohnt hat (das Benchmarken und Dokumentieren hat schon einige Zeit in Anspruch genommen), würde ich definitiv mit JA antworten. Was den beachtlichen Unterschied nach der Reinigung ausgemacht hat, kann ich nicht eindeutig identifizieren, ich vermute es war schlicht eine Kombination der Eingangs erwähnten Probleme mit dem Staub und der Wärmeleitpaste. Ich habe für diesen Beitrag mit dem undervolting angefangen, weil es schlicht und einfach bequemer zu machen war, in der Praxis würde ich das Reinigen und Tauschen der WLP im Sinne eines ursächlichen Lösungsansatzes vermutlich vorziehen. Aber selbst, wenn dies nicht den entscheidenden Unterschied machen sollte, lässt sich – je nach Hardware – durch das undervolting noch etwas mehr Leistung rausholen. Ich denke davon profitieren gerade die Notebooks, die jetzt langsam in den Jahre – und bei aktuellen Titeln so langsam an ihre Grenzen kommen. Und die reduzierten Temperaturen werden der Hardware langfristig zugute kommen und das Gerät leiser machen.

XBOX One Kühlung – Wärmeleitpaste und Lüftermod

Zuletzt habe ich unsere XBOX One wieder rausgekramt, die wir uns damals gemeinsam mit The Witcher 3 angeschafft hatten. Sie hat inzwischen schon ein paar Macken, zum Beispiel stottert der Sound gelegentlich und die Ladezeiten diverser Titel sind recht lange. Auch wenn Ende des Jahres aller Voraussicht nach die nächste Konsolengeneration erscheinen wird: Zurücksetzen wollte ich sie sowieso schon länger einmal. Via reddit bin ich zufällig auf ein Thema gestoßen, wo der Einbau eines Dritthersteller-Lüfters zu Gunsten der Lautstärke und Betriebstemperatur diskutiert wurde [1]. Da mich das Thema interessiert hat, habe ich etwas mehr über das Modding der XBOX recherchiert und dabei erfahren, dass das Austauschen der internen Festplatte durch eine SSD wohl auch ganz einfach zu machen sei und einen Geschwindigkeitsvorteil mit sich bringt. [2] Also, los gehts!

Im ersten Beitrag dieser zweiteiligen Serie möchte ich euch zeigen, wie ich die Kühlung meiner XBOX One (2015) verbessert und den Betrieb leiser gemacht habe.

Demontage und Reinigung

Meine Beschreibung bezieht sich auf die erste Generation der XBOX One, das Vorgehen bei der neueren S-Version scheint aber weitestgehend gleich zu sein. Durch das Öffnen des Konsolengehäuses (das Entfernen des Microsoft-Siegels an der Rückseite) verliert ihr euren eventuell noch vorhandenen Garantieanspruch. Ihr handelt auf eigenes Risiko!

Für die Demontage der einzelnen Hardware-Komponente benötigt ihr als Werkzeug zwei verschiedene Torx-Schraubendreher sowie mindestens einen Gehäuseöffner aus Plastik (ein stumpfes Messer wird es auch tun).

Das Öffnen der XBOX ist eigentlich super einfach. Die äußere Abdeckung umschließt die Hardware nach dem Sandwich-Prinzip. Die größte Hürde besteht meiner Meinung nach darin, das Plastikgehäuse zu öffnen. Dieses ist ähnlich wie bei Notebooks zusammengeclipt. Als erstes eine eventuell eingelegte Disk entfernen und das Gerät vom Netz trennen. Ist die Abdeckung erst einmal entfernt, können die einzelnen Komponente Stück für Stück mit den Torx-Schraubendrehern entfernt werden und nach dem Öffnen des oberen Metall-Case ist der Blick auf die Hardware frei. Festplatte, BluRay-Laufwerk und Lüfter sind nur aufgesteckt und schnell ausgebaut. Den gesamten Prozess im Fließtext zu beschreiben, finde ich sehr umständlich. Ich empfehle euch dazu einfach folgendes Demontage-Video, welches mir selbst geholfen hat:

Habt ihr die Platine aus dem Metall-Gehäuse gelöst, kann nun der Kühler entfernt und so der Rechenkern freigelegt werden. Dazu muss die auf der Rückseite der Hauptplatine aufgespannte X-Klemme des Radiators von den vier Pins gelöst werden. Das ist etwas heikel, da die Halterungen dicht über der Platine liegen! Um das Board nicht zu verkratzen, habe ich vorsichtshalber etwas untergelegt. Die Metall-Clips habe ich relativ leicht entfernt, in dem ich einen Schlitz-Schraubendreher eingehakt und den Clip entgegen dem Uhrzeigersinn drehend vom Pin gelöst habe.

sauber gemacht

Da ihr nun alle erforderlichen Teile demontiert habt, könnt ihr diese mit einem Pinsel und etwas Druckluft leicht entstauben. Auch die Radiatorlamellen sollten frei sein, damit die Abwärme gut abströmen kann. Zugegeben, nach fast 5 Jahren ist die Platine und der Lüfter weit weniger verstaubt als ich angenommen hatte, das kommt aber auch auf die Betriebsstunden und den Standort an.

Die alte Wärmeleitpaste habe ich vom Radiator und der CPU mit einem Tuch und etwas Reinigungsspiritus entfernt. Sie war bereits vertrocknet und meiner Meinung nach zu ungleichmäßig aufgetragen. Hier sollte doch noch was rauszuholen sein!

Neue Wärmeleitpaste

Gleiches Spiel wie beim PC: Im Prinzip tut es jede beliebige Wärmeleitpaste. Dennoch gibt es Unterschiede bei der Wärmeleitfähigkeit verschiedener Produkte. Auch kann ich aus eigener Erfahrung sagen, dass sowohl die aufgetragene Menge als auch die Methode des Auftragens das Ergebnis erheblich beeinflussen kann.

Zum Einsatz kam die MX-4 von Arctic, welche zur Zeit bei vielen Händlern beworben wird. Aber auch mit Produkten von Thermal Grizzly [3] habe ich gute Erfahrungen gemacht.

Zum gleichmäßigen Verteilen der Paste habe ich einen alten Schaber benutzt. Dabei darauf achten, dass der Chip komplett bedeckt ist. Die Schicht sollte so aufgetragen werden, dass der Chip gerade nicht mehr darunter zu erkennen ist. Im Anschluss den Radiator gleichmäßig aufsetzen und mit dem X-Halter wieder auf der Platine befestigen.

Im Nachhinein habe ich auf den Bildern die ringförmig um den CPU angebrachten schwarzen Chips mit der Aufschrift „SAMSUNG“ entdeckt, wovon ich ausgehe, dass es sich um den RAM handelt und mich gefragt, ob man durch das zusätzliche Anbringen von z.B. Kupfer-Heatsinks eine noch bessere Wärmeabgabe erreichen könnte. Vielleicht teste ich das noch…

Lüftertausch

Wollt ihr den Lüfter tauschen, müsst ihr den Ersatz zunächst mit Werkzeug zurechtschneiden und damit in Form bringen, das Metallgehäuse lässt sich sonst nicht schließen.

Wenn man sich den originalen XBOX-Lüfter anschaut, sieht man, dass es sich um einen handelsüblichen 120mm PWM-Lüfter (4-Pin / 12V / 0,5A) handelt, wie er auch in PCs zu finden ist. Angeschlossen ist dieser über einen „kleinen“ PWM-Anschluss, wie er oft bei Grafikkarten zu finden ist. Nun habt ihr zwei Möglichkeiten: Entweder ihr kauft euch ein PWM zu VGA Adapterkabel (5€ im Internet), oder ihr nehmt einen Lötkolben, knipst die vier Kabel durch und verwendet den Originalkabelbaum des XBOX-Lüfters, so wie ich es bei meiner VEGA 64 Lüftermod gemacht habe. Die Kabelbelegung sieht bei einem 4-PIN PWM Lüfter normalerweise so aus:

Da der XBOX-Serienlüfter komplett schwarz ist, müsst ihr die Belegung wahrscheinlich ausprobieren. Ich habe mich dieses Mal für die lötfreie Option entschieden, da ich noch einen solchen PWM-Adapter zuhause hatte.

Im Prinzip hat man freie Wahl was den Hersteller angeht. Da ich bereits mit Noctua gute Erfahrung gemacht hatte, habe ich mich für einen Noctua NF-F12 entschieden. Das Modell hat die gleiche Leistungsaufnahme wie der Serienlüfter der XBOX. Hitzeprobleme hatte ich nicht akut bei der XBOX, deswegen war mir bei der Auswahl der geringe Geräuschpegel wichtiger.

Der neue 120mm Lüfter passt genau auf den Radiator, auch wenn er nicht die passende Clip-Halterung dafür hat. Mein NF-F12 Modell ist zusätzlich noch mit einer „Anti-Vibrations-„Gummibefestigung versehen, welches dem Lüfter einen rutschfesten Halt gibt.

Zunächst habe ich die Funktion des neue Lüfters getestet, indem ich die das entfernte WLAN-Modul, Lautsprecher und das Frontalpanel wieder verbunden und die XBOX im offenen Zustand gestartet habe. Dabei habe ich besonders darauf achtet, ob die PWM-Steuerung funktioniert und der Lüfter auch bei niedriger Drehzahl zuverlässig läuft, da im oben erwähnten reddit [1] berichtet wurde, dies hätte nicht mit jedem getesteten Lüfter geklappt.

Den Airflow beachten

Vor der Demontage dachte ich, der Lüfter würde, wie bei PCs üblich, die kühle Luft durch den Radiator pusten, da lag ich allerdings falsch. Da solltet ihr bei der Montage des neuen Lüfters aufpassen, falls ihr diesen wie ich zurechtschneiden wollt:

Nach dem Öffnen der Abdeckung wird mir klar – und das ist auch logisch: Der obere Lüfter saugt die Luft über die Seiten der XBOX über die periphere Komponenten auf dem Mainboard an, durch den Radiator hindurch und gibt die Abwärme über die Oberseite ab. Entsprechend der Ausrichtung der Gehäuse-Lamellen habe ich den Luftstrom mithilfe der seitlich aufgetragenen Markierungen noch oben hinten (↑→) ausgerichtet.

was nicht passt, wird passend gemacht

Bei der ersten Anprobe musste ich feststellen, dass der Lüfter zwar gut sitzt, sich das innere Metall-Case aber so nicht mehr schließen lassen würde, da dieses eine spezielle 120mm Aussparung mit Gummipolsterung für den Lüfter hat. Erst habe ich überlegt, die obere Metallabdeckung wegzulassen, aber da dort die WLAN-Antenne befestigt ist und das Gehäuse sicher auch ein Dämmfaktor bei der Geräuschemission ist, habe ich mir kurzerhand eine Metallsäge und -feile geschnappt und die oberen vier Ecken des Noctua-Lüfters abgesägt und abgerundet, was nur wenige Minuten dauerte und ein recht zufriedenstellendes Ergebnis erzeugt hat.

Die abgerundeten Ecken sollten genau auf den Schaumstoffring der Gehäuseöffnung passen, damit es nicht zur Vibrationsübertragung auf das Metall kommt (s. Bild). Nach einer kurzen Anprobe habe ich den Lüfter dann mit vier Kabelbindern auf den Radiator geschnallt und die XBOX entsprechend den vorhergehenden Demontage-Schritten wieder zusammengeschraubt.

Beobachtung und Fazit

Über die XBOX-Software gibt es keine Möglichkeit, die Temperaturen auszulesen und auch ein Infrarot-Thermometer habe ich nicht. Da bleibt nur der subjektive Eindruck. Und der überzeugt!

Wenn ich bei eingeschalteter XBOX die Hand über den aufsteigende Abluft halte, ist dieser bereits im Leerlauf (minimale Drehzahl) deutlich wärmer, der Radiator dabei nur lauwarm. Unter Last (aktueller Titel wie RDR2 oder Tomb Raider) erhöht sich die Lüfterdrehzahl dann leicht, was aber bei dem Noctua nicht zu hören ist. Auch beim längeren Spielen vom Sofa aus kann ich die Konsole nicht hören (abgesehen vom Lüfter des Netzteils!).

Daraus schließe ich, dass die erneuerte (und wahrscheinlich auch qualitativere) Wärmeleitpaste die Hitze wesentlich schneller an den Radiator abgibt und der neue Noctua-Lüfter mit seinem optimierten Luftstrom im Vergleich zum Serienlüfter wohl auch bei gleichem Aufwand mehr Luft pro Minute durch die XBOX bewegen kann (da keine Ruckler oder Microtearing beim Spielen auftreten, gehe ich nicht davon aus, dass die XBOX sich wegen Überhitzung heruntertaktet).

Im zweiten Beitrag werde ich berichten, wie ich die interne Festplatte durch eine SSD getauscht habe. Das war um einiges komplizierter, als ich zunächst angenommen hatte. Schaut demnächst wieder vorbei oder abonniert einfach den Blog per Mail, wenn ihr wissen wollt, wie es weiter geht… →

ASUS Strix Vega 64 gekühlt – 120mm Lüftermodifikation

Wie ich mit zwei PWM-Lüftern meine Vega leise gemacht habe.

Die ASUS Strix Vega OC 64 8GB ist ein angepasstes Modell von AMD’s Flaggschiff aus dem Jahre 2017. Während die Karte mit ihrer Leistung und – inzwischen – ihrem Preis durchaus überzeugt, schafft es leider auch ASUS nicht, dem Problem mit den hohen Temperaturen gerecht zu werden, wie ich zuvor berichtete…

Mehr Leistung, weniger Stromhunger: Undervolting mit Wattman

Temperaturfix? Tausch von Wärmeleitpads und -Paste

Gerade Nutzer, welche gerne ihre Grafikkarte durch Übertakten weiter optimieren wollen, greifen meiner Meinung nach u.A. aufgrund der höheren TBP-Grenzen (total board power) und verbesserten Kühlungsdesigns zu den sogenannten Subvendor- oder Custom-Grafikkarten, wie sie von ASUS, Sapphire, XFX, MSi usw. angeboten werden. Leider war es bei meinem Modell nicht möglich, die Leistung oder Taktrate mit der werksseitig verbauten Kühllösung noch erheblich zu steigern.

…wie ein Staubsauger

In der ASUS-Version ist die Grafikkarte mit einem großzügigen Radiator ausgestattet, welcher 2 Slots belegt und sich nicht zu verstecken braucht. Gespickt ist dieser mit drei 90mm Wingblade PWM-Lüftern. Laut dem Hersteller sollen diese für bis zu 20% mehr Kühlleistung und 3x leisere Gaming-Performance im vergleich zum Referenzmodell sorgen [1], was ich in meinem Praxistest aber nicht wirklich nachvollziehen kann.

So erreichen die Lüfter im voreingestellten Leistungsprofil eine Drehzahl von 2890 rpm und eine Lautstärke von 69 dB unter Last (gemessen mit dem Smartphone ca. 10 cm vor dem geöffneten Gehäuse), was schon deutlich zu hören und ohne Kopfhörer störend ist.

Klingt cool, aber nur am Flugzeug. Bildquelle: Threecharlie / Wikimedia

Dreht man die Lüfter mit Wattman manuell auf 100%, erreichen Sie Geschwindigkeiten von bis zu 3725 rpm, was mit ca. 72 dB – selbst im Nachbarzimmer noch – deutlich zu hören und damit mit den Schallemissionen eines laufenden Staubsaugers vergleichbar ist. [2] Leider erreicht die Karte auch in diesem „Turboprop-Modus“ keine Temperaturen unter 70*C bei Volllast.

verschiedene Möglichkeiten

Im Internet finden sich verschiedene Ansätze, um die Temperaturen der Vega besser unter Kontrolle zu bringen. Die Entscheidung ist da wohl am ehesten vom eigenen Bastelwillen und der Bereitschaft, Geld auszugeben, abhängig. So gibt es zum Beispiel den Vorschlag, den kompletten Herstellerkühler durch einen speziellen Radiator, den Morpheus II von Raijintek zu ersetzen, gleichzeitig werden dann die Lüfter auch durch zwei Standard-PWM-Lüfter ersetzt. Solche „rundum-sorglos-Kühler“ sind eine tolle Sache, bei meiner früheren Radeon 290 Dual-X hatte ich bereits einen Arctic Accelerando IV extreme verbaut, mit welchem ich sehr zufrieden war (passt leider nicht auf die Vega). Wenn man allerdings nach der Demontage des originalen ASUS-Kühlers beide in Größe und Umfang vergleicht (siehe Bilder unten), merkt man, dass dieser bereits annähernd den gleichen Umfang hat. Ich kann mir deshalb nicht vorstellen, dass die 65€ (aktueller Preis bei Amazon) für den Morpheus wirklich sinnvoll investiertes Geld sind, zumal man noch separat Lüfter hinzukaufen muss.

In einigen Foren-Beiträgen fand ich den Hinweis, dass man an den Original-Kabelbaum mittels eines „Mini 4-Pin“ PWM auf VGA Adapters (5€ auf Amazon) die Lüfter direkt anschließen und eine Beschädigung der Kabel so vermeiden könne, dieser hat bei mir aber nicht gepasst, so dass ich die Idee verworfen habe.

Der sicherlich effizienteste Weg, eine solche Grafikkarte zu kühlen, besteht wohl darin, sie einfach „unter Wasser zu setzen“. Dafür gibt es spezielle Nachrüst-Wasserkühlungen z.B. von Alphacool, welche die Grafikkarte dann selbst unter extremsten Bedingungen nicht über 60*C steigen lassen und dabei kaum zu hören sind. Die Preise richten sich dann aber eher an Enthusiasten, der schicke Alphacool Eiswolf ist z.B. für aktuell 215€ zu erwerben.

Umbau mit zwei 120mm PWM-Lüfter

Ihr benötigt einen Lötkolben, Lötzinn, Isolier-Klebeband und Kabelbinder!

Nach einigem hin- und her habe ich mich dazu entschieden, die drei Werkslüfter durch größere Varianten zu ersetzen, sie sind mir einfach zu laut. Dazu gibt es z.B. im Rahmen der „Morpheus-Modifikation“ schon einige vielversprechende Berichte. Das scheint auch eine vergleichsweise günstige Lösung zu sein. PWM-Lüfter gibt es ab 10€ im Internet, ich habe mich für besonders leise Noctua NF-P12 (20€/Stk.) entschieden.

Die ASUS Strix Vega hat außerdem den Vorteil, dass sie einen zusätzlichen PWM-Anschluss hat. Dort können Gehäuselüfter angeschlossen werden, deren Drehzahl dann abhängig von der Vega-Temperatur gesteuert wird. Es ist theoretisch so auch möglich, die 120mm-Lüfter ohne größere Kabelarbeit direkt anzuschließen. Die Lüftersteuerung erfolgt allerdings über eine separate ASUS-Software und ist nicht Firmware-gesteuert, weshalb diese Option für mich nicht infrage kommt. Ich habe mich dazu entschieden, den Originalkabelbaum selbst zu modifizieren.

Los geht’s: Demontage und Kabel identifizieren

Nicht vergessen den PC vom Netz zu trennen und sich selbst zu erden (z.B. an Heizkörper fassen), damit die Elektronik durch statische Ladung keinen Schaden nimmt.

Zunächst muss die Plastikabdeckung mitsamt der RGB-Beleuchtung entfernt werden, um Zugriff auf den Radiator zu erhalten. Insgesamt sind 25 kleine Schrauben (mit einem handelsüblichen feinen Technik-Kreuzschraubenzieher) an der Seite sowie frontal neben den Lüftern zu lösen, dann lassen sich die RGB-Abdeckung sowie die drei Lüfterhalter problemlos abnehmen. Der Radior muss nicht wie im Bild oben von der Platine entfernt werden! Die Oberseite des Kühlers ist relativ geräumig, probeweise darauf gelegt haben die beiden 120mm Lüfter genau darauf Platz gefunden. Prima, jetzt machen wir uns an den Kabelbaum. Schauen wir uns zunächst die Pin-Belegung von PWM-Anschlüssen an wie sie z.B. auch an der CPU- oder als Gehäuselüfter zu finden sind:

Standard Pin-Belegung von PWM-Lüftern (rechts). Blau: Schubsteuerung; Grün: Rotationsgeschwindigkeit; Gelb: Stromzufuhr; Schwarz: Erdung. Die Farben können je nach Hersteller variieren. Quelle: noctua.at

Der Stecker der ASUS Originallüfter hat 6 PINs, verteilt auf drei Lüfter. Da PWM-Lüfter sonst 4 PINs haben, geht das so also erst einmal nicht auf, zumal ein paar Farben doppelt vorkommen. Vor der Verkabelung der Lüfter selbst saß ich eine ganze Weile und habe recherchiert, schließlich möchte man bei einer Grafikkarte dieser Preisklasse nicht eben mal was durch Leichtsinn kaputt machen. Letzten endlich habe ich mir die Farben der Standard-Pin-Belegung von PWM-Lüfter angeschaut und diese dann mit denen der Grafikkarte verglichen. Dadurch konnte ich die einzelnen Kabel identifizieren und bin zu folgendem Ergebnis gekommen:

Die ungerade Zahl der Kabel im Verhältnis zu den Lüftern kommt also deshalb zustande, weil zwei von drei Lüfter gemeinsam angesteuert werden, entsprechend gibt es ein RPM-Signal weniger.

Nachdem ich die einzelnen Kabel sowohl von den Vega als auch von den neuen Noctua-Lüftern identifiziert habe, ist mein nächster Schritt – auch wenn es vielleicht anfangs etwas weh tut – die Kabel einfach durchzuknipsen und zu entmanteln, damit sie später zusammengelötet werden können. Dabei habe ich die Originalkabel direkt nach der ersten Gabelung abgeknipst und da wir aus drei jetzt zwei Lüfter machen, werden wir im nächsten Schritt das doppelte PWM-Kabel (grün) zusammenführen müssen (s. Bild unten).

Etwas Lötarbeit

Während also der Lötkolben schon vorheizt, lege ich mir die Kabel so zurecht, dass ich sie direkt zusammenlöten kann. Anschließend sollten die Lötstellen noch mit Isolierband geschützt werden. Den Rest könnt ihr der Bilderstrecke entnehmen!

Im Anschluss daran habe ich die Lüfter provisorisch am Kühler befestigt, um eine Probelauf zu machen. Schließlich will ich wissen, ob ich die Kabel auch richtig verbunden habe, bedeutet beide Lüfter drehen sich, die Geschwindigkeitsregulierung funktioniert und die RPM-Sensoren liefern Daten. Die Ergebnisse und Sensordaten folgen weiter unten!

Befestigung der Lüfter

Die zwei Noctua-Lüfter habe ich dann mit Kabelbinder zwischen den Radiatorlamellen befestigt, wo es möglich war. Beide sitzen stabil, wenn auch nicht ganz symmetrisch wegen der Unebenheiten durch die alten Befestigungen am Radiator. Die losen Kabel habe ich noch weiter zusammengebunden und soweit wie möglich befestigt, damit sie nicht mit den Rotoren der Lüfter oder gar heiß werdenden Teilen des Kühlers in Verbindung kommen können. Das Ergebnis kann sich meiner Meinung nach sehen lassen!

Mir ist das persönlich nicht wichtig, aber wer mag, kann die transparenten RGB-Komponenten aus der jetzt ungenutzten Abdeckung nehmen und für einen netten Effekt zu den 120mm Lüftern dazuschnallen!

Übrigens: Der Originallüfter kann über diverse Händler z.B. aus China nachbestellt werden.

Erste Ergebnisse

Balsam für die Ohren…

…wirklich, der Unterschied ist gewaltig. Wenn ich den Rechner anschalte, sind die Lüfter unhörbar. Laut Hersteller emittieren die Noctua NF-P12 maximal 19,8 dB. Mit hwinfo64 lese ich die Sensordaten aus, die geklammerten Werte sind die im Originalzustand gemessenen Daten:

  • Im Leerlauf drehen sich die Lüfter bei kaum hörbaren 550 rpm, die GPU erreicht darunter 35*C.
  • Unter Last (Stresstest) drehen die Lüfter voll auf, selbst bei maximal 1246 rpm (maximale Drehzahl laut Hersteller 1300 rpm) sind sie aber nur leicht zu hören, ich messe 55 dB (-17). Die GPU erreicht maximal 79*C. Das Geräusch lässt sich eher mit einem leichten Windrauschen vergleichen, als wie zuvor mit einem Staubsauger.

Sensordaten

Nach einigen Minuten Stresstest konnte ich folgende Temperaturen notieren, im Vergleich zu den ursprünglich gemessenen Temperaturen:

Temp.GPUHBMVR VDDCVR MVDDHotSpot
*C79 (-4)81 (-10)88 (-27)84 (-20)96 (-3)

Zugegeben, objektiv betrachtet sind das nach wie vor keine schönen Werte, aber für eine luftgekühlte Vega, vor allem im Vergleich zu den zuerst gemessenen Temperaturen (im ersten Beitrag), doch schon eine deutliche Besserung, wobei vor allem die VRAM-Speicherchips von der Modifikation profitieren.

Deutlich wahrzunehmen ist, dass der Temperaturanstieg bei konstanter Lüftergeschwindigkeit wesentlich langsamer erfolgt, als es beim Originalmodell der Fall war und es dadurch nicht mehr zu „Mikroeinbrüchen“ bei der GPU-Taktrate kommt, was zuvor gelegentlich zu beobachten war, bis aufgrund des plötzlichen Temperaturanstiegs die Lüfterdrehzahl angepasst worden war (thermal throttling). Leider habe ich während des hwinfo-Testlaufs davon keine Screenshots für den Beitrag gemacht.

In den Benchmarks

Benchmarks belasten die Grafikkarte im Gegensatz zum reinen Stresstest (maximale Auslastung und Hitzeerzeugung) auf eine vielfältigere Weise. Hier wollte ich auch noch einmal sehen, ob sich abgesehen von der Lautstärke und Wärmeentwicklung durch den neuen „Temperaturspielraum“ noch zusätzliches Leistungspotential ergibt, da bei der Vega-Generation das „thermal throttling“ eine wichtige Rolle spielt. Wie bereits in meinem vorhergegangenen Beitrag zum Vega Undervolting (UV) benutze ich die Benchmarksoftware 3DMark TimeSpy (DirectX12), Unigine SuperPosition sowie Geeks3D FurMark. In der Vergleichsmessung habe ich mein bereits konfiguriertes Undervolting-Profil aus AMD Wattman benutzt, damit ich sehe, was sich „netto“ durch die Modifikation noch verändert hat:

Benchmark/PunkteTimeSpySuperpositionFurMark
Stock (mit UV)7535 / 46,64572 / 34,27971/133
120mm Mod (mit UV)7557/46,774602/34,437951/132

Wie unschwer zu erkennen ist, sind die Veränderungen in den Benchmarks marginal bzw. die zu erwartenden Schwankungen bei einer Messung. Hier bringt die Lüftermodifikation also keinen weiteren Vorteil. Schauen wir uns zum Schluss noch die maximale Taktrate bzw. den Boost-Takt (P7-State) an, welche ich Gegensatz zur Versorgungsspannung nicht fest geregelt habe (s. vorherigen Beitrag):

AMD Wattman-ProfilVorgabe (Ausgeglichen)UndervoltingUV + Lüftermod
Maximale Taktrate (MHz) 149216281627
GPU Core Power (W )195159155

Durch das Undervolting ließ sich bereits die Taktrate deutlich steigern sowie der Strombedarf der GPU senken, durch die Lüftermodifikation hat sich nichts daran geändert. Da diese „OC“ Variante der Vega ja bereits werksseitig etwas übertaktet ist, vermute ich, dass der Spielraum nach oben zusätzlich zum Undervolting nicht mehr so groß ist.

Lüftersteuerung mit AMD Wattman

Nun verändern wir noch die Lüfterkurve manuell z.B. in AMD Wattman (über Radeon Settings). Das ist erforderlich, damit die Grafikkarte auch das Potential der neuen Lüfter entsprechend nutzen kann. Schließlich ist die Firmware der Vega im Bezug auf die RPM-Drehzahl ja für die drei 90mm Wingblade-Serienlüfter konfiguriert. Über die installierte Radeon Settings App klicken wir auf den Reiter „Spiele“, dann „Globale Einstellungen“ und „Wattman Global“. Die Profilvorlage „manuell“ muss aktiv sein. Ihr könnt die detaillierte Lüfterkurve nur in der 2019er AMD Adrenalin-Software (19.x) ändern, nutzt ihr die letzten offiziell von ASUS angebotenen Treiber, gibt es dort diese Option noch nicht.

Ähnlich der Herstellerempfehlung meiner früheren Arctic Accelerando IV Kühlung (da lag eine Beispiel-Lüfterkurve auf Papier bei) habe ich mich an der Tatsache orientiert, dass die neu verbauten Noctua-Lüfter selbst bei maximaler Drehzahl (1300rpm) kaum zu hören sind, deshalb steigere ich die Lüfterdrehzahl so früh wie möglich auf 100%, um einem schnellen Temperaturanstieg entgegenzuwirken:

  • Den „Zero RPM Modus“ (die Lüfter halten zwischendurch an) habe ich deaktiviert
  • Ich habe die Temperatur bei Leerlauf (Idle) beobachtet und und den Kurvenanstieg oberhalb angesetzt, so dass die Lüfter im Leerlauf konstant auf niedrigem Niveau (PWM 42%) drehen und die Temperatur halten (35-39*C), um ein plötzliches und häufiges „Aufdrehen“ der Lüfter zu vermeiden.
  • Ab 40*C steigt die Drehzahl rasch an und erreicht bei 60*C 100% PWM-Leistung.

Die Kühlleistung ist zwar wesentlich besser wie zuvor, aber auch hier merkt man bei einem Anstieg auf bis zu 79*C, dass die Lüftkühlung bei dieser Karte schnell an ihre technisch-thermischen Grenzen kommt.

Fazit. Hat sich’s gelohnt?

Definitiv. Die meiner Meinung nach größte Schwäche am Custom-Modell ASUS ROG Strix Vega 64 OC ist einfach die Kühlung der Karte. Und das obwohl man meinen sollte, das man bei ASUS die bereits vom Referenzmodell bekannte Schwäche erkannt und behoben haben sollte. Zumindest konnte ich bei mir – egal in welcher Belüftungskonstellation, ob offenes oder geschlossenes, ob stehendes oder liegendes Gehäuse – keine gesunden Belastungstemperaturen beobachten.

Die 120mm-Lüftermodifikation, im Netz auch unter „Morpheus-Mod“ oder „Ghetto-Mod“ zu finden, schafft insofern Abhilfe, als dass man durch den größeren Lüfterdurchmesser (120 statt 90mm) bei gleicher bzw. reduzierter Drehzahl einen höheren Luftaustausch und gleichzeitig reduzierten Geräuschpegel erreicht, was in geringeren GPU-Temperaturen resultiert. Auch wenn dadurch keine wesentlichen Leistungsverbesserungen zu erwarten sind, ist der Unterschied deutlich hörbar: Die Karte ist richtig leise geworden!

Als Einzelmaßnahme eher nicht zu empfehlen, aber im Rahmen des Lüfterumbaus sollte man dann aber auch gleich die Wärmeleitpaste und -pads tauschen, wie ich im ersten Teil des Beitrags beschrieben habe. Wer außerdem den Stromverbrauch (und damit die Hitzeentwicklung) noch etwas senken und dadurch die Leistung der Grafikkarte verbessern will, sollte sich unbedingt am Undervolting mit AMD Wattman versuchen, was ihr hier im Blog nachlesen könnt.

Fit für Navi?

AMDs neue GPU-Architektur heißt Navi. Die Radeon 5700 (XT) ist seit kurzem auf dem Markt und auch ASUS hat ein eigenes Custom-Modell angekündigt, welches in Kürze erscheinen soll. Schaut man sich die ersten Herstellerbilder der Grafikkarte an, scheint es so, als ob von ASUS wieder das gleiche Kühlsystem mit den drei Wingblade-Lüfter verbaut wurde. Theoretisch sollte dann diese Lüftermodifikation auch problemlos machbar sein. Vergleicht man die beiden Karten in den ersten Benchmarks so ist der Leistungsunterschied, finde ich, nicht so gewaltig, als dass sich ein Umstieg aktuell lohnen würde. Dann lieber mit den gefallenen Vega-Preisen sparen!

Hinterlasst doch einen Kommentar unter diesem Beitrag, welche Temperaturen eure Vega erreicht und welche Maßnahmen ihr dagegen unternommen habt!