Noctua NH-D15 G2 LBC

Noctuas Standardisiertes Performance-Rating (NSPR) und Kompatibilitäts-Klassifikation für CPU-Kühler

Das Problem mit TDP (Thermal Design Power) Spezifikationen

TDP (Thermal Design Power) Bewertungen wurden von CPU-Herstellern eingeführt, um zu spezifizieren, wieviel Verlustleistung ein Prozessor abgibt, damit Kunden einen passenden Kühler wählen können. Kühler-Hersteller haben demgemäß spezifiziert, wieviel TDP ihre Produkte unterstützen. Das klingt einfach und überzeugend, doch inzwischen ist es leider aus einer ganzen Reihe an Gründen problematisch, einen CPU-Kühler anhand einer TDP-Bewertung auszuwählen, die zu jener des Prozessors passt.

Erstens sind die von Intel und AMD veröffentlichten TDP-Bewertungen über die Jahre zunehmend irreführend geworden. Heute ist es gang und gäbe, dass sogenannte “95W” oder “105W“ Prozessoren 150W oder mehr Wärme abgeben. Während es früher meist manueller Eingriffe seitens des Anwenders (Übertakten) bedurfte, um CPUs mit einer höheren Verlustleistung als der angegebenen TDP zu betreiben, gehen heutige Prozessoren bei der Verwendung ihrer Turbo-Modi vielfach automatisch weit über die spezifizierte TDP hinaus. Dabei verschärfen High-End-Mainboards – falls der Kunde nicht manuell limitierend eingreift – oftmals die Turbo-Einstellungen noch weiter und heben die von AMD und Intel empfohlenen Leistungslimits auf. Folglich kann es problematisch sein und zu unerwartet niedriger Systemleistung führen, wenn man einen Kühler wählt, der bloß die spezifizierte TDP der CPU unterstützt. Die von den CPU-Herstellern gegebenen TDP-Spezifikationen können daher nicht mehr als eine unkomplizierte Richtlinie bei der Auswahl eines Kühlers dienen.

Das ist jedoch nur die Spitze des Eisbergs. Das zweite zentrale Problem ist, dass die Menge an Wärmeenergie, die ein Kühler abführen kann, massiv von CPU zu CPU variieren kann. Beispielsweise kann es vorkommen, dass ein und derselbe Kühler auf CPU A bis zu 250W, auf CPU B aber nur 150W abführen kann. Insbesondere sind Prozessoren mit kleinen Chips (DIEs) und kleinen Heat-Spreadern (Integrated Heat-Spreader, IHS) schwieriger zu kühlen als größere mit einer gleich hohen Wärmeabgabe. Zusätzlich zu diesen auf unterschiedliche Wärmestromdichten zurückzuführenden Differenzen spielen auch andere Aspekte wie die interne Chip-Konfiguration, die Anordnung der Chips auf dem Prozessor-Package sowie die maximal zulässige Temperatur eine wichtige Rolle, die zu signifikanten Abweichungen von Modell zu Modell führen kann. Einem CPU-Kühler eine generelle TDP-Spezifikation zu geben, kann daher ebenfalls irreführend sein.

Drittens ist die maximal abführbare Verlustleistung keineswegs der einzige Parameter der thermischen Leistungsfähigkeit eines Kühlers, vielleicht nicht einmal der wichtigste: Die thermische Leistungsfähigkeit von Heatpipe-basierten CPU-Kühlern skaliert nicht linear, d.h. selbst wenn Kühler A maximal 350W abführen kann und Kühler B nur 300W, besteht durchaus die Möglichkeit, dass sie bei niedrigeren Verlustleistungen wie z.B. 150W exakt die gleiche Leistung bieten, was für viele Kunden weitaus relevanter ist. Die Angabe maximaler TDP-Werte zeichnet somit ein viel zu eingeschränktes Bild von Kühlleistung. Das ist insbesondere für Prozessoren mit hohen Wärmestromdichten oder anderen internen Einschränkungen bedeutsam, deren Verlustleistung unabhängig von den Leistungsreserven des Kühlers nicht über eine gewisse Grenze getrieben werden kann. Wenn sich z.B. ein Prozessor aufgrund interner Limitationen nicht mit mehr als 120W betreiben lässt, ist die Kühlleistung bei 120W für den Kunden weitaus bedeutsamer als die Frage, ob der Kühler theoretisch 300 oder 350W abführen könnte.

Zuletzt ist vielfach unklar, wie die von manchen Kühler-Herstellern beworbenen TDP-Werte messtechnisch erhoben wurden. Dies ist äußerst problematisch, da die Menge an Wärmeenergie, die ein Kühler maximal abführen kann, massiv anhand der Testumgebung und -parameter variieren kann. Die Ergebnisse fallen nicht nur je nach verwendeter CPU unterschiedlich aus, sondern auch wenn spezielle Heizelemente statt CPUs verwendet werden sowie abhängig von der Umgebungstemperatur und der Zieltemperatur, bis zu der der Prozessor bzw. das Heizelement aufheizen dürfen. Beispielsweise werden die Ergebnisse komplett unterschiedlich ausfallen, wenn die Tests bei 15°C Umgebungstemperatur durchgeführt werden und das Heizelement 90°C heiß werden darf, als wenn die Tests bei 25°C durchgeführt werden und das Heizelement nur 50°C erreichen darf. Da die meisten Kühler-Hersteller nicht angeben, auf welche Weise ihre TDP-Bewertungen ermittelt werden, ist es äußerst problematisch, diese Bewertungen zum Vergleich von Produkten unterschiedlicher Hersteller heranzuziehen. Den Umstand, dass üblicherweise keine Parameter spezifiziert werden und die Werte daher nicht sinnvoll überprüft werden können, scheinen manche Marken auszunutzen, indem sie TDP-Angaben bewerben, die mit Blick auf reale Anwendungen schlichtweg unrealistisch wirken. Dass wir uns nicht an derlei Spielchen mit übertriebenen Spezifikationen beteiligen möchten, ist ein Mitgrund dafür, warum wir keine TDP-Bewertungen angeben. Stattdessen vermeiden wir die diversen Schwierigkeiten der üblichen TDP-Bewertungen mittels einer Kombination aus unserem NSPR und CPU-spezifischen Klassifikationen.

Noctuas Standardisiertes Performance-Rating (NSPR)

Progressiv gebogenes Laufrad

Der NF-A14x25 G2 verfügt über ein einzigartiges Laufrad mit progressiver Biegung, Strömungsbeschleunigungskanälen und Winglets. Während die neun Lüfterblätter des NF-A12x25 relativ kontinuierlich gebogen sind, sind die des NF-A14x25 G2 in der Nähe der Nabe nach hinten gebogen und weiter außen nach vorne gebogen, was zu einer ausgeprägten, fast knickähnlichen Form führt. In Verbindung mit der Nabe des Zentrifugalturbulators trägt dieses Design nicht nur dazu bei, mehr Luft in die äußeren Flügelbereiche zu drücken, wo der Wirkungsgrad höher ist, sondern gewährleistet auch einen maximalen Auftrieb und eine nahezu perfekt gleichmäßige Belastung über den gesamten Lüfterblattbereich. Da die absolute Geschwindigkeit der Lüfterblätter zur Nabe hin immer geringer wird, ist die aerodynamische Leistung in der Nähe der Blattspitzen am höchsten und in der Nähe der Nabe am niedrigsten. Indem mehr Luft nach außen zu den Zonen mit höherem Wirkungsgrad geleitet wird, kann der Gesamtwirkungsgrad gesteigert werden. Es muss jedoch darauf geachtet werden, dass die Belastung über die gesamte Länge der Blätter so gleichmäßig wie möglich ist, um eine Strömungsablösung und ein Zurückströmen der Luft durch einen leistungsschwachen mittleren Bereich bei Anwendungen mit hohem Gegendruck wie Kühlkörpern oder Radiatoren zu vermeiden. Das neuartige Progressive Bend-Laufrad des NF-A14x25 G2 schafft ein perfektes Gleichgewicht zwischen dem Leiten des Luftstroms zu den Spitzen des Lüfterblatts für maximale Effizienzgewinne und der Beibehaltung einer nahezu gleichmäßigen Belastung, um eine gleichbleibende Leistung bei Anwendungen mit hoher Impedanz zu gewährleisten. Nicht zuletzt wurden sowohl die Form als auch das Profil der Blätter des NF-A14x25 G2 sorgfältig aufeinander abgestimmt, um den aerodynamischen Auftrieb zu verbessern, was seiner P/Q-Kurve im kritischen mittleren Bereich einen zusätzlichen Schub verleiht und damit auch zur überlegenen Leistung des Lüfters auf Kühlkörpern und Radiatoren beiträgt.

 

Zentrifugal-Turbinennabe

Das zweite neue Merkmal des Laufrads des NF-A14x25 G2 ist die neue Zentrifugalturbinennabe. Indem sie als Turbulator wirkt, verbessert diese neuartige Konstruktionsmaßnahme die Strömungsbefestigung im Nabenbereich, wodurch der Lüfter die Luft effizienter ansaugen kann. Gleichzeitig wirkt die zentrifugale Antriebsbewegung der Zentrifugal-Turbulator-Nabe mit dem Progressive Bend-Laufraddesign zusammen, um die Luft aus dem Nabenbereich, in dem der Wirkungsgrad aufgrund der langsamen Rotationsgeschwindigkeit gering ist, in die äußeren, hocheffizienten Zonen der Lüfterblätter zu drücken und so den Gesamtwirkungsgrad durch Optimierung der Fluidverteilung über den Laufradbereich zu erhöhen.

 

Winglets

Die dritte neue aerodynamische Designmaßnahme, die das Laufrad NF-A14x25 G2 vom NF-A12x25 unterscheidet, sind die zusätzlichen Winglets. Im Allgemeinen können Winglets dazu beitragen, Spitzenwirbel zu reduzieren, die durch den Druckunterschied zwischen der Saug- und der Druckseite der Lüfterblätter verursacht werden. Der Einsatz von Winglets birgt jedoch auch das Risiko, dass der Wirkungsgrad aufgrund der zusätzlichen Fluidverdrängung in Hochgeschwindigkeitsbereichen sinkt, was die Vorteile der Verringerung von Spitzenwirbeln oft überwiegen kann. Um diese Herausforderungen zu meistern, wurden die kleinen Winglets des NF-A14x25 G2 sorgfältig optimiert, um konsistente Effizienzgewinne zu erzielen und im Zusammenspiel mit der Progressive-Bend-Blattgeometrie, den Strömungsbeschleunigungskanälen und dem AAO-Rahmen zu wirken.