Optimierung der Kontaktqualität: Die verschiedenen Versionen des NH-D15 G2 erklärt

Der NH-D15 G2 bietet ein neues Niveau plattformspezifischer Optimierung: Er ist in einer regulären Standardversion mit mittlerer Kontaktflächenkonvexität sowie in speziellen Varianten mit niedriger Kontaktflächenkonvexität (Low Base Convexity, LBC) und hoher Kontaktflächenkonvexität (High Base Convexity,HBC) erhältlich. Der Hintergrund dieser Optimierungsmaßnahme ist, dass nicht alle CPUs gleich sind. Vielmehr unterscheiden sich heutige Desktop-Prozessoren erheblich in Bezug auf die Flachheit ihrer Heatspreader sowie ihre Die-Konfiguration und Hotspot-Position.

Ebenheit der Oberfläche und Lage der Hotspots

Intel LGA1700: Verformungen aufgrund von ILM-Druck

Intel LGA1700 Prozessoren sind im Neuzustand leicht konvex, werden aber stark konkav, sobald der ILM (Independent Loading Mechanism) des Sockels geschlossen wird, um die CPU in den Sockel zu drücken. Um diese Verformung zu verringern, können entweder 1mm dicke Unterlegscheiben unter den ILM gelegt werden, um dessen Druck zu reduzieren (der sogenannte "Washer Mod"), oder der ILM wird durch sogenannte Kontaktrahmen („Contact Frames“, „Bending Correction Frames“ etc.) ersetzt, die weniger Druck ausüben. Wenn CPUs jedoch über einen längeren Zeitraum mit vollem ILM-Druck verwendet wurden, kann die Verformung teilweise plastisch werden (d. h. die CPUs werden dauerhaft verformt und kehren nicht in ihre ursprüngliche Form zurück, wenn sie aus dem Sockel entfernt werden). In diesen Fällen bringt eine Druckreduzierung durch Unterlegscheiben oder spezielle ILMs nur begrenzte Verbesserungen. Ob eine CPU dauerhaft verformt ist oder nicht, hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie z. B. Toleranzen beim ILM-Druck, Höhenunterschiede zwischen CPU und Sockel, Temperaturschwankungen, Anpressdruck des Kühlers, und Kontaktflächenbeschaffenheit der verwendeten Kühlkörper.

AMD AM5: Flachheit und versetzter Hotspot

AMD AM5-CPUs hingegen bleiben vergleichsweise flach. Während die numerischen Nord-Süd-Verformungswerte denen von mit verringertem ILM-Druck betriebenen Intel LGA1700-CPUs ähneln, ist die Verformung größtenteils auf jene Punkte beschränkt, an denen der Socket Actuation Mechanism (SAM) Druck ausübt. Der zentrale Bereich, der für die Qualität des Kühlkörperkontakts entscheidend ist, bleibt hingegen relativ flach:

Gleichzeitig muss berücksichtigt werden, dass bei AMD AM5-CPUs die CCD(s) zur Südseite des Sockels hin versetzt sind. Während LGA1700-Prozessoren also einen optimalen Kontakt in der Mitte benötigen, ist bei AMD-CPUs der Kontakt im Bereich der CCDs, also weiter unten, entscheidend.

Oberflächenkonformität versus Kontaktqualität

Als grundlegende Faustregel gilt, dass die Kontaktflächen von Kühlkörper und Prozessor eine möglichst genaue Konformität (Passung) aufweisen sollten, um einen guten Wärmeübergang zu gewährleisten. Folglich passt ein relativ flacher Kühlkörper am besten auf relativ flache CPUs (wie AMD AM5 und AM4 oder Intel LGA2066), während ein stark konvexer Kühlkörper erforderlich ist, um eine gute Passung auf stark konkaven CPUs (wie Intel LGA1700 mit vollem ILM-Druck) zu erreichen. Bei leicht konvexen CPUs (wie z. B. Intel LGA1700 Prozessoren mit reduziertem ILM-Druck) passt ein Kühlkörper mit mittlerer Konvexität am besten.

Bei der Kontaktqualität geht es jedoch nicht nur um eine möglichst große Kontaktfläche, sondern auch um eine optimale Druckverteilung: Um eine bestmögliche Kontaktqualität und einen optimalen Wärmeübergang von den Prozessorkernen zum Kühlkörper zu erreichen, ist primär der Druck direkt über dem Hotspot des Prozessors entscheidend. Im Falle von AMD AM5 CPUs, deren Hotspot durch die CCD(s) an der Südseite des Heatspreaders verursacht wird, bedeutet dies, dass es wichtiger ist, in diesem Bereich hohen Druck auszuüben, als gleichmäßigen Druck über den gesamten Heatspreader verteilt. Daher wird ein Kühlkörper mit mittlerer Kontaktflächenkonvexität, der versetzt und somit über diesem Hotspot zentriert und montiert ist, genauso gut oder sogar etwas besser abschneiden als ein Kühler mit flacherer Kontaktfläche.

Visualisierung der Kontaktqualität durch Druckscans

Wir verwenden hochpräzise Druckscanner, um die Kontaktqualität von Kühlkörpern zu analysieren. Die folgenden Scans veranschaulichen die Kontaktqualität von Kühlkörpern mit niedriger, mittlerer und hoher Kontaktflächenkonvexität auf AMD AM5, mit und ohne Offset-Montage sowie auf Intel LGA1700 mit vollem und reduziertem ILM-Druck (1mm Unterlegscheiben unter dem ILM):

AMD AM5 Kontaktmuster

Beim Vergleich der Druckscans auf AM5 ist zu erkennen, dass der Kühlkörper mit niedriger Kontaktflächenkonvexität die größte Kontaktfläche bietet und sowohl der IOD als auch die CCD(s) mit hohem Druck abdeckt. Der Kühlkörper mit mittlerer Konvexität in Verbindung mit der versetzten Montage sorgt jedoch für eine noch bessere Druckkonzentration direkt über den CCD(s). Dadurch erzielt er eine gleich gute, oder sogar eine noch bessere Leistung als der Kühlkörper mit niedriger Konvexität, der eine größere, aber gleichmäßigere Druckverteilung bietet. Im Vergleich dazu ist das Druckmuster des Kühlkörpers mit hoher Kontaktflächenkonvexität etwas zu konzentriert, sodass er selbst bei Verwendung mit der versetzten Montage leicht hinter den Versionen mit niedriger und mittlerer Konvexität zurückbleibt. Die AM4-CPUs der Ryzen 3000- und 5000-Serien haben zwar eine ähnlich versetzte CCD-Position, profitieren aber weniger von der Offset-Montage und zeigen bessere Ergebnisse bei Kühlkörpern mit niedriger Konvexität.

Intel LGA1700 Kontaktmuster

Bei der Betrachtung der Intel LGA1700 Druckscans zeigt sich, dass der Kühlkörper mit hoher Kontaktflächenkonvexität die bestmögliche Kontaktqualität bietet, wenn die CPU mit vollem ILM-Druck verwendet wird, da er eine breite Gesamtabdeckung mit einer ausgezeichneten Druckkonzentration über dem Die kombiniert. Sobald der ILM-Druck durch die Verwendung von 1mm dicken Unterlegscheiben reduziert wird, erreicht der Standardkühlkörper mit mittlerer Kontaktflächenkonvexität das beste Kontaktmuster, das eine gute Konzentration in der Mitte und eine breite Gesamtabdeckung ähnlich der HBC-Version mit vollem ILM-Druck aufweist. Im Gegensatz dazu ist die Kontaktfläche der HBC-Version mit reduziertem ILM-Druck in den oben gezeigten Scans etwas zu konzentriert. Es muss jedoch beachtet werden, dass dies davon abhängt, wie stark sich eine LGA1700-CPU durch den Langzeitgebrauch dauerhaft verformt hat: Bei stark deformierten Prozessoren kann die HBC-Version auch bei reduziertem ILM-Druck den bestmöglichen Kontakt bieten. Im Gegensatz dazu zeigt der LBC-Kühlkörper mit niedriger Kontaktflächenkonvexität generell einen schlechten Kontakt auf LGA1700 Prozessoren: Der Druck wird nur an der nördlichen und südlichen Kante des Heatspreaders ausgeübt, und im kritischen mittleren Bereich entsteht ein Spalt, der von der Wärmeleitpaste überbrückt werden muss. Die Situation kann zwar durch Hinzufügen von 1mm dicken Unterlegscheiben zur Verringerung des ILM-Drucks etwas verbessert werden, jedoch wird die Kontaktqualität von Kühlkörpern mit niedriger Kontaktflächenkonvexität auf LGA1700 immer suboptimal bleiben.

Versionen und Vielseitigkeit: Warum wir mit dem NH-D15 G2 unseren Ansatz geändert haben

Unsere Präferenz bei Noctua war stets, Kühlkörper anzubieten, die auf verschiedenen Plattformen gleich zuverlässig funktionieren – vor allem, weil dies den Kunden ermöglicht, ihre Kühler über mehrere Plattform-Generationen hinweg mit hervorragenden Ergebnissen zu nutzen. Deswegen werden alle unsere Multisockel-Kühler mit einer mittelstark gewölbten Kontaktfläche und einer Offset-Montageoption für AMD AM5 geliefert. Auf diese Weise bieten sie perfekten Kontakt auf leicht konkaven Prozessoren wie LGA1700-CPUs mit reduziertem ILM-Druck („Washer Mod“oder „Contact Frames“), optimale Ergebnisse auf AMD AM5 CPUs bei Verwendung der Offset-Montageoption, und solide Leistung auf LGA1700-CPUs, die mit vollem ILM-Druck verwendet werden oder sich durch ILM-Druck dauerhaft verformt haben. Dieser Ansatz ermöglicht es uns, Kühlkörper anzubieten, die äußerst vielseitig sind und auch beim Wechsel zwischen verschiedenen CPU-Typen konstant exzellente Ergebnisse liefern.

Bei der Entwicklung des NH-D15 G2 haben wir uns jedoch entschieden, die plattformspezifische Optimierung auf eine neue Ebene zu heben: Da wir so viel Zeit und Mühe investiert und nichts unversucht gelassen haben, um das letzte Quäntchen Effizienz aus diesem Kühler herauszukitzeln, bieten wir ihn nicht nur mit unserer regulären Kontaktfläche mittlerer Konvexität an, sondern auch in speziellen Varianten mit hoher Kontaktflächenkonvexität (HBC) und niedriger Kontaktflächenkonvexität (LBC), die es den Kunden ermöglichen, in bestimmten Anwendungsfällen weitere 1–2 Grad Celsius herauszuholen. Gleichzeitig bietet die Standardversion mit mittlerer Kontaktflächenkonvexität unseren Kunden die gleiche zukunftssichere Vielseitigkeit wie andere Noctua Multisockel-Kühler. Vor allem aber liefert sie optimale Ergebnisse sowohl auf AM5 mit der mitgelieferten Offset-Montage als auch auf LGA1700 mit den mitgelieferten NM-ISW1 Unterlegscheiben zur Reduzierung des ILM-Drucks. Bei Verwendung von AMD AM5-CPUs ohne Offset-Montage, anderen flachen CPUs oder Intel LGA1700-CPUs mit vollem ILM-Druck garantiert die Standardversion immer noch solide Ergebnisse, verliert aber im Vergleich zu den HBC- und LBC-Varianten, die für diese Szenarien optimiert wurden, ein oder zwei Grad Celsius:

Auswirkungen auf die thermische Leistung: Welche Vorteile sind bei der Verwendung von HBC oder LBC zu erwarten?

Intel LGA1700 Temperaturen

Wenn es um die bestmögliche Leistung auf LGA1700 geht, ist bemerkenswert, dass wir die absolut besten Ergebnisse erzielen konnten, indem wir die reguläre, mittel-konvexe Version mit 1mm Unterlegscheiben unter dem ILM kombiniertenebendarum enthält der NH-D15 G2 einen Satz NM-ISW1 1mm Unterlegscheiben zur Optimierung der Leistung auf LGA1700 Prozessoren. Diese Kombination der Standardversion mit den 1mm Unterlegscheiben schneidet rund 0,6°C besser ab als die HBC-Version mit vollem ILM-Druck und bietet Kunden die bestmögliche Leistung mit einem Kühlkörper, der gleichzeitig auch hervorragende Ergebnisse auf AM5 liefert.

Wie aus den obigen Daten ersichtlich ist, erzielt die HBC-Version dann die besten Ergebnisse, wenn Intel LGA1700-CPUs mit vollem ILM-Druck verwendet werden oder durch ILM-Druck dauerhaft verformt wurden. Bei LGA1700-Prozessoren, die mit vollem ILM-Druck verwendet werden, können Kunden durch die Wahl der speziellen HBC-Version in der Regel 1-2°C im Vergleich zum Standardmodell mit mittlerer Kontaktflächenkonvexität gewinnen.

Während die Leistung der HBC-Version bei neuen CPUs mit reduziertem ILM-Druck typischerweise 0,5-1°C niedriger ist als jene der Standardversion mit mittlerer Kontaktflächenkonvexität, liegt sie auch bei CPUs vorne, die durch längere Nutzung mit vollem ILM-Druck bereits deformiert wurden, selbst wenn 1mm-Unterlegscheiben zur Reduzierung des ILM-Drucks verwendet werden. Ob eine bestimmte CPU dauerhaft verformt ist oder nicht, lässt sich nur schwer abschätzen, da dies von verschiedenen Faktoren abhängt (Nutzungsdauer, Temperaturzyklen, CPU- und Sockelhöhe, Toleranzen beim ILM-Druck, Anpressdruck des Kühlkörpers, Kontaktfläche des Kühlkörpers usw.). Als Faustregel gilt jedoch, dass wir bei LGA1700 CPUs, die länger als drei Monate intensiv genutzt wurden, mit der HBC-Version etwas bessere Ergebnisse erwarten. In diesem Fall kann es auch sinnvoll sein, die HBC-Versionen mit den mitgelieferten Unterlegscheiben zu kombinieren.

Eine weitere wichtige Erkenntnis ist, dass in unseren Tests mit HBC- und regulären Kühlern mit mittlerer Kontaktflächenkonvexität die 1mm Unterlegscheibe etwas bessere Ergebnisse lieferte als sogenannte „Kontaktrahmen“. Nur relativ flache (LBC-)Kühler schnitten in unseren Tests mit Kontaktrahmen besser ab als mit 1mm Unterlegscheiben.

Zu guter Letzt zeigen die thermischen Ergebnisse, dass Kunden die Verwendung von LBC-Kühlkörpern auf LGA1700-CPUs mit vollem ILM-Druck auf jeden Fall vermeiden sollten, da der Leistungsverlust im Vergleich zu HBC-Kühlern mehr als 6°C betragen kann. Die Verwendung von 1mm dicken Unterlegscheiben hilft der LBC-Version, ein wenig aufzuholen, aber je nachdem, ob die CPU frisch oder deformiert ist, liegt sie immer noch 2-4°C hinter den Standard- und HBC-Versionen zurück. Nur mit sogenannten „Kontaktrahmen“ und frischen, nicht deformierten CPUs kann mit der LBC-Version auf dem Intel LGA1700 eine solide Leistung erzielt werden, wodurch sich der Rückstand auf die Standard- und HBC-Versionen auf etwa 1°C verringert.

AMD AM5 Temperaturen

Auf AMD AM5 bietet die spezielle LBC-Version in der Regel eine um 1-2°C bessere Leistung als die Standardversion, wenn die Offset-Montage nicht verwendet wird. Mit der Offset-Montage, bei der der Anpressdruck zentral über den CCDs liegt, erreicht die Standardversion meist die gleiche oder sogar eine etwas bessere Leistung als die spezielle LBC-Variante, die in der Regel wenig von einer Offset-Montage profitiert:

Wie aus den obigen Daten ersichtlich ist, wurden die absolut besten Ergebnisse in unseren AM5-Tests mit der Standardversion mit mittlerer Kontaktflächenkonvexität und den mitgelieferten Offset-Montagebrücken erzielt. Die HBC-Version hingegen schneidet bei Verwendung der Offset-Montage typischerweise 0,5-1°C schlechter ab als die Standardversion. Ohne Offset-Montage fällt die HBC Version deutlich (1,5 bis 2°C) hinter die Standard-Version zurück, der Rückstand auf die der LBC-Version kann so bis zu 3,5°C betragen. Anders als bei LGA1700, wo die Verwendung der LBC-Version nicht empfohlen wird, können die Leistungseinbußen bei Verwendung der HBC-Version auf AM5 jedoch durch die Offset-Montage minimiert werden.

Auf anderen relativ flachen Prozessoren wie AM4, LGA2066 und LGA2011(-3) kann die LBC-Variante ebenfalls Vorteile im Bereich von 1-3°C im Vergleich zur regulären Version bieten. Die LBC-Variante wird auch für den Einsatz auf geköpften AM5-CPUs (Direct Die-Anwendung) sowie bei Verwendung flacher Custom-Heatspreader empfohlen.

Fazit: Welche Version soll man wählen?

Angesichts der Testergebnisse empfehlen wir zumeist die Standardversion mit mittlerer Kontaktflächenkonvexität, da sie sowohl auf AMD AM5 mit der Offset-Montage als auch auf Intel LGA1700 mit den beiliegenden 1mm Unterlegscheiben die besten Ergebnisse liefert - es sei denn, die CPU hat sich durch den Langzeiteinsatz mit vollem ILM-Druck dauerhaft verformt. Selbst in diesem Fall oder wenn Intel LGA1700 CPUs mit vollem ILM-Druck betrieben werden bzw. wenn auf AM5 die Offset-Montage auf AMD AM5 nicht verwendet wird, liefert die Standardversion garantiert solide Ergebnisse.

In letzteren Fällen und bei bestimmten anderen Anwendungen können die spezialisierten LBC- und HBC-Versionen jedoch einen zusätzlichen Vorteil von 1 bis 2°C bieten, was sie zu einer attraktiven Option für Kunden macht, die in diesen speziellen Konfigurationen die bestmöglichen Ergebnisse erzielen möchten und denen es nichts ausmacht, dafür etwas an Vielseitigkeit einzubüßen. Im Gegensatz dazu ist die Standardversion mit mittlerer Kontaktflächenkonvexität die vielseitigste und zukunftssicherste Option.

	NH-D15 G2 LBC	NH-D15 G2 (standard)	NH-D15 G2 HBC
AM5 ohne Offset Mounting AM4 LGA2066 LGA2011(-3) kundenspezifische flache oder geläppte flache Heatspreader, geköpfte AM5-CPUs, usw.	Ausgezeichnet	Gut	Nicht empfohlen
AM5 mit Offset Mounting	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet	Gut
LGA1700 mitKontaktrahmen"	Gut	Ausgezeichnet	Gut
LGA1700 mit reduziertem ILM-Druck (1mm Unterlegscheiben) LGA1200 LGA115x	Nicht empfohlen	Ausgezeichnet	Gut
LGA1700 mit vollem ILM-Druck LGA1700 mit reduziertem ILM-Druck (1mm Unterlegscheiben), wenn die CPU durch Langzeitgebrauch dauerhaft verformt ist	Nicht empfohlen	Gut	Ausgezeichnet