Lüfterloser cirrus7 nimbini v2.5 kühlt besser als das Original NUC8i7BEH

Wir haben in letzter Zeit eine ganze Reihe von Tests durchgeführt, um die Kühlleistung unserer lüfterlosen Designs weiter zu verbessern. Insbesondere für die neue Version des cirrus7 nimbini v2.5, die auf dem Intel NUC der 8ten Generation (Bean Canyon) basiert, war viel Optimierungsbedarf nötig. Die NUCs laufen im Vergleich zum Vorgänger “Baby Canyon” wesentlich heißer. Intel stuft die CPUs nun mit einer Abwärme von 28W TDP ein, und vom thermischen Budget her damit fast so hoch wie die 35W T-CPUs aus dem Desktop-CPU-Lineup und ebenfalls fast doppelt so hoch wie die bisherige Mainstream U-Serie, die noch mit 15W TDP veranschlagt sind. Aber 28W ist leider auch mit dieser Einstufung eine Untertreibung. Unter hoher Last kann man eine deutlich höhere Abwärme beobachten. Auf der anderen Seite bietet der i7-8559U fast die doppelte Leistung seines Vorgängers, da die CPU nun vier statt zwei Kerne besitzt. Aus diesem Grund hat Intel – zum ersten Mal seit der Einführung des NUC – endlich einen größeren Lüfter für eine bessere Kühlung und geringere Geräuschentwicklung eingeführt. Auch Lüftungsöffnungen an den Seiten des Gehäuses sind nun vorhanden. Aber selbst dann: Unter hoher CPU-Last dröhnt der neue NUC8 fast unerträglich laut.

Die lüfterlose Kühlung der CPU stellt aufgrund der höheren TDP eine Herausforderung dar. Wir haben zunächst über 40 Entwürfe mit Hilfe von Finite-Element Simulationen auf Tauglichkeit geprüft und danach haben wir die 10 vielversprechendsten Kandidaten einem Praxistest unterzogen. Um den Aufwand so gering als möglich zu halten, haben wir nicht das komplette Gehäuse gebaut, sondern nur die Hauptkühlrippen und auch nur die Hälfte der Bauhöhe für das endgültige Design. Folgende Parameter sind für die Kühlleistung durch natürliche Konvektion ausschlaggebend:

1. Fläche der Kühlrippen
2. Abstand der Kühlrippen
3. Perforation der Kühlrippen
4. Dicke der Kühlrippen
5. Schneller Transport der Hitze weg zu den Kühlrippen
6. Umgebungstemperatur

Nach stundenlangen Lasttests haben wir das ideale Design gefunden. Unser Hauptziel war es, in Bezug auf die Kühlleistung genauso gut oder sogar besser als der original lüftergekühlte Intel NUC zu sein.

Durchführung der Tests:

Betrachtet man den originalen Intel NUC8i7BEH, hat dieser zwei Möglichkeiten, die CPU-Temperatur unter einer bestimmten Last zu steuern. Zum einen natürlich die Lüfterdrehzahl und zum anderen, wenn der Lüfter bereits am Limit ist und nicht mehr schneller drehen kann, wird der CPU-Takt nach unten angepasst. Das bedeutet nicht unbedingt, dass die CPU gedrosselt wird. Von Throttling kann man erst sprechen, wenn der CPU-Takt unter die definierte „Base Clock“ der CPU fällt. Bei unveränderten BIOS-Einstellungen versucht Intel, die CPU-Temperatur unter 80 °C zu halten. Um das zu erreichen, regelt die Lüfterdrehzahl bereits ab etwa 70 °C an ihr Maximum.
Im Gegensatz zur Lüftersteuerung gibt es bei einer lüfterlosen Lösung nur die Möglichkeit den CPU-Takt anzupassen, sollte diese 80 °C überschreiten. Um die Kühlleistung einer lüfterlosen Kühlung beurteilen zu können, muss man daher den CPU-Takt genau beobachten.

Eine sehr hohe synthetische Last, mit der man eine CPU belasten kann, erzeugt beispielsweise prime95, und ist daher ein gutes Testwerkzeug dafür. Gleichzeitig ist es auch eine Art Worst-Case-Szenario, denn selbst hohe CPU-Lasten, wie sie z.B. durch Rendern von Bildern mit Blender erzeugt werden, sind im Vergleich zu prime95 geringer. Unser Testskript, das wir im Laufe der Jahre stetig verbessert haben, startet prime95 und zeichnet dann Temperatur und Taktfrequenz auf. Das Skript stoppt unter zwei Bedingungen: 1) eine bestimmte Temperatur wird erreicht (80 °C) oder die CPU Temperatur verändert sich innerhalb einer Stunde nicht, was als Steady-State-Bedingung bezeichnet wird. Die Kühlleistung kann in diesem Fall die Abwärme effektiv abführen, ohne dass sich das System weiter aufheizt.

Wir haben mit dem Bean Canyon NUC, der am meisten Abwärme unter Last erzeugt, dem NUC8i7BEH (i7-8559U), getestet. Bei einer Umgebungstemperatur von 21 °C und Standard-BIOS-Einstellungen (Max Performance Mode unter Power Settings im BIOS)

Erster Vergleich: Idle Temperaturen