Wärmeübergangsfläche auf CPU´s mit IHS verkleinern
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- Dieses Thema hat 19 Antworten und 10 Teilnehmer, und wurde zuletzt aktualisiert vor 16 Jahren, 5 Monaten von davidzo.
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22. September 2007 um 16:09 Uhr #484488VJoe2maxTeilnehmer
Seit einiger Zeit mache ich mir nun schon Gedanken, ob aktuelle CPU-Kühler bereits das volle Potential ausschöpfen, und wo noch Verbesserungsspielräume liegen. Insbesondere Düsenkühler mit ihrer stark begrenzten aber hocheffektiven turbulent angeströmten Kühlzone scheinen mir derzeit noch einen kleinen Konstruktionsmangel aufzuweisen.
Darüber, dass ein Wasserkühler, der universell auf vielen CPU´s zum Einsatz kommen kann niemals das potentielle Optimum auf allen CPU´s erreicht, sind wir uns wahrscheinlich alle einig.
Heutige CPU´s werden dankenswerter von den Herstellern mit Heatspreadern (IHS) ausgestattet, welche das Risiko minimieren, dass das empfindliche DIE durch falsche Kühlermontage beschädigt wird. – Soweit so gut.
Ein anderer Punkt der gern im Bezug auf IHS argumentiert wird, ist die Tatsache, dass sich die Wärme über eine größere Fläche verteilt und so besser vom Kühler aufgenommen und ans Kühlmedium abgeführt werden kann.
Natürlich schafft ein IHS auch einen weiteren Wärmeübergang, der nicht gerade die Wärmeabfuhr begünstigt (deshalb manchmal als DAU-Kappe bezeichnet), aber das sollte man imo für die sichere Montierbarkeit in Kauf nehmen.Mit dem Punkt, dass ein IHS durch die Verteilung der Wärme die Kühlung verbessert stimme ich nun zumindest bei Verwendung eines Düsenkühlers nicht ganz überein. Meiner Meinung nach wäre es sinnvoller, auch bei CPU´s mit IHS die Kontaktfläche des Kühlers ziemlich genau auf die aktiv angeströmte Zone des Pin- oder Lochfeldes in der Bodenplatte zu begrenzen. Optimaler Weise müsste diese exakt so groß sein wie das DIE unter dem IHS um den Weg des Wärmeflusses so gering wie möglich zu halten. Der Effekt davon wäre meiner Meinung nach eine bessere Wärmeabfuhr aufgrund einer höheren lokalen Temperaturdifferenz und damit einer höheren Triebkraft zur Wärmeübertragung in Richtung Kühler (instationär gesehen).
Im auf diese Weise stärker aufgeheizten Pin- oder Lochfeld des Kühlerbodens kann die Temperatur dann ebenfalls effizienter ans Wasser übertragen werden, da auch hier, instationär gesehen, eine höhere Temperaturdifferenz zwischen Kühlmedium und aufgeheizter Kühlstruktur besteht. Betrachtet man das System hingegen stationär (also von außen) so müsste die Kühlleistung steigen und die Prozessortemperatur damit sinken.Als Kompromiss, um möglichst viele DIE-Formen und Anordnungen (Intel-Quad-Cores) mit einem optimierten Düsenkühler abzudecken, wäre wahrscheinlich eine kleine runde, sehr plane Kontaktfläche optimal, welche innerhalb des Kühlers eine effiziente Kühlstruktur aufweist. Ein ebenfalls rundes Düsenfeld müsste diesen Bereich mit turbulenter Strömung versorgen. Auf der Unterseite der Düsenplatte sollten dann noch feine sternförmig angeordnete Rillen zwischen den Düsenausgängen eingearbeitet werden. Das dient dann, wie beim NexXxos XP der schnelleren Abfuhr des Wassers aus den zentralen Bereichen des Düsenfelds.
Wird die Wärme dagegen, wie bei den meisten aktuellen Kühlern, durch den IHS-verteilt und dann auch in den Bereichen mit weit weniger effizientem Wärmeübergang (Ringkanal um das aktive Düsenfeld) abgegeben, so ist die Triebkraft zur Wärmeübertragung insgesamt geringer, da dieser Energieanteil nicht im effizienten Teil des Kühlers zur beschleunigten Wärmeübertragung beitragen kann.
Was haltet ihr von obiger Überlegung?
Steckt da irgendwo noch ein grober Denkfehler, oder wäre das eine adäquater Ansatz die Leistung von Düsenkühlern nochmals zu steigern? -
22. September 2007 um 17:09 Uhr #703655Miami_TEC_NecTeilnehmer
Ich raff leider nicht so ganz auf was du hinaus willst …
Kannst du das ganze mal in Bilder erläutern ?
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22. September 2007 um 17:09 Uhr #703657PoweruserTeilnehmer
Mein Kommentar in blau.
VJoe2max;253463 said:
Interessante Überlegung, in einigen Punkten stimme ich aber nicht mit dir überein…Es gibt einen Denkfehler – falls ich jetzt keinen gemacht habe. Der Stein des Anstoßes ist die Tatsache, dass du deine Kühlzone nur heisser bekommst, wenn auch die DIE heisser wird. Diese Temperaturerhöhung möchtest du erreichen, in dem du zusätzlich kühlende (!) Teile einfach wegrationalisierst. Da du beim Kühler aber auf eine möglichst niedrige Temperatur bei einem gewissen Wärmeeintrag aus bist, wird der Kühler dadurch schlechter (weil die DIE heisser wird) Also eine Sackgasse…
Mit dem Punkt, dass ein IHS durch die Verteilung der Wärme die Kühlung verbessert stimme ich nun zumindest bei Verwendung eines Düsenkühlers nicht ganz überein. Meiner Meinung nach wäre es sinnvoller, auch bei CPU´s mit IHS die Kontaktfläche des Kühlers ziemlich genau auf die aktiv angeströmte Zone des Pin- oder Lochfeldes in der Bodenplatte zu begrenzen.
>>>Daraus verändert sich aber noch nichts ins positive; von Materialeinsparung mal abgesehen.Optimaler Weise müsste diese exakt so groß sein wie das DIE unter dem IHS um den Weg des Wärmeflusses so gering wie möglich zu halten.
>>Solange nicht die gesamte Wärmeenergie auf dieser Fläche abgegeben werden kann, sodass der IHS (nahezu) Wassertemperatur hat, büßt man damit Oberfläche ein, auf der Wärme abgegeben werden könnte…Der Effekt davon wäre meiner Meinung nach eine bessere Wärmeabfuhr aufgrund einer höheren lokalen Temperaturdifferenz und damit einer >>Wie kommt denn die Temperaturdifferenz überhaupt zu Stande?
Die DIE erwärmt sich. Um eine höhere lokale Temperaturdifferenz zu erreichen, muss also entweder das Wasser kühler werden (was unabhängig vom Kühler wäre) oder die DIE heisser werden. Letzteres ist aber unerwünscht; der Kühler würde “schlechter”.höheren Triebkraft zur Wärmeübertragung in Richtung Kühler (instationär gesehen).
>>kannst du diese “Triebkraft” physikalisch korrekt begründen?
Im auf diese Weise stärker aufgeheizten Pin- oder Lochfeld des Kühlerbodens kann die Temperatur dann ebenfalls effizienter ans Wasser übertragen werden, da auch hier, instationär gesehen, eine höhere Temperaturdifferenz zwischen Kühlmedium und aufgeheizter Kühlstruktur besteht. Betrachtet man das System hingegen stationär (also von außen) so müsste die Kühlleistung steigen und die Prozessortemperatur damit sinken.
>>s.o. Wohin ging denn die vorher die Wärmeenergie, welche jetzt “konzentriert” das stärkere Erhitzen bewirken soll? Richtig; sie wurde abgeführt und das ist nunmal auch das Ziel…
Als Kompromiss, um möglichst viele DIE-Formen und Anordnungen (Intel-Quad-Cores) mit einem optimierten Düsenkühler abzudecken, wäre wahrscheinlich eine kleine runde, sehr plane Kontaktfläche optimal, welche innerhalb des Kühlers eine effiziente Kühlstruktur aufweist. Ein ebenfalls rundes Düsenfeld müsste diesen Bereich mit turbulenter Strömung versorgen. Auf der Unterseite der Düsenplatte sollten dann noch feine sternförmig angeordnete Rillen zwischen den Düsenausgängen eingearbeitet werden. Das dient dann, wie beim NexXxos XP der schnelleren Abfuhr des Wassers aus den zentralen Bereichen des Düsenfelds.
>> solange die DIEs Rechteckig sind, wird auch eine annähernd rechteckige Form optimal bleiben…
Wird die Wärme dagegen, wie bei den meisten aktuellen Kühlern, durch den IHS-verteilt und dann auch in den Bereichen mit weit weniger effizientem Wärmeübergang (Ringkanal um das aktive Düsenfeld) abgegeben,
>>Diese zusätzliche(!) Abgabe hat ihre Ursache aber in der Leitfähigkeit des IHS und des Kühlerbodens. Würde diese Wärmeenergie bereits in der zentralen Zone abgeführt, so wäre der Wärmestrom in die Randbereiche natürlich entsprechend geringer. Er kommt also nur zu Stande, weil die Wärmeenergie in der Mitte nicht schnell genug abgeführt werden kann. An der Kühlleistung des gesamten Kühler ändert diese zusätzlich(!) abgeführte Wärmeenergie also nichts ins negative, ganz im Gegenteil.
E: Die Rückführkanäle dienen wohl eher der gleichmäßigeren Anströmung um “Todzonen” mit geringer Strömungsgeschwindigkeit in der Struktur zu vermeiden.
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22. September 2007 um 21:09 Uhr #703683VJoe2maxTeilnehmer
@Till:Wie immer sind wir bei diesem Themengebiet nicht einer Meinung :DFind ich gut – so kann man schön diskutieren;)Diene Argumentation kommt für mich nicht überraschend.
Poweruser said:
Es gibt einen Denkfehler – falls ich jetzt keinen gemacht habe. Der Stein des Anstoßes ist die Tatsache, dass du deine Kühlzone nur heisser bekommst, wenn auch die DIE heisser wird. Diese Temperaturerhöhung möchtest du erreichen, in dem du zusätzlich kühlende (!) Teile einfach wegrationalisierst. Da du beim Kühler aber auf eine möglichst niedrige Temperatur bei einem gewissen Wärmeeintrag aus bist, wird der Kühler dadurch schlechter (weil die DIE heisser wird) Also eine Sackgasse…Genau das habe ich mir zunächst nämlich auch gedacht, als ich über das Thema nachgegrübelt habe. Rein anschaulich und stationär betrachtet ist das auch nicht von der Hand zu weisen.Meine Überlegung war nun aber folgende:Wenn man das Ganze mal Energetisch betrachtet, so liefert das DIE pro Zeiteinheit ein gewisse Menge an Energie. Diese Energie wird zu fast 100% in Form von Wärme Frei, was einen Temperaturanstieg nach sich zieht. Verteile ich nun die Wärmemenge auf einen größeren Bereich so steht überall ein geringeres Temperaturgefälle zur Verfügung. Konzentriere ich jedoch die Energie an einer Stelle, so erhalte ich dort ein größeres Temperaturgefälle. Ein größeres Temperaturgefälle beschleunigt den Wärmetransport. Meine Annahmen dabei ist, dass ein effizienter Düsenkühler diese lokal hohe Energiemenge ohne Weiteres abführt. Die Schwierigkeit bei dieser Überlegung ist zu erkennen, dass die beschleunigte Wärmeübertragung der gesamten Energiemenge durch die effizientere Ableitung der Wärme das gesamte Delta T nach unten hin verschiebt. Somit sinkt sie Prozessortempertur, da das “Wärmeabfuhrpotential” pro Zeiteinheit erhöht wird. Ansonsten wäre dein Argumentation richtig.
Poweruser said:
Solange nicht die gesamte Wärmeenergie auf dieser Fläche abgegeben werden kann, sodass der IHS (nahezu) Wassertemperatur hat, büßt man damit Oberfläche ein, auf der Wärme abgegeben werden könnte…Der IHS wird sich außerhalb der Kühlzone nur minimal erwärmen, wenn der Kühler die komplette Energie direkt über dem DIE aufnimmt. Es handelt sich ja nach wie vor um ein Temperaturgleichgewicht. Da ich an der beschränkten Kühlfläche ein starke Wärmesenke anbiete, wird die Wärmeverteilung im Heatspreader nicht in laterale Richtung gehen sondern ein relative scharfes Maximum an der Stelle der höchsten Wärmeabfuhr haben. Das wäre dann genau die Kühlfläche. Die Übertragungsfläche außen geht also “verloren”, aber sie wird durch einen schnelleren Wärmetransport ausgeglichen.
Poweruser said:
Wie kommt denn die Temperaturdifferenz überhaupt zu Stande?Die DIE erwärmt sich. Um eine höhere lokale Temperaturdifferenz zu erreichen, muss also entweder das Wasser kühler werden (was unabhängig vom Kühler wäre) oder die DIE heisser werden. Letzteres ist aber unerwünscht; der Kühler würde “schlechter”.Gehen wir mal davon aus, dass die Wassertemperatur für eine normalen kühler und einen nach meiner Überlegung optimierten Kühler im eingependelten Zustand gleich ist (ist eine Frage der Rückkühlung nicht des Kühlers selbst).Beim normalen Kühler haben wir dann über die gesamte Kühlerfläche gesehen eine Differenz zwischen Heatspreadertemperatur und Wassertemperatur. Diese Differenz hat eine bestimmte Verteilung über der gesamten überströmten Fläche. Bei einem, nach meinem Schema optimierten Kühler, haben wir die gesamte Energieübertragung nur im Düsenbereich. Das heißt die gesamte Energie wird über die reduzierte Fläche übertagen. Da diese Fläche jedoch einen im Vergleich zur herkömmlichen Verteilung viel effizienteren Wärmeübergang für die gesamte Energiemenge bietet, wird hier mehr Wärme pro Zeit ins Wasser abgeleitet – die Kühlleistung steigt.Beim normalen Kühler hingegen, bietet die Kühlplatte auch in den Randbereichen noch einen Temperaturgradienten. Der dazu führt, dass Wärme in lateraler Richtung durch IHS und Bodenplatte fließt. Das tut sie und wird dementsprechend auch irgendwann ans Wasser abgegeben. Die geschieht aber langsamer als bei der kompakten Methode. Schauen wir uns wieder die Wärmeabfuhr pro Zeit (also die Kühlleistung) an so ist diese geringer als bei der optimierten Lösung.Meine Annahme, dass die Wirkung des guten Wärmeübergangs durch die turbulente Strömung eine schnellere Wäremabfuhr kapazitätsmäßig zulässt muss natürlich erfüllt sein, damit das funktioniert. Das ist jedoch nur ein Frage des Aufbaus der Kühlstruktur. Diese muss viel turbulent angeströmte Fläche bieten um die Wärmeenergie komplett übertragen zu können. Dieser Punkt könnte ein Knackpunkt an der Idee sein, da ich das nur abschätzen kann. Als es noch CPUs ohne IHS gab, waren Düsenkühler jedoch meiner Einschätzung nach tendenziell effizienter. Diese Konfiguration entspricht im Wesentlichen meinem Vorschlag, nur mit dem Unterschied, das jetzt noch ein kleines Stück Kupfer (der IHS-Berich über dem DIE) dazwischen liegt.
Poweruser said:
Diese zusätzliche(!) Abgabe hat ihre Ursache aber in der Leitfähigkeit des IHS und des Kühlerbodens. Würde diese Wärmeenergie bereits in der zentralen Zone abgeführt, so wäre der Wärmestrom in die Randbereiche natürlich entsprechend geringer. Er kommt also nur zu Stande, weil die Wärmeenergie in der Mitte nicht schnell genug abgeführt werden kann. An der Kühlleistung des gesamten Kühler ändert diese zusätzlich(!) abgeführte Wärmeenergie also nichts ins negative, ganz im Gegenteil.E: Die Rückführkanäle dienen wohl eher der gleichmäßigeren Anströmung um “Todzonen” mit geringer Strömungsgeschwindigkeit in der Struktur zu vermeiden.Zusätzliche Wärmeabfuhr würde in der Randzone nur dann erzeugt, wenn in der Mitte wenig Energie aufgenommen wird. Zudem braucht es Zeit bis die Wärme dort ankommt. Über den Sinn und Zweck der Rückführkanäle kann man sich streiten – otc wir´s wissen. Da sie aber immer exakt über den Rillen der Kühlstruktur liegen, in die keine Düsen schießen, gehe ich davon aus, dass die dem schnellen Abtransport des Mediums dienen.Ich danke dir für deine ausführliche Gegendarstellung :d:.In einigen Punkten bin ich mir nun auch nicht mehr so sicher wie vorhin und womöglich ist es tatsächlich ne Schnapsidee. Ganz überzeugen konnte mich deine Argumente jedoch noch nicht, wie du oben sehen kannst.Da ich aber ungern nachrechne :D, werde ich mir beim nächsten Kühler überlegen sowas mal versuchsweise umzusetzen.
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22. September 2007 um 22:09 Uhr #703703PoweruserTeilnehmer
Ich fürchte, das wird ein Kreisel. Wie auch immer:
Der Betrag der von der DIE abgegebene Wärmenergie bleibt immer konstant (Annahme).
Möchte man also den selben Betrag an Energie über eine kleinere Fläche abgeben, so muss die Temperaturdifferenz zwangsläufig höher sein.
Da die Temperatur des Kühlmittels im Vergleich zu vorher gleich bleibt, muss die kleinere Struktur heisser werden. dh. Der IHS und die DIE darunter werden auch heißer (denn da kommt die Wärmeenergie ja her). Den “Vorteil” der potentiell höheren Wärmeabfuhr erkauft sich deine Überlegung also erst durch die höhere Temperatur – und nur dadurch.
Um jedes Milliwatt, das mit der Struktur “neben” der DIE nachträglich entsorgt werden kann, wird die Struktur über der DIE entlastet. = niedrigere Temperaturen.VJoe2max;253515 said:
Da ich aber ungern nachrechne 😀Das kommt mir bekannt vor…8-[
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8. Oktober 2007 um 13:10 Uhr #706420LeniTeilnehmer
zum ersten Post:
Die Überlegung ist meiner Meinung nach richtig. Kurz gesagt, da wo die meiste Wärme abgeführt werden kann aufgrund, des Düsenfeldes, sollte die Wärme auch bleiben. Deswegen hats auch damals bei meinem A64 bzw X2 fast 10K unter Last gebracht.Ich denke da gibts ein anderes Problem. Bei einer Luftkühlung sieht das ganze wieder ganz anders aus, den in dem Fall kann (oder sollte im besten Fall) der ganze Kühlerblock die Wärme aufnehmen. Und da der Großteil der Kunden mit Luft kühlt und mit Luft kühlen wird, wird kein Hersteller einen “IHS” wie du ihn beschrieben hast auf seine CPUs zimmern.
gruß Leni
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8. Oktober 2007 um 13:10 Uhr #706415Mad-MaxModerator
Poweruser;253536 said:
Ich fürchte, das wird ein Kreisel.Davon ist auszugehen, bis einer mal rechnet bzw simuliert, bzw testet…
Poweruser;253536 said:
Wie auch immer:Der Betrag der von der DIE abgegebene Wärmenergie bleibt immer konstant (Annahme).
Möchte man also den selben Betrag an Energie über eine kleinere Fläche abgeben, so muss die Temperaturdifferenz zwangsläufig höher sein.Richtig.
Poweruser;253536 said:
Da die Temperatur des Kühlmittels im Vergleich zu vorher gleich bleibt, muss die kleinere Struktur heisser werden. dh. Der IHS und die DIE darunter werden auch heißer (denn da kommt die Wärmeenergie ja her).Nein.
Die Frage ist, was macht die Kühlmitteltemperatur? Da DIE/IHS heisser werden (bei weniger Fläche & gleicher Energie) geben diese aber auch wesentlich besser ab (hohes delta T = gute Wärmeleitung). Somit wäre zu klären, bis wohin man mit verkleinerter Fläche gehen kann, bis die Wärmeableitung “ausgebremst” wird.VJoe2max;253515 said:
Den “Vorteil” der potentiell höheren Wärmeabfuhr erkauft sich deine Überlegung also erst durch die höhere Temperatur – und nur dadurch.
Um jedes Milliwatt, das mit der Struktur “neben” der DIE nachträglich entsorgt werden kann, wird die Struktur über der DIE entlastet. = niedrigere Temperaturen.Entlastung stimmt schon, geht in Richtung passive Kühlung, sprich Sicherheiten durch zusätzliche Wärmekapazitäten.
Hoffe ich habe mich nicht verdacht…
Mfg -
8. Oktober 2007 um 22:10 Uhr #706545VJoe2maxTeilnehmer
Schön, dass das Thema noch mehr Leute interessiert :d:
Leni;256613 said:
… Und da der Großteil der Kunden mit Luft kühlt und mit Luft kühlen wird, wird kein Hersteller einen “IHS” wie du ihn beschrieben hast auf seine CPUs zimmern.
…Die Idee ist nicht den IHS zu verändern, sondern die Berührungsfläche des Kühlers zum IHS zu verkleinern, so dass nur der zentrale Bereich abgedeckt wird der über dem DIE liegt. Die Abwärme hat imo keinen Grund sich lateral im IHS zu vereilen wenn direkt über der Wärmequelle eine hocheffiziente Wärmesenke angeboten wird.
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9. Oktober 2007 um 13:10 Uhr #706601byspeedTeilnehmer
Dito! Man sollte meiner Meinung nach Heatspreader für Waküs anbieten, also speziell für düsenkühler!
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9. Oktober 2007 um 18:10 Uhr #706649Mad-MaxModerator
VJoe2max;256751 said:
Schön, dass das Thema noch mehr Leute interessiert :d:Leni;256613 said:
… Und da der Großteil der Kunden mit Luft kühlt und mit Luft kühlen wird, wird kein Hersteller einen “IHS” wie du ihn beschrieben hast auf seine CPUs zimmern.
…Die Idee ist nicht den IHS zu verändern, sondern die Berührungsfläche des Kühlers zum IHS zu verkleinern, so dass nur der zentrale Bereich abgedeckt wird der über dem DIE liegt. Die Abwärme hat imo keinen Grund sich lateral im IHS zu vereilen wenn direkt über der Wärmequelle eine hocheffiziente Wärmesenke angeboten wird.
Richtig und da liegt das Prob… Solange deine Wärmesenke da ist, wird diese auch funktionieren, aber kurz nachm Anschalten des Prozzis, wird sich der Wärme trotz allem erstma querbeet verteilen, da das delta T zwischen IHS und Die größer sein wird, als zwischen IHS und WaKüler…
@byspeed: das wär u.a. ne Idee, da aber wie schon erwähnt die Masse weiter luftkühlen wird… wirds nur noch teuerer mit Wakü… -
9. Oktober 2007 um 21:10 Uhr #706695PommbaerTeilnehmer
Dito! Man sollte meiner Meinung nach Heatspreader für Waküs anbieten, also speziell für düsenkühler!
na sehr cool, dann muss ein Luftkühler wenn er auf Wakü umsteigt auch seine CPU wechseln damit er in den genuß kommt ? Das eigenständige Wechseln des Heatspreaders würde ich nach langem zusehen und lesen hier im Forum und allgemein über Wasserkühler nicht jedem ans herz legen ;-)Ich frage erstmal Grundsätzlich: Die idee ist interessant, aber wie steht der Aufwand der Verwirklichung in Relation zum Ergebnis? Wieviel K sollen damit verbessert werden? Ich denke eine Idee die man die Temperaturdifferenz zwischen Liquid und Raumluft gegen 0 verringern kann ist da wesentlich Hilfreicher für Wasserkühlungen 😉
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9. Oktober 2007 um 22:10 Uhr #706698VJoe2maxTeilnehmer
Pommbaer;256912 said:
Ich frage erstmal Grundsätzlich: Die idee ist interessant, aber wie steht der Aufwand der Verwirklichung in Relation zum Ergebnis? Wieviel K sollen damit verbessert werden? Ich denke eine Idee die man die Temperaturdifferenz zwischen Liquid und Raumluft gegen 0 verringern kann ist da wesentlich Hilfreicher für Wasserkühlungen 😉Die Verwirklichung ist sehr einfach – ca. 1mm rund um das Düsenfeld auf der Unterseite des Bodenplatte abfräsen so, dass nur noch die Fläche direkt über dem DIE Kontakt um IHS hat.Nur nochmal zum Verständnis: Es geht hier nicht um den Heatspreader. Der bleibt völlig unangetastet bei der Umsetzung meiner Idee. Es geht einzig und allein um das Design der Bodenplatte eines Düsenkühlers!Der IHS ist zwar ein Störfaktor, aber der Vorteil des mechanischen DIE-Schutzes ist mehr wert als die bestmögliche Kühlleistung. Eine defekte CPU zu kühlen macht einfach keinen Sinn :DDie unnötige und leistungshämmende Wärmeverteilung über die gesamte IHS-Fläche ist der Punkt der mich an aktuellen Kühlern stört.Edit: Wieviel man durch eine solche Optimierung, wenn sie denn funktioniert, herausholen kann, lässt sich schwer abschätzen. Vermutlich handelt es sich eher um rein akademisch interessante Werte, als gleich um ein paar Kelvin. Bei radikaler Auslegung könnte ich mir aber auch signifikante Vorteile vorstellen.
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10. Oktober 2007 um 12:10 Uhr #706790bastilikeoldcarsTeilnehmer
also cih weis ja nich, aber finde die idee etwas absurd.
einfachste thermodynamik ist doch, das man kühlleistung nur verbessern kann wenn folgendes beherzigt wird:
große flächen.
geringe wärmeübergangkoeffizienten.
gute leitfähigkeit der materialien.die letzteren beiden können wir nicht beeinflussen. das kupfer ist da, und alternativen sie es drum haben sich kaum etabliert. und der wärmeübergnagkoeffizient ist fest anhand der materialen(kupfer zu wlp und wlp zu ihs.)
ich meine, die fläche an temperaturärmeren zonen zu reduzieren ist quatsch.
dort wo die hitze entsteht, strahlt sie in ALLE richtungen ab. wenn sie nun in den ihs gelangt, verbreitet sie sich ja nicht nur direkt zum kühlkörper, sondern auch in der ihs selbst. und somit wird die wirksame fläche vergrößert, was man ja will.
man kann gegenargumentieren das sso zonenärmere gebiete mit erhitzt werden, was wohl nichtig gemacht wird dadurch, das es diese gebite enciht stört wenn sie 2grad wärmer sind. wichtig iss die haupttemperatur weg zu kriegen.einzige möglichkeit die kisten noch kühler zu bekommen ist ein heatspreader aus leitfähigerem material, oder den heatspreader wie erwähnt wegzulassen, und somit einen wärmeübergangskoeffizienten in der formel zu verlieren(was man aber nicht will der montierbarkeit halber).
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10. Oktober 2007 um 22:10 Uhr #706878VJoe2maxTeilnehmer
Wenn du mit mir übereinstimmst, dass die Kühlleistung der abgeführten Wärme pro Zeiteinheit entspricht (also der Geschwindigkeit der Wärmeabfuhr), müsstest du verstehen warum ich die Temperaturdifferenz lokal erhöhen will.
Die Strahlungswärme ist btw im Falle des Prozessors afaik fast vernachlässigbar.
Die Geschwindigkeit der reinen Wärmeleitung ist, wie du richtig sagst, abhängig von der Wärmeleitfähigkeit der eingesetzten Materialien und vom Weg, der überbrückt wird. Es gilt also diesen Weg so kurz wie möglich zu halten. Da ich den IHS aufgrund seiner mechanischen Vorteile behalten will, muss ich möglichst verhindern, dass sich die Wärme in lateraler Richtung ausbreitet. Stattdessen soll sie auf den kürzesten Weg Richtung Wärmeübertagung ans Kühlmedium gezwungen werden.
Sobald ich ausschließlich über dem DIE einen dauerhaft vorherrschenden negativen Wärmegradienten anbiete, was bedeutet, dass das Pinfeld in der Lage ist die komplette Wärme genügend schnell zu übertragen, gibt es keine Grund mehr dafür, dass ich die Wärme im IHS über den Zentralbereich hinaus ausbreitet.
Wenn man o2-cools Darstellung glauben schenkt, dass das allein Pinfeld eines aktuellen Düsenkühlers in der Lage ist die komplette Wärme schnell genug abzuführen, sollte man diese Effizienz meiner Meinung nach auch vollständig nutzen. Es zuzulassen, dass ich die Wärme auch in Richtung der ineffizinteren Randbereiche des Kühlers ausbreitet (noch dazu lateral – lange Wege = langsam) wird genau das nicht getan.
Was ich die ganze Zeit zu erklären versuche ist nichts anderes, als die Beschleunigung der Wärmeabfuhr durch Konzentration der Gesamtwärmemenge auf den effizienten Kernbereich des Kühlers, um dessen gute Eigenschaften zur Kühlleistungssteigerung zu nutzen. Tut man dies nicht, wird ein Teil der Wärme ineffizient (d. h. langsamer als nötig) abgeleitet.
Erinnert man sich nun an die Definition der Kühlleistung, die besagt, das die Ableitungsgeschwindigkeit der ausschlaggebende Punkt ist, sollte doch klar sein, warum das Konzept aufgehen müsste – oder etwa immernoch nicht? -
11. Oktober 2007 um 13:10 Uhr #706942bastilikeoldcarsTeilnehmer
klar ist das schon, nur leider nicht sinnvoll.
ich erklärs mal mit einem anders hergholtem thema, aus der fluidtechnik.
eine aussage, der der löwenanteil der auch in der praxis herschenden gesetze geschenkt werden kann ist die kontinuitätsgleichung, abgesehen von diversen realen abweichungen.
einfach ausgedrückt all das was reingeht kommt auch wieder raus. nur eben anders:)man kann kühlleistung mit wenig fläche und viel durchfluss erriechen. man kann aber auch die selbe kühlleistung mit wenig durchfluss, dafür aber viel fläche erreichen.
deine theorie ist es, den wärmedurchfluss zu steigern durch kürzere wege etc, und gleichzeittig die fläche auf den wärmeentwickelten puntk zu konzentrieren. eig nicht dumm :).
leider nur nicht ganz richtig, da die wärmegeschwindigkeit im (beispielsweise) kupfer nicht gesteigert werden muss.
warum? was ist wärme?: wärme versucht kalte gegenstände zu erhitzen. während der gegenstand(in unserem fall das kupfer) erhitzt wird, wird ja gleichzeitig der wärmespendenden quelle die selbe wärmemenge entzogen.
(kontinuität).und genau hier liegt die lösung.
wenn die wärmeleitungsgeschwindigkeit des kühlkörper höher wäre, bringt das nur den effekt, das das wasser schneller erhitzt wird. es stimmt aber nicht das wenn die wäremleitgeschwindigkeit langsamer ist, die wärmequelle heißer läuft, da die abgegebene wäremmenge ja da ist, unabhängig von der ausbreitungsgeschwindigkeit im kühlmedium.
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11. Oktober 2007 um 22:10 Uhr #707061EselMetallerTeilnehmer
bei der ganzen grossen IHS Fläche, wäre es da nicht sinnvoll anstatt den WaKühler Wirkbereich zu fokusieren, den Boden des WaKühlers wegzulassen und den Kühler stattdessen wie eine hohle Glocke zu formen so dass das Wasser direkt über den IHS strömen kann, und zwar über den ganzen? Über eine Düse über dem Zentrum, der darunterliegenden Die, eingeleitet und zu allen Seiten weg abfliessend abtransportiert. So würden gleich zwei Fliegen mit einer Klappe geschlagen: der zusätzliche Wärmeleitübergang Kühlerboden würde entfallen, und die Frage ob sich die CPU Abwärme nun horizontal oder bei gutem Kühler eher vertikal ausbreitet wäre irelevant da der gesamte IHS geflutet würde.
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11. Oktober 2007 um 22:10 Uhr #703480VJoe2maxTeilnehmer
Leistung = Arbeit / Zeit !Kühlleistung = abgeleitete Wärmemenge / Zeit.Der Knackpunkt ist also die Durchleitungsgeschwindigkeit durch den Kühler.Die prinzipiell ableitbare Wärmemenge ist auch nicht konstant sondern richtet sich nach der Fähigkeit des Kühlers die Wärme abzuleiten. Ein guter Kühler mit geringem Delta-T (zwischen DIE und Wasser) schafft seine Kühlleistung insbesonderes deshalb, weil der die Wärme vom Prozessor schneller ans Wasser überträgt. Normale Kühler übertragen die Wärme, wie du selbst sagst, nicht schnellst möglich ans Wasser.Ein optimierter Kühler hingegen nutzt für die Wäremabfuhr ausschließlich die effizienteste zur Verfügung stehende Technik (Düsenfeld mit Pins). So kann der Kühler mehr Wärme pro Zeit abführen, als wenn ein Teil des Wärmestroms langsamer (durch lange Wege und ineffiziente Anströmung) ans Wasser übertragen wird. Ergo bringt ein optimierter Kühler zumindest theoretisch eine bessere Kühlleistung. Wie viel besser, hängt in erster Linie davon ab, wie effizient der Wärmeübergang im Pinfeld von statten geht. Die örtliche Konzentration auf die Wärmequelle hält dagegen nur die Durchleitungszeit vom DIE zum Pinfeld so kurz wie möglich. Der Wärmetransport zur Wärmesenke geht also schneller von statten.
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11. Oktober 2007 um 22:10 Uhr #707064VJoe2maxTeilnehmer
Diese Idee wurde afaik schon mehrfach umgesetzt. Hat aber den großen Nachteil, dass man sich damit eine hohe Wahrscheinlichkeit für Wasserschäden einfängt. Zudem hat der IHS keine Struktur und somit zu wenig Fläche um eine effiziente Ableitung zu gewährleisten.Keine dieser Konstruktionen konnte es jedenfalls bislang, soweit ich informiert bin, mit herkömmlichen Kühlern aufnehmen.
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12. Oktober 2007 um 1:10 Uhr #707084bastilikeoldcarsTeilnehmer
ja stimmt, recht haste.
aber es geht also wirklich mehr um die wärmeleitgeschwindigkeit zu erhöhen.
ich glaube das fokussieren auf den heißen bereich bringt nachteile, da ja die wärme des DIE eben nicht nur nach oben abgegeben wird, auch wenns da minusgrade hat wird die wärme auch in die andere richtung verbreitet werden denke ich.
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30. Oktober 2007 um 23:10 Uhr #709972davidzoTeilnehmer
VJoe2max;257313 said:
Diese Idee wurde afaik schon mehrfach umgesetzt. Hat aber den großen Nachteil, dass man sich damit eine hohe Wahrscheinlichkeit für Wasserschäden einfängt. Zudem hat der IHS keine Struktur und somit zu wenig Fläche um eine effiziente Ableitung zu gewährleisten.
Keine dieser Konstruktionen konnte es jedenfalls bislang, soweit ich informiert bin, mit herkömmlichen Kühlern aufnehmen.… was praktikabilität und Nutzbarkerit angeht.
Kühlleistungsmäßig stehen diese Direktkühler allerdings einem normalen Kühler in nichts nach, zumindest wenn sie richtig umgesetzt werden. Zugegeben ist aber dor Vorteil, wenn überhaupt messbar seit den IHS CPUs derart gering, dass sich der deutlich erschwerte Montage und vor allem Demontageaufwand nicht lohnt. Man bekommt es ja quasi nicht hin den Kühler zu demontieren ohne seine hardware danach einen ganzen tag trocknen zu müssen, das kann insbesondere beim Testen echt nervaufreibend sein.
Die Grundidee der Reduktion auf eine begrenzte Kühlfläche wie VJoe2max sie äußerte ist so falsch gar nicht. Allerdings ist die Begründung von VJoe2max falsch.
Durch eine begrenzte Kühlfläche soll die effektivität der einzelnen Pins über das maß gesteigert werden das mehr Pins bringen würden. Offensichtlich liegt dort der Fehler vor. Nehmen wir an, man hätte eine Pinfläche mit 100 Pins die direkt mit Düsen angeströmt werden und im zentrum der Hitzeverteilung auf dem IHS liegen. Nun kann es nie negativ sein daneben noch weitere 200 Pins zu haben die nicht angeströmt werden. denn im Falle dass sie ohne Düsen kaum leistung entfalten, kommt es fast aufs gleiche heraus wie als wenn die nicht vorhanden wären. Im Fall dass die zusätzlichen 200 Pins allerdings zur Kühlleistung beitragen können sie nur die Gesamtkühlleistung verbessern. Natürlich können sie auch die Effizienz der 100 zentralen angeströmten Pins mindern, aber das geht nur, wenn die gewonnene Kühlleistung durch entlastung der mittleren einhundert Pins auch größer ist. Das ist ein physikalisches gesetz. Reduziert sich die Effizienz des mittigen Düsenfelds dadurch dass Hitze durch die seitlichen Pins abgeführt wird, steigt die Gesamtkühlleistung trotzdem, da die Kühlleistung der sekundären Pins immer mindestens für die Effizienzreduktion aufkommen.
Nun aber zurück zu meiner Aussage dass die Grundidee mehr auf das DIE zu optimieren so falsch gar nicht ist. Intel IHS sind geradeeinmal einen Milimeter stark. Die dort stattfindende Wärmeverteilung ist gering. Die Hitzeentwicklung im Die ist außerdem sehr ungleich. Frühere CPUs hatten die L1 und L2 caches relativ klein und verteilt auf dem DIE, zudem ist Silizium nicht der schlechteste Wärmeleiter, es kam also annähernd zu einer gleichmäßigen Hitzeverteilung im DIE. Die heutigen unmengen an praktisch keine Energie verbrauchenden cache die eine CPU besitzt nehmen allerdings jetzt den größten DIEspace ein und verschieben das Bild.
Um das zu stützen hier einmal ein Dieshot eines Core Duo mit der simulierten Hitzeverteilung (wichtig: das ist kein core2 duo , sondern ein Yonah core duo, also weniger cache und daher die cores auf der langen Seite. der conroe/merom dagegen hat die beiden cores auf der kurzen Seite des Dies):
Sieht man sich die Wärmeverteilung von einer fixen ausgeglichenen wärmequelle an (man beachte die skala und die Iso Values), konzentriert sich die Wärme in der tat relativ auf die Mitte und die Abname nach außen ist rasant:
Gucken wir wieder nach oben zum Bild des Yonah und stellen uns diese Wärmeverteilung ausgehend von den aufgezeichneten Hotspots nun in einem sehr dünnen Intel IHS an, kommen wir zu dem Schluss dass die Düsen und Pins bei den derzeitigen Kühlern eigentlich völlig an der falschen Stelle sind. Die hitze beim Merom bewegt sich schon außerhalb des nexXxos XP Pinfelds.
Erinnert man sich an den guten alten K7 T-Bred B und dessen zeit zurück muss das ziemlich genau mit der Entstehungszeit des NexxosXP zusammenliegen. vergleicht man das Die mit dem Pinfeld kann man eigentlich einfach nur einen 3mm Radius um das Die ziehen und man hat das Pinfeld, wo Tommy the Old das her hatte ist also kein geheimnis sondern sehr offensichtlich, ebenso offensichtlich wie einem diese Bodenplatte heutzutage sehr suboptimal erscheinen müsste. Bei einem dickbodigen D-tek Fuzion hingegen ist noch alles abgedeckt, aber die wasserfürhung und der einlass sind auch nicht gerade optimal.Mit den immer wachsenden DIEs (penryn sei hier eine kurzzeitige Ausnahme, nehalem wird wieder deutlich riesiger) wachsen plötzlich auch die Cores vom Mittelpunkt des Kühlers weg. Was brauchen wir also?
Kühler mit riesigen Kühlflächen wie der Fuzion oder der Enzotech?
– Ja, das wäre eine Antwort die zumindest für alle kommeden Cores geeignet ist. Alphacool packt es mit einem sehr optimierten größeren Düsenfeld auf der alten Bodenplatte an, auch keine schlechte Idee.
Aber verlieren die Kühler dann nicht extrem an Effizienz im Gegensatz zu früheren Düsenkühlern die wirklich für ihr DIE gemacht waren?
Klar, ein Fuzion oder Enzotech auf einem Quadcore ist sicherlich schlechter von der Effizienz als ein NexxosXP auf einem T-bred B. Allerdings immer noch besser als ein Ur-XP auf einem Quadcore, denn die Düsen liegen außer reichweite einiger Teile der Cores. Selbst wenn der Temperaturfühler noch mitgekühlt wird sollte die gemessene Kühlleistung nur noch mittelmäßig sein und außerdem schlechte Auswirkungen auf das OC-Potential haben wenn manche Teile der CPU außerhalb des Pinfelds liegen, was insbesondere beim Kentsfield der Fall ist.Aber gibt es denn keine bessere Lösung?
– Klar gibts die, aber das wäre ständig ein neuer Kühler mit jeder neuen Core. Denn die Ausrichtung von DIE zu cache hat sich seit der Einführung des Sockel 775 schon über viermal geändert. das ist also keine praktikable Lösung.
Diejenigen die meine Ausführung über das Vorhandensein von “zuviel” Pins oben durchgelesen haben, werden nun vermutlich die Idee haben, welche ich mit meinen Prototypen die letzten 8 Monate verfolgt habe.Große ungenutzte Pinflächen (900 Kanalkreuzungen auf einer Fläche von 30*30, also theoretisch 900 Möglichkeiten die Düsen zu platzieren):
und handoptimierte Düsenplatten:
Solche Kühler werden eine neue Dimension der Leistung erreichen auf den großen Cores mit wenigen aktiven Trasistoren und viel Cache, die wir heute haben. Nicht die gesamte Verlustleistung ist das Problem heutiger CPUs, sondern die Hotspotbekämpfung durch die immer kleiner werdenden Strukturbreiten.
Derzeit bin ich noch am optimieren der Düsenplatten, es ist nicht einfach, da ich Intel und AMD noch nicht zur kooperation bewegen konnte, aber ich komme schritt für schritt heran. Der Kühler wird bald erhältlich sein.
Nun, wie soll man diese neue Technik nennen? Eiegntlich sind es noch Düsenkühler, aber andererseits werden ständig neue namen erfunden und diese handoptimierten Düsenfelder sind so erheblich wichtig für die Leistung und seit jahren endlich mal ein größerer Schritt, dass man eigentlich ein neues buzzwort braucht. Fällt jemandem was ein?
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