Voor allerlei productgroepen houden we bij Tweakers onze testmethoden regelmatig tegen het licht. Zo ook die voor processorkoelers, een categorie waarvoor Hardware Info van oudsher een uitgebreide testopstelling had. Hoewel deze productgroep niet zulke drastische veranderingen doormaakt als andere categorieën en onderdelen, was onze oude testmethode aan een update toe.
In dit artikel nemen we de voorgenomen wijzigingen en verbeterpunten door, waarbij we onder meer de input van het eerder gepubliceerde artikel over de nieuwe testmethode voor behuizingen gebruiken om nu ook de testmethode van processorkoelers te verbeteren.
Beperkingen van de oude testmethode
Bij onze vorige testopstelling voor processorkoelers vanuit Hardware Info maakten we nog gebruik van officiële Intel cpu-simulators, vermogensweerstanden die zowel wat uiterlijk als wat afmetingen betreft overeenkomen met de socket 115x en socket 2066 van deze fabrikant. Door middel van een geregelde voeding konden we zo een precieze hoeveelheid vermogen afgeven waarmee verschillende tdp’s waren na te bootsen.
De beperkingen van de oude testmethode zijn kort samengevat drieledig. Als eerste is AMD tegenwoordig marktleider op de zelfbouwmarkt, waardoor Intel-sockets minder dominant zijn geworden. Ten tweede is het verbruik van high-end processors voor de desktopmarkt in de afgelopen jaren aanzienlijk toegenomen, waardoor processors meer vermogen kunnen afgeven dan voorheen gebruikelijk was. Onze oude Intel-simulators zijn niet geschikt om deze hogere vermogens te genereren. En ten slotte wilden we een testopstelling naar eigen wensen kunnen maken, die we ook zelf kunnen onderhouden en repareren wanneer noodzakelijk, wat met de oude simulators vrijwel niet mogelijk was. Het aantal werkende simulators dat we op voorraad hadden, is in de loop der tijd namelijk afgenomen door slijtage en defecten.
Opzet van de nieuwe testmethode
Met onze nieuwe testopstelling zijn deze simulators vervangen door zelfontworpen pcb’s waarop verscheidene vermogensweerstanden zijn geplaatst. Deze configuraties hebben we gebaseerd op drie verschillende sockets. Allereerst de AM4-socket, die de momenteel populaire Ryzen-mainstreamprocessors vertegenwoordigt. Daarnaast hebben we een pcb ontworpen voor Intels socket 2066, waarvan de iets oudere en ook minder zuinige Core X-processors bekend zijn. Als derde hebben we socket TR4/sTRX4, bekend van de uit de kluiten gewassen Ryzen Threadripper-processors, die de high-end desktops (hedt's) voor zijn rekening neemt. Wat compatibiliteit van huidige en toekomstige processorkoelers betreft voorzien we met deze drie sockets voorlopig geen uitdagingen. Mocht dat toch het geval worden, dan kunnen we volgens dezelfde methodologie relatief eenvoudig een nieuw platform bouwen.
Net als bij onze vorige testmethode kiezen we ook nu weer voor vermogensweerstanden in plaats van een echte processor als warmtebron. Dit doen we omdat we hiermee veel nauwkeuriger de vermogensafgifte kunnen bepalen dan met een echt systeem, dat zelfs met alle turbofunctionaliteiten uitgeschakeld en met vaste spanningen nog steeds fluctuaties in de daadwerkelijke vermogensafgifte heeft, aangestuurd door de vele sensors op een moderne processor.
/i/2004838498.png?f=imagenormal)
In het ontwerp hebben we geprobeerd om de indeling van echte Ryzen-processors, met hun ccx'en op de die, zo goed mogelijk na te bootsen bij het plaatsen van de vermogensweerstanden. We gebruiken verscheidene 45W-vermogensweerstanden van Nikkohm, waarbij we met labvoedingen de spanning variëren om het gewenste vermogen te genereren.
Boven op de weerstanden plaatsen we Alphacool Eissicht-thermal pads met een dikte van 0,5mm en daar weer bovenop plaatsen we de vernikkelde koperen heatspreader. Met deze heatspreader erop zijn onze warmtebronnen wat afmetingen betreft geschikt om de origineel meegeleverde bevestigingsmaterialen voor de betreffende socket op te kunnen gebruiken. Als koelpasta tussen de heatspreader en de desbetreffende processorkoeler gebruiken we altijd Gelid GC-Pro. We kiezen specifiek voor vernikkelde koperen heatspreaders om enerzijds de warmteoverdracht optimaal te houden en anderzijds onze nieuwe testplatforms voldoende slijtvast te maken om er grote aantallen koelers op te monteren, testen en demonteren.
Net als bij het testprotocol voor behuizingen meten we de temperaturen bij processorkoelers met digitale TMP117-temperatuursensors, die een nauwkeurigheid van een tiende graad Celsius hebben tot 50 graden, en tot 100 graden is dat twee tiende graad Celsius. Dat heeft als voordeel ten opzichte van de oude, analoge methode dat metingen nauwkeuriger zijn en dat het vervangen van sensors bij een eventueel defect makkelijker gedaan kan worden, doordat deze vanuit de fabriek al gekalibreerd zijn.
:strip_exif()/i/2004839480.jpeg?f=imagegallery)
:strip_exif()/i/2004839482.jpeg?f=imagegallery)
:strip_exif()/i/2004839484.jpeg?f=imagegallery)
Boven: van links naar rechts pcb's voor AM4, TR4/sTRX4 en socket 2066.
Onder: de pcb's zijn vervolgens voorzien van heatspreaders.
:strip_exif()/i/2004841540.jpeg?f=imagegallery)
:strip_exif()/i/2004841542.jpeg?f=imagegallery)
:strip_exif()/i/2004841544.jpeg?f=imagegallery)
:strip_exif()/i/2004841546.jpeg?f=imagegallery)
:strip_exif()/i/2004841548.jpeg?f=imagegallery)
:strip_exif()/i/2004841550.jpeg?f=imagegallery)
Bij AM4 is de temperatuursensor tussen de twee rijen met weerstanden in geplaatst. Bij Threadripper hebben we drie sensors geplaatst, verspreid over het pcb, en bij socket 2066 zit een enkele sensor naast de weerstanden. Elke sensor is thermisch verbonden aan een weerstand via een dunne koperbaan, die direct onder de weerstand de temperatuur kan meten.
Geluidsproductie
De test van een processorkoeler begint bij Tweakers met een geluidsmeting. Bij het testen van cpu-koelers zijn we vooral geïnteresseerd in de efficiëntie, ofwel hoe de koelprestaties zich verhouden tot de geluidsproductie. Een koeler die goede prestaties levert, maar daarbij extreem veel herrie produceert, is immers minder aantrekkelijk dan een model dat vergelijkbare prestaties levert bij een veel lager geluidsniveau. Om een gelijk speelveld te creëren, testen we alle koelers daarom allereerst op geluidsproductie. Dit deden we voorheen met onze Brüel & Kjær 2238-geluidsdrukmeter. We beschikken sinds kort echter over een gloednieuwe Larson Davis 831C-geluidsmeter met een 378A04-microfoon die is voorzien van een preamplifier. Daarmee kunnen we nauwkeuriger meten en hij heeft een lagere noisefloor van 5,5dB(A), ten opzichte van de 17dB(A) bij de Brüel & Kjær 2238. Vanwege onvermijdelijk omgevingsgeluid is de noise floor van onze geluidsarme ruimte ongeveer 12dB(A). Om een veilige marge te nemen kunnen we dan vanaf 14dB(A) consistente metingen uitvoeren.
In deze nieuwe geluiddichte kamer meten we bij processorkoelers op 50cm afstand wat de geluidsproductie is als de ventilator(s) op 12V draaien. Vervolgens noteren we bij welke spanning de ventilator 30dB(A) en 20dB(A) produceert. We hebben voor deze waarden gekozen omdat 30dB(A) overeenkomt met de gemiddelde geluidsdruk van een huiskamer. De lagere waarde van 20dB(A) ligt daar precies 10dB(A) onder, wat de hoeveelheid is die het menselijk gehoor als een halvering of verdubbeling van het geluid ervaart. Ten slotte proberen we de ventilator(s) van een processorkoeler ook nog 15dB(A) te laten produceren. Als de ventilator daartoe (stabiel) in staat is, worden ook de koelprestaties voor dit allerlaagste, praktisch onhoorbare geluidsniveau meegenomen. Uiteraard zullen niet alle koelers in al deze (sub)tests mee kunnen doen omdat ze ofwel te luid ofwel te stil zijn.
Voor nu gebruiken we voor het regelen van de ventilatorsnelheid nog spanningsregulatie. Op termijn willen we dit op basis van pwm gaan doen.
Warmtetest
Voor de warmtetests met processorkoelers blijven we gebruikmaken van onze huidige testkamer. Deze bestaat uit een geïsoleerde box met een testcompartiment van 55x55x28cm. Aan de voorzijde van dit compartiment zitten drie grote, langzaam draaiende ventilators die lucht aanvoeren, terwijl aan de achterzijde één uitlaatventilator is aangebracht. In een gevouwen luchtkanaal aan de voorzijde van de kast zijn twee Selfa 400W warmte-elementen aangebracht, elk voorzien van een ventilator. Vlak voor de ingang van de testkamer is een temperatuursensor aangebracht die meet hoe warm de lucht is die de testkamer wordt ingeblazen. Door middel van een closedloopsysteem met een Rex-c700 pid-controller kunnen we de temperatuur zeer constant houden. De pid-controller meet namelijk continu wat de temperatuur van de aangevoerde lucht is, waarna de controller indien noodzakelijk extra warmte kan laten opwekken door de warmte-elementen. Op deze manier kunnen we de temperatuur in de warmtebox nauwkeurig aansturen en heel constant houden.
Om verschillende redenen hebben we voor onze tests gekozen voor een luchttemperatuur van 35 graden. Ten eerste zijn de warmte-elementen onder alle omstandigheden krachtig genoeg om deze temperatuur vast te houden, zelfs als de omgevingstemperatuur slechts 18 graden is. Daarnaast wordt het in ons testlab (hopelijk) nooit warmer dan 35 graden, zodat we nooit lucht aanvoeren die warmer is. Daarnaast is de aanwezigheid van enige warmte rondom de koeler realistischer, want in een echt systeem produceren andere componenten, zoals de voeding, het moederbord en de videokaart, ook warmte. De basistemperatuur moet ook weer niet te hoog worden, omdat we goed willen zien waartoe de cpu-koelers in staat zijn. Een omgevingstemperatuur van 35 graden is, zo hebben we ook in afzonderlijke tests voor behuizingen gezien, een representatieve weergave van de temperatuur in een echt systeem.
We testen de processorkoelers op ons nieuwe platform met verschillende vermogens door middel van de Statron- en Tenma-labvoedingen. Bij AM4, de normale Ryzen-processors, hebben we gekozen voor 105 en 140W. Deze waarden komen overeen met respectievelijk de tdp en powerlimit van high-end Ryzen-processors op socket AM4. Op socket 2066 is hetzelfde van toepassing en daar hanteren we 165 en 215W voor deze scenario's op basis van de meest high-end Core i9 XE-processor. Bij socket sTRX4/TR4 (Ryzen Threadripper) hebben we gekozen voor 250 en 300W vermogen. Naar ons idee sluiten deze waarden het best aan bij het energiegebruik onder hoge of volle belasting van de snelste processors op deze sockets.
| Socket | Vermogen test 1 | Vermogen test 2 | Gezamenlijke limiet weerstanden |
|---|---|---|---|
| AM4 | 105W | 140W | 225W |
| 2066 | 165W | 215W | 270W |
| TR4/sTRX4 | 250W | 300W | 450W |
We hanteren de gegevens in de bovenstaande tabel voor towerkoelers op de desbetreffende platforms. We testen bij deze vermogens alle eerder besproken ventilatorstanden. Als we op een later moment ook lowprofilekoelers voor ITX-systemen gaan vergelijken, willen we deze ook op lagere vermogens zoals 65W testen.
De warmtetest duurt na het opwarmen vervolgens tien minuten. We hebben voor die tijdsduur gekozen omdat uit onze tests blijkt dat elke luchtkoeler dan zeker ‘verzadigd’ is en de doeltemperatuur voor onze test is bereikt. We meten echter niet enkel op dat moment de stand van zaken; de hele duurtest wordt gelogd waarbij elke seconde een waarde wordt genoteerd. De temperatuur die we uiteindelijk rapporteren, is het 98e percentiel van de hele log. Kortgezegd gooien we de hoogste 2 procent van de gelogde waarden weg om incidentele uitschieters uit de analyse te houden. De hoogste temperatuur van de resterende 98 procent van de waarnemingen is het 98e percentiel. Dit percentiel sluit naar ons idee beter aan bij het doel van de duurtest dan enkel een kortstondige maximumtemperatuur noteren.
Resultaten
Onderstaande testresultaten zijn op basis van onze hierboven besproken nieuwe testmethode. Voor deze vergelijking hebben we bewust processorkoelers uit verschillende segmenten gekozen om te laten zien hoe uiteenlopende koelers zich in deze testmethode tot elkaar verhouden.
Op basis van de resultaten denken we dat we erin geslaagd zijn om tests te ontwikkelen die elke processorkoeler goed op de proef stellen. De gemeten temperaturen vallen daarnaast keurig in het spectrum van waarden die we in de praktijk tegenkomen op high-end processors.
Als een koeler in de grafieken ontbreekt, komt dit bij de geluidstest doordat de koeler de gewenste geluidsdruk niet (stabiel) haalt. Bij de warmtetest ontbreekt een koeler als die niet in staat is deze hoeveelheid warmte af te voeren, terwijl de desbetreffende geluidstest wel gelukt is, en daardoor de vermogensweerstanden te warm worden.
Geluidsproductie
AM4 - 105W
AM4 - 140W
Socket 2066 - 165W
Socket 2066 - 215W
Geluidsproductie socket sTRX4/TR4
STRX4/TR4 250W
- 30dB
- 20dB
- 12V
STRX4/TR4 300W
- 30dB
- 20dB
- 12V
Tot slot
Dit artikel is geen normale review, maar geeft een overzicht van onze nieuwe beoogde testmethode voor processorkoelers. Door de oude Intel-simulators te vervangen door zelfontworpen pcb's met vermogensweerstanden die zo dicht mogelijk tegen het ontwerp en de indeling van verschillende sockets aan zitten, hebben we een actueler en relevanter testplatform voor processorkoelers. De geteste vermogens liggen daarbij een stuk hoger dan voorheen, wat beter aansluit bij het energiegebruik van moderne high-end processors en bovendien de geteste processorkoelers meer op de proef stelt. Door het zeer constante vermogen dat we de weerstanden laten leveren in combinatie met de constante omgevingstemperatuur in onze warmtebox, zijn de omstandigheden waarin we processorkoelers vergelijken, altijd dezelfde.
Niet elke koeler zal in elke test mee kunnen komen vanwege een minimale of juist maximale behaalde geluidsdruk, of uiteraard omdat de temperatuur in die specifieke test te hoog oploopt. Met de reeks tests die we hebben ontwikkeld, zullen echter verreweg de meeste koelers in een van de 20- of 30dB(A)-grafieken verschijnen, wat het onderling vergelijken makkelijk maakt.
Het heeft veel tijd en moeite gekost om onze nieuwe testmethode voor processorkoelers te realiseren. Met deze inzet zijn we ervan overtuigd dat we een gedegen test voor processorkoelers hebben ontwikkeld, die betrouwbare en nauwkeurige data oplevert. We luisteren uiteraard graag naar jullie input op deze beoogde testmethode. We kijken er naar uit om begin 2022 de eerste koelerround-up met deze nieuwe testmethode te publiceren.
:strip_icc():strip_exif()/i/2004457596.jpeg?f=fpa_thumb)
:strip_exif()/i/2005493154.jpeg?f=fpa)
/u/208684/crop5d9c7a25578e1.png?f=community){kind=small}
:strip_icc():strip_exif()/u/324515/crop627103b05ba2e_cropped.jpg?f=community){kind=small}
/u/286848/crop5893df624a917.png?f=community){kind=small}
:strip_icc():strip_exif()/u/285051/teaglass_tweakers.jpg?f=community){kind=small}
/u/286895/icon1.png?f=community){kind=small}
/u/1830/acm.png?f=community){kind=small}
/u/487589/crop638f45a2189ee_cropped.png?f=community){kind=small}
:strip_icc():strip_exif()/u/263109/crop628df15d4a00f_cropped.jpg?f=community){kind=small}
/u/506632/crop55fc00b0edee6.png?f=community){kind=small}
:strip_icc():strip_exif()/u/210110/crop5cb20f9251261_cropped.jpeg?f=community){kind=small}
/u/42648/crop635863345e4c0.png?f=community){kind=small}
:strip_icc():strip_exif()/u/110767/avatar_6060.jpg?f=community){kind=avatar}
/u/582923/crop6247668feed7a_cropped.png?f=community){kind=small}
:strip_icc():strip_exif()/u/319678/Battlecruiser_SC2_Head1.jpg?f=community){kind=small}
:strip_icc():strip_exif()/u/263315/crop592fef8caf3e6_cropped.jpeg?f=community){kind=small}
:strip_icc():strip_exif()/u/11495/bombadilwince.jpg?f=community){kind=small}
/u/1542692/crop5ff5796b59da4_cropped.png?f=community){kind=small}
:strip_icc():strip_exif()/u/406693/nuke_supersmall.jpg?f=community){kind=small}
:strip_icc():strip_exif()/u/28804/crop5b8faf7840fcb_cropped.jpeg?f=community){kind=small}
:strip_exif()/u/144385/wallpaper-556.gif?f=community){kind=small}
:strip_exif()/u/121799/6d89df1809e5dffe256e3eddd2362554448.gif?f=community){kind=small}
), maar de grote tower koelers blazen er gewoon over waardoor de VRMs eigenlijk onvoldoende koeling krijgen.
/u/13460/JUN982.GIF?f=community){kind=small}
