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CPU-Kühler wechseln: Bessere Temperaturen, leiserer PC

02.12.2016 | 08:34 Uhr |

Eine aktuelle CPU bietet viel Rechenpower. Die kann sie aber nur entfalten, wenn die Bedingungen im PC stimmen. Wir erklären, worauf Sie achten müssen, wenn Sie Ihren Prozessor optimal ausreizen wollen.

Manche mögen's heiss – Ihr Prozessor aber sicher nicht. Denn nur, wenn die CPU gut gekühlt wird, kann sie ihre volle Leistung ausspielen. Sind Lüfter und Gehäuse aber nicht in der Lage, die Abwärme des Prozessors schnell genug wegzubefördern, reduziert er Taktrate und Spannung – und seine Rechenkraft sinkt. Es bringt deshalb nichts, eine teure High-End- CPU zu kaufen und dann beim Lüfter zu sparen.  Umgekehrt erhält eine effektive Kühlung länger die Leistungsfähigkeit des Prozessors.

Das beginnt bereits mit der Entscheidung, wo Sie den PC platzieren: Ist nicht genug Freiraum um das Gehäuse verfügbar, um Luft anzusaugen und abzugeben, so kann sich der Prozessor schnell erhitzen, was dann zu Leistungseinbußen führt. Zwar stirbt eine aktuelle CPU nicht mehr den Hitzetod: Denn durch die integrierte Schutzautomatik regelt sie sich selbstständig herunter oder schaltet sich im schlimmsten Fall sogar ab. Wie Sie mit einer guten Kühllösung jedoch mehr aus Ihrem Prozessor herausholen, zeigen wir Ihnen in diesem Artikel.

Siehe auch: Die große Kaufberatung zur besten CPU

Die Temperatur wirkt sich auf die CPU-Leistung aus

Reicht die Kühllösung im PC oder Notebook für den Prozessor nicht aus, leidet seine Leistung. Er reduziert dann Taktfrequenz und Kernspannungen, um wieder eine niedrigere Temperatur zu erreichen. Dieser Vorgang ist als „Thermal Throtteling“ bekannt. Es kann dabei sogar passieren, dass sich die CPU komplett abschaltet, was zu einem Systemabsturz und auch zu Datenverlust führt. Vorher kommt es jedoch bereits zu einer reduzierten Leistung: Reicht die Kühlung nicht aus, so kann der Prozessor eine integrierte Übertaktungstechnik wie „Turbo Core“ bei AMD oder „Turbo Boost“ bei Intel nicht oder nur selten ausnutzen: Mit dieser Funktion übertakten sich einzelne Prozessorkerne über die Standardtaktfrequenz hinaus, um bei hoher Auslastung noch etwas mehr Leistung zu bieten, müssen dabei aber innerhalb ihrer Thermal Design Power (TDP) bleiben.

Intels Technik „Turbo Boost“ und AMDs „Turbo Core“ arbeiten ähnlich und übertakten einzelne Prozessorkerne über den Standardtakt hinaus – sofern die CPU-Temperatur nicht zu hoch ist.
Vergrößern Intels Technik „Turbo Boost“ und AMDs „Turbo Core“ arbeiten ähnlich und übertakten einzelne Prozessorkerne über den Standardtakt hinaus – sofern die CPU-Temperatur nicht zu hoch ist.

Kaufberatung: Vor- und Nachteile von Boxed- und Tray-CPUs

Um die Abwärme eines Prozessors abzuführen, ist also unbedingt ein Kühler notwendig. Deshalb sollten Sie schon beim CPU-Kauf aufpassen: Sie haben nämlich oft die Wahl zwischen sogenannten „Boxed“- oder „Tray“-Versionen. Bei ersteren handelt es sich um die eigentlichen Verkaufsversionen des Herstellers, die neben dem Rechenchip auch einen Kühler sowie Wärmeleitpaste oder -Pads beinhalten. Häufig fällt auch der Begriff „Boxed-Kühler“, weil er sich in der Verkaufsverpackung befindet. Dieser Kühler besitzt in Fachkreisen aber einen schlechten Ruf, weil er oft zu laut und nicht ausreichend effektiv arbeitet. Übertakten lässt sich der Prozessor damit in der Regel nicht.

Die Tray-Versionen sind kostengünstiger, weil sie keinen Kühler mitbringen und zumeist auch nur in einer kleinen Pappschachtel daherkommen. Tray steht hier für das Tablett, auf dem sich gleich mehrere Dutzend Chips befinden, die eigentlich für Großeinkäufer (OEMs) gedacht sind. Allerdings ist es schon oft vorgekommen, dass es sich dabei um gebrauchte Prozessoren handelt. Das lässt sich häufig nur schwer nachweisen, da es sich ja lediglich um den nackten Chip handelt. Außerdem haben Sie bei einem Tray-Modell als Sicherheit nur die Gewährleistung des Händlers und keine Herstellergarantie von AMD oder Intel. Meldet der Händler Insolvenz an, schauen Sie im Garantiefall in die Röhre. Deshalb greifen oft nur versierte Anwender zu Tray-CPUs, die sich im Zweifelsfall selbst helfen können.

So finden Sie den perfekten Kühler für Ihre CPU

Boxed-Kühler sind bei versierten Nutzern verpönt. Doch aktuelle Modelle wie der Wraith-Cooler von AMD erledigen einen recht guten Job.
Vergrößern Boxed-Kühler sind bei versierten Nutzern verpönt. Doch aktuelle Modelle wie der Wraith-Cooler von AMD erledigen einen recht guten Job.

Um die Abwärme des Prozessors optimal in den Griff zu bekommen, ist ein leistungsfähiger Kühler notwendig. Und hier haben Sie die Qual der Wahl, denn zahlreiche Hersteller bieten viele verschiedene Modelle zu unterschiedlichen Preispunkten und Leistungsstufen an. So finden Sie dennoch den passenden Kühler für Ihre CPU: Erst einmal muss der Sockel übereinstimmen, also beispielsweise „FCLGA1151“ bei einem Intel Core i5-6600K. Sollten Sie nicht wissen, was für einen Sockel der Prozessor hat oder über welchen Prozessor Sie überhaupt verfügen, dann müssen Sie diese Daten über eine Gratis-Software wie etwa CPU-Z auslesen. Schon der erste Reiter gibt Ihnen die benötigte Auskunft wie die Modellbezeichnung und den Sockeltyp. In der Regel unterstützen aber die meisten Kühler die gängigsten Sockel dank flexibler Montagesysteme – trotzdem sollten Sie unbedingt einen Blick in die technischen Daten des Lüfters werfen.

Es wird heiß: Warum eine CPU Abwärme erzeugt

Ein aktueller Prozessor verfügt über Milliarden von Transistoren, die im Prinzip wie Schalter funktionieren, da sie nur zwei Zustände annehmen können: Ein- oder ausgeschaltet respektive „1“ oder „0“. Während dieser Umschaltung erfolgt eine Auf- oder Entladung der Transistoren, bei der elektrische Leistung entsteht, die wiederum in Wärme umgewandelt wird. Je häufiger die Transistoren schalten, desto mehr Leistung und Abwärme entsteht.

Ein weiterer Grund für die Hitzeentwicklung ist die Verkleinerung der Strukturbreite und der Anstieg der Transistorenanzahl. Durch den schmaleren Fertigungsprozess fallen auch die Isolationsschichten der Transistoren immer dünner aus, was einen sogenannten Leckstrom fließen lässt – Teile des Prozessors verbrauchen auch dann Strom und produzieren Abwärme, wenn sie eigentlich nichts tun. Diese Problematik steigt mit schmaleren Strukturbreiten weiter an und lässt sich lediglich mit Hilfe von neuen Isolationsschichten begrenzen.

Der letzte Grund ist die steigende Anzahl von Funktionseinheiten wie etwa dem Rechen- und Steuerwerk oder auch den Registern, die im Prozessor integriert sind. Diese Einheiten schalten sich im Rhythmus der CPU-Taktfrequenz und verbrauchen zusätzlich Energie – selbst dann, wenn sie eigentlich keine Aufgaben haben. Hier helfen dann Stromsparmaßnahmen, die nicht benötigte Prozessoreinheiten komplett abschalten.

Eine weitere wichtige Angabe ist die TDP, die „Thermal Design Power“, die Sie ebenfalls im ersten Reiter von CPU-Z finden und die die Hersteller in Watt angeben. Hierbei handelt es sich um die maximale Wärmeleistung, die ein Prozessor abgibt. Sie bezeichnet auch die maximal zulässige Kernspannung und Temperatur des Chips. Dieser Wert liegt aus diesem Grund immer etwas unterhalb der maximalen elektrischen Leistungsaufnahme. Doch zu 100 Prozent können Sie sich nicht auf diesen Wert verlassen, da AMD und Intel ihn jeweils anders berechnen: Zwar handelt es sich bei AMD und Intel stets um Mittelwerte, jedoch gibt es nur wenige Angaben dazu, wie stark die CPU bei der Messung ausgelastet ist und welche Anwendungen zum Einsatz kommen. Idealerweise sollte der neue Kühler also den TDP-Wert Ihrer CPU etwas übersteigen, damit Sie ausreichende Kühlreserven haben.

Das Gratis-Programm CPU-Z gibt Ihnen zuverlässig Auskunft über die Daten Ihres Prozessors wie etwa zur Anzahl der Kerne oder zur Sockelbezeichnung.
Vergrößern Das Gratis-Programm CPU-Z gibt Ihnen zuverlässig Auskunft über die Daten Ihres Prozessors wie etwa zur Anzahl der Kerne oder zur Sockelbezeichnung.

Schritt für Schritt erklärt: So wechseln Sie den CPU-Kühler

Der Einbau eines neuen CPU-Kühlers ist nicht kompliziert und auch für Neulinge machbar. Wir erklären Ihnen Schritt für Schritt am Beispiel eines Boxed-Kühlers, was Sie tun müssen: Als Erstes trennen Sie Ihren Computer vom Strom und schrauben das Seitenteil des Gehäuses ab. Bevor Sie die eingebaute Hardware direkt anfassen, sollten Sie sich noch erden, um nicht eventuelle Spannungen auf die empfindliche Elektronik zu übertragen. Fassen Sie hierzu kurz an eine leitende Masse, wie zum Beispiel an die Heizung.

Im nächsten Schritt trennen Sie den Lüfteranschluss vom Mainboard. Nun kommt es darauf an, von welchem Hersteller Ihre CPU ist: Bei AMD-Prozessoren genügt es, wenn Sie einen Hebel lösen, um dann den kompletten Kühler vom Sockel abzuheben. Erledigt ein Intel-Modell die Rechenarbeit, dann müssen Sie zunächst vier Plastikstifte mit einer Vierteldrehung lösen, um den Kühler abmontieren zu können. Anschließend entfernen Sie die alte Wärmeleitpaste mithilfe eines fusselfreien Papiertuches. Um auch die letzten Reste zu entfernen, können Sie das Tuch mit etwas Alkoholreiniger befeuchten und vorsichtig wischen. Achten Sie darauf, dass die CPU-Oberfläche komplett trocken ist, bevor Sie fortfahren.

Einen Intel-Boxed-Kühler entfernen Sie, indem Sie das Lüfterkabel abstecken und die vier Haltestifte um 90 Grad drehen.
Vergrößern Einen Intel-Boxed-Kühler entfernen Sie, indem Sie das Lüfterkabel abstecken und die vier Haltestifte um 90 Grad drehen.
© Intel

Daraufhin müssen Sie die neue Wärmeleitpaste auf dem silbernen Heatspreader der CPU verteilen. Auch hier gibt es qualitative Unterschiede, die sich allerdings nur in Sachen Haltbarkeit und geringen Temperaturschwankungen zeigen. Beim Auftragen selbst spalten sich die Expertenmeinungen: So verstreichen einige die Paste mit einer kleinen Spachtel, andere tragen zwei Linien aus Paste über Kreuz auf. Schließlich gibt es noch eine Fraktion, die lediglich einen Klecks in der Mitte ausdrückt, damit sich die Paste über den Anpressdruck des Kühlers gleichmäßig über die Oberfläche verteilt. Wir empfehlen diese Methode. Achten Sie aber in jedem Fall darauf, nicht zu viel Wärmeleitpaste aufzutragen. Denn diese dient nur dazu, Unebenheiten auf den Oberflächen auszugleichen und eine gleichmäßige Wärmeabfuhr zu gewährleisten. Tragen Sie zu dick auf, kann es zu erhöhten Temperaturen kommen.

Tipp: Kaby Lake - Die siebte Intel-Core-CPU-Generation im Test

Im Folgenden ist Ihr neuer Kühler an der Reihe, den Sie nun gemäß der Betriebsanleitung auf den Sockel setzen und fixieren. Beim Verschrauben sollten Sie bitte darauf achten, die Schrauben zuerst über Kreuz einzudrehen, und sie erst dann final festziehen, wenn der Kühler korrekt in der Mitte sitzt. Nur so stellen Sie eine optimale Kühlleistung sicher. Manche Kühler setzen jedoch auch eine sogenannte Backplate voraus, welche Sie an der Rückseite des Mainboards anbringen müssen. Sie sorgt dafür, dass auch große und schwere Kühler sicher sitzen. Das ist allerdings am aufwendigsten, denn dafür müssen Sie das Mainboard ausbauen – es sei denn, Ihr Gehäuse verfügt über eine ausreichend große Aussparung hinter der Platine.

Tipp: Wie der Kühlertausch an einem konkreten Beispiel mit Bildern aussieht, wird in diesem Ratgeber veranschaulicht.

Bevor Sie den neuen Kühler montieren, muss die alte Wärmeleitpaste zuerst restlos entfernt werden – am besten mit etwas Alkoholreiniger.
Vergrößern Bevor Sie den neuen Kühler montieren, muss die alte Wärmeleitpaste zuerst restlos entfernt werden – am besten mit etwas Alkoholreiniger.

Kühlmethoden: Luft ist günstiger, Wasser effektiver

Streng genommen handelt es sich bei der Prozessorkühlung um eine Entwärmung, und nicht um einen aktiven Kühlvorgang. Das bedeutet, dass eine Abfuhr der Wärme erfolgt und keine Zufuhr von Kälte. Klassische Luftkühler erzeugen also einen Luftstrom, indem sie kältere Außenluft ansaugen und die warme Luft wieder abführen. Voraussetzung ist natürlich ein Gehäuse mit entsprechenden Öffnungen, die einen konstanten Luftstrom ermöglichen.

Die Ableitung der Wärme erfolgt bei einem Prozessor folgendermaßen: Ein wärmeleitender Kühlkörper hat direkten Kontakt mit der CPU – als Material kommt dafür meist Kupfer zum Einsatz. Dank der Konvektion (Wärmeströmung) leitet allein der Kühlkörper die thermische Energie. Da diese Ableitung aber für leistungsfähige Komponenten meist nicht genügt, kommt der Luftstrom ins Spiel: Je größer der Luftstrom, desto mehr Wärme pro Volumen führt der Kühler ab. Einen besseren Luftstrom erreichen Sie unter anderem durch schnellere drehende Lüfter, die jedoch durch ein höheres Betriebsgeräusch unangenehm auffallen.

Diese Problematik haben Sie bei einer Wasserkühlung nicht. Anstelle des Luftstroms transportiert eine Kühlflüssigkeit die Abwärme, die sie durch wärmeleitende Radiatoren führt, wo dann wiederum Lüfter die Abwärme nach außen führen. Weil die Flüssigkeit kälter als die Luft in Ihrem Zimmer ist, erfolgt ein besserer Abtransport der Wärme. Darüber hinaus sind Wasserkühlungen mittlerweile nicht nur Profis vorbehalten. Sogenannte „All-in-one“- oder Kompakt-Wasserkühlungen sind geschlossene Kreisläufe, die eine CPU recht effektiv kühlen können. Im Gegensatz zu den „Custom Loops“, also den komplett selbstgebauten Flüssigkühlungen, sind diese Systeme für mehrere Jahre wartungsfrei und leichter zu verbauen und zu bedienen. Insgesamt ist eine Wasserkühlung teurer als ein Luftkühler, erledigt dafür allerdings auch einen besseren Job.

All-in-one-Wasserkühlungen wie dieses Modell von Corsair sind wartungsfrei, einfach zu montieren und kühlen die CPU besser als Luftkühler.
Vergrößern All-in-one-Wasserkühlungen wie dieses Modell von Corsair sind wartungsfrei, einfach zu montieren und kühlen die CPU besser als Luftkühler.
© Corsair

An der richtigen Stelle: Der PC-Standort beeinflusst die Kühlung

Doch ein guter Kühler ist nur die halbe Miete. Auch der Standort des PC-Gehäuses spielt eine wichtige Rolle. Wenn nicht genügend Platz für das Ansaugen von Frischluft und die Abfuhr von Hitze vorhanden ist, so kann es trotz eines guten Kühlers zu Hitzeproblemen kommen. Ein beliebter Aufstellplatz für PCs ist ein Einschub im Schreibtisch: Dann nimmt der Rechner zwar keinen Platz weg, ist jedoch von Wänden umgeben, weshalb sich die Hitze stauen kann. Auch direkte Sonneneinstrahlung oder ein Platz neben den Heizungs- oder Warmwasserrohren sind einer guten Kühlleistung nicht zuträglich. Für einen optimalen Luftstrom sollte außerdem das Gehäuseinnere aufgeräumt sein: Verlegen Sie Daten- und Stromkabel ordentlich und fassen Sie nahe liegende Stränge zu einem einzigen zusammen. Führen Sie diese im Anschluss daran beispielsweise an der Rückseite des Mainboard-Trays, dem Boden oder an den Gehäusestreben entlang.

Bessere Kühlung: Bauen Sie weitere Gehäuselüfter ein

Um den Luftstrom für die CPU zu optimieren, empfiehlt es sich, zusätzliche Gehäuselüfter einzubauen. Die verbessern die Kühlleistung, da sie mehr Luft ansaugen und abführen können als der CPU-Kühler allein. Achten Sie beim Kauf auf die maximale Lüfterdrehzahl: Diese geben die Hersteller in Umdrehungen pro Minute an (Englisch: RPM „revolutions / rotations per minute“). Wie beim CPU-Kühler ermöglichen schnell drehende Lüfter einen effektiveren Luftstrom, sind allerdings deutlich hörbar. Dem versuchen Hersteller durch ausgefeiltes Lüfterblätterdesign, Lagerungen und Umdrehungstechniken entgegenzuwirken. Insbesondere teurere Modelle arbeiten dann trotz hoher Drehzahlen leise. Gleichfalls wichtig ist die Unterstützung der Pulsweitenmodulation, kurz PWM. Sie ermöglicht die Steuerung der Lüftergeschwindigkeit durch ein separates Tachosignal, das über eine vierte Leitung gesendet wird – aus diesem Grund haben PWM-fähige Lüfter einen vierpoligen Anschluss. Hierdurch ist es möglich, dass die Lüfter immer mit der aktuell benötigten Umdrehungszahl arbeiten – das heißt bei geringer Auslastung nur sehr langsam und bei hoher Last schneller. Für PWM müssen die Lüfter an das Mainboard oder an separate Lüftersteuerungen angeschlossen sein.

Die klassische Luftkühlung nutzt den Unterdruck: Kalte Außenluft wird unten in der Front angesaugt und oben im Heck nach draußen geführt.
Vergrößern Die klassische Luftkühlung nutzt den Unterdruck: Kalte Außenluft wird unten in der Front angesaugt und oben im Heck nach draußen geführt.

Auch der Durchmesser des Lüfters spielt beim Luftstrom eine Rolle: Je größer der Lüfter, desto mehr Luft kann er befördern. Hier müssen Sie aufpassen, dass der Lüfter in Ihr Gehäuse passt. Am gängigsten sind 120 oder 140 Millimeter große Lüfter, in größere Gehäuse passen auch 200-Millimeter-Modelle – sehen Sie dafür ins Handbuch oder prüfen Sie die Produkt-Website des PC- oder Gehäuseherstellers. Unser Tipp: Kaufen Sie sich den größtmöglichen Lüfter mit etwas niedrigeren Drehzahlen. Beim Einbauen der Lüfter müssen Sie auf die Positionierung achten. Viele Gehäuse sind bereits ab Werk mit zwei bis drei Lüftern ausgestattet, die sich den Unterdruck zunutze machen. Dabei saugt ein in der unteren Front angebrachter Lüfter kalte Außenluft ein und ein an der oberen Rückseite montiertes Gegenstück bläst die Abwärme wieder hinaus. Eine bessere Kühlung erreichen Sie, wenn Sie zusätzlich einen Lüfter in den Deckel über der CPU einbauen, der die Luft nach außen abführt. Damit Sie die Lüfter richtig einbauen, um den korrekten Luftstrom zu ermöglichen, befinden sich darauf zwei kleine Pfeile: Der eine zeigt die Drehrichtung, der andere die Richtung des Luftzugs an. Idealerweise greifen Sie auf entkoppelte Modelle zurück, da sich die Drehungen auf das Gehäuse übertragen und so Geräusche verursachen. Alternativ greifen Sie auf Gummiunterlegscheiben zurück, welche Sie zwischen Lüfter und Gehäuse platzieren.

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So wird’s gemacht: Lüfter ganz einfach per Bios steuern

Anstelle von Hardwarelüftersteuerungen und Drittanbietersoftware können Sie Ihre Lüfter auch über das Bios-Setup steuern. Im Menü, das beispielsweise „Hardware Monitor“ heißt, lassen sich die aktuellen Drehzahlen der an das Mainboard angeschlossenen Lüfter überprüfen. Teurere Hauptplatinen bieten verschiedene Profile an, die sich für jeden einzelnen Lüfter separat anpassen lassen: Bei „Silent“ etwa arbeiten die Lüfter mit möglichst niedrigen Drehzahlen und sind somit kaum zu hören. „Turbo“ dürfte wohl selbsterklärend sein, während Sie über „Manual“ die Drehzahlen selbst festlegen. Wenn Sie sich damit nicht beschäftigen wollen und dem Motherboard die Arbeit überlassen möchten, klicken Sie einfach auf die entsprechende Option. Viele Mainboards erlauben auch die Programmierung von Temperaturgrenzen: Je mehr sich der Prozessor erhitzt, desto schneller drehen die Lüfter. Die Hauptplatine kann die Lüfter natürlich auch selbstständig regeln – stellen Sie hierfür die entsprechende Option auf „Auto“.

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