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dT GPU höher als erwartet - Eine Ursachenanalyse + Behebung

Beiträge: 9
Themenstarter
 

Nachdem ich mich in meinem vorherigen Testbericht mit Kühlern für die RTX 4090 Founders Edition beschäftigt habe, habe ich mich der RTX 4090 TUF von ASUS zugewendet. Hier kam es bei der Verwendung des Core Wasserkühlers zu Abweichungen, die ich folgend näher untersucht habe.

 
Veröffentlicht : 27. Februar 2024 13:48
Beiträge: 10
 

Interessant wäre noch ein Vergleichtest, bei dem man keine Pads sondern Wärmeleitputty verwendet. Mit der extrem weichen Putty dürfte es ja praktisch keinen negativen Einfluss auf die Anpresskräfte zwischen GPU und Kühler geben.

Ich frage mich auch, wie weit sich die GPU Oberfläche an die Kühlerkontaktfläche anpasst(verbiegt), wenn ausreichend Anpresskräfte vorhanden sind. Und ob sich eine steifere GPU-Backplate positiv oder negativ auf die entstehende Größe der Kontaktfläche zwischen GPU und Kühler auswirkt.

 
Veröffentlicht : 27. Februar 2024 21:11
Beiträge: 9
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Hi, was die GPU im Betrieb genau macht, habe ich mich tatsächlich auch schon gefragt. Wenn sie elastisch genug ist, so dass sie mit einer Krümmung montiert werden kann (der Wafer selbst ist ja sehr eben), so müsste sie auch elastisch genug sein, dies im Betrieb zu machen. Es fällt im Netz ja auch gerne Mal der Begriff "Pump out" im Zusammenhang mit GPUs und zu dünnflüssiger Wärmeleitpaste. Und genau so eine Variation der Krümmung beim Aufheizen/Abkühlen könnte ja zu einer Verdrängung bei der Wärmeleitpaste führen. Danke für die Idee mit dem Putty. Das könnte ja tatsächlich eine gute Alternative sein, wenn man Wärmeleitpads nicht in der passenden Dicke bestellen kann bzw. der Nutzer müsste nicht mit Trial&Error an die Sache ran gehen, um einen guten dT-Wert für den Chip zu erhalten

 
Veröffentlicht : 28. Februar 2024 10:59
S.nase reacted
Beiträge: 9
Themenstarter
 

P.S. Ich muss mal schauen, wie ich das vielleicht mal zeitlich unterbekomme. Aktuell bin ich gerade noch am eigentlichen Test der Kühler für die RTX 4090 Strix/Tuf dran. Da gehts dann auch immer nur in Nebenzeiten voran.

 
Veröffentlicht : 28. Februar 2024 11:00
Beiträge: 34
 

Die 12.8W/mk Pads von GPU Fix haben eine Härte von 30-45 Shore C, auf das gebräuchlichere Shore 00 umgerechnet sind das 94-98. Das ist für solche Pads eher auf der zäheren Seite.
Hatte Alphacool Apex Soft Pads 14W mit 80 Shore 00 die zwar recht gute Abdrücke hatten, aber sich zu wenig zusammengepresst haben. Also wohl zuviel Druck auf den Modulen und damit hohe Speichertemps und Grafikfehler.
Mein Repasten der alten Karte hat damit nicht geklappt.
Dann hab ich mir Arctics TP-3 bestellt, schön weich, die auch in die Zwischenräume der Module gehen mit 55 Shore 00. Funzt perfekt und lassen sich schön komprimieren.
Inzwischen nehm ich immer die weichen Arctics oder Thermal Putty.

https://www.apstpe.com/media/pdf/Shore-Hardness-Scales.pdf
https://www.arctic.de/TP-3/ACTPD00053A

 
Veröffentlicht : 28. Februar 2024 12:10
Beiträge: 10
 

Interessant wäre ja erstmal, wie die Delle(konkav) auf der WaferOberfläche entsteht. Wenn der Wafer aus einem Kristall mit Laser oder Diamanttrennscheibe "gesägt" und geschliffen wird, müßte er ja erstmal absolut plan sein. Meine Vermutung wäre, das der Buckel auf dem Wafer, beim "Verkleben" mit der GFK Grundplatte entsteht. Aber warum genau, verstehe ich noch nicht so richtig.

 

Die HeatspreaderOberfläche auf CPUs haben ja auch oft einen konkaven "Buckel". Bei vernünftigen Wasserkühlern kein Problem, weil sich die dünnwandige Kontaktflächen des Wasserkühlers daran anpassen kann, wenn der Wasserkühler im Inneren entsprechend optimal vorgespannt ist. Die Kontaktfläche eines Towerkühlers, oder eben auch GPU-Luftkühler, ist aber idR sehr steif, und kann sich nicht oder kaum an die Wafer- oder HeatspreaderOberfläche anpassen, wenn keine HeatpipeChamber vorhanden ist.

Off: wie kann ich hier im Forum Bilder posten? Oder hab ich dafür noch keine Berechtigung?

 
Veröffentlicht : 28. Februar 2024 23:11
Beiträge: 9
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da habe ich tatsächlich schon überlegt, ob man das absichtlich so montiert. Ich habe aus dem Stegreif nicht die Längen/Wärmeausdehnungskoeffizienten von Silizium und den PCB/Interposer-Materialen parat. Ich weiß aber, das der für Silizium sehr gering ist (laut Wikpedia 2,6*10^-6 K^-1). Auf die Schnelle habe ich nur rausgefunden, dass man dies bei PCBs noch mit einer anderen Einheit angibt. Da der Wert für Silizium sehr gering ist, wäre für mich aber die Annahme, das es bei den PCB-Materialien deutlich mehr ist. Und damit wäre es dann plausibel für mich, das man den Chip so montiert, so das er bei Raumtemperatur in der Mitte nach oben gekrümmt ist. Durch die unterschiedlichen Ausdehnungen würde es den Chip dann bei Betriebstemperatur "eben" ziehen. Bzw. umgekehrt wären die Spannungen zwischen Interposer und Silizium-Chip vermutlich sehr hoch, wenn er nicht gekrümmt montiert wäre.

 
Veröffentlicht : 29. Februar 2024 12:51
Beiträge: 10
 

Ich vermute eher das das Imposer-Material nahezu keine Wärmeausdehnung hat. Sonst würden die Lötstellen zwischen GPU und GrafikkartenLeiterplatte schon nach wenigen Temperaturwechseln brechen.ehr Sinn wurde machen, wenn GrafikkartenLeiterplatte, Imposer-Material und Silizium nahezu den Wärmeausdehnungsfaktor haben. Sonst würden die elektischen  und mechanischen Verbindung untereinander nicht lange halten.

 

Aber ganz egal was der Grund für die konkave GPU Oberfläche ist.Bleibt halt die Frage, eie man das am besten ausgleicht.

Eine Phasenwechsel Wärmekontaktfolie macht sich bei Höhenausgleichen eigentlich immer am besten. Bracht man halt nur eine Phasenwechselfolie, die bei so hohen Verlustleistungen nicht aufgibt.

 
Veröffentlicht : 4. März 2024 03:09
Beiträge: 9
Themenstarter
 

Ich hatte ja auf Wikipedia eine Angabe zum Wärmeausdehnungskoeffizienten von Silizium mit 2,6*10^-6 K^-1 gefunden und dann erstmal leider keine Angaben zu den Materialien bzw. der Materialkombination, die bei PCBs zur Verwendung kommt.

 

Nun ist es mir aber wie Schuppen von den Augen gefallen, dass es hier eigentlich mit 18ppm/°C eigentlich analog angegeben ist = 18 *10^-6 K^-1.

Lustigerweise wird in der Quelle hierfür sogar das Problem angesprochen, dass dieser Wert für Siliziumchip (dort dann 6ppm/°C) deutlich unterschiedlich zum PCB-Wert ist:

Link entfernt

Auf dieser Informationsbasis wäre es für mich tatsächlich plausibel, wenn die Krümmung bei den großen Chips von 3090/4090 so gewollt/technisch notwendig sind.

 

Von daher wäre es dann nur bei der Nutzung bei sehr tiefen Temperaturen (Flüssigstickstoff) sinnvoll, den Chip einzuebnen, da er da dort noch eine höhere Krümmung haben dürfte als bei Raumtemperatur.

 

Ich will mir später im Jahr dann auch noch die RTX 4080 Super FE näher anschauen. Da der Chip in der Fläche kleiner ist, könnten/müssten dort die Höhenunterschiede vom Zentrum zu den Rändern geringer ausfallen.

 

Edit:

Aber klar. Die Materialwahl vom Interposer könnte eine andere sein als beim PCB und dadurch könnte der Interposer einen geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten haben. Aber ob er tatsächlich so niedrig ausfällt wie der von Silizium?

Vielleicht baut man die Spannungen durch diesen Aufbau auch stufenweise ab, da sich die Ausdehnungskoeffizienten damit stufenweise "angleichen".

 
Veröffentlicht : 4. März 2024 16:10
Beiträge: 10
 

 

 

Dein Erklärungsansatz "Imposer-Material gleicht unterschiedliche Wärmeausdehnung von Silizium und Leiterplatte aus" klingt sehr schlüssig. Das wäre dann auch die logische Erklärung dafür, warum die SiliziumOberfläche bei Zimmertemperatur leicht gewölbt ist. Vielen Dank dafür.

 

Bleibt halt trotzdem offen, wie man die temperatur abhängig unterschiedlich starke Oberflächenwölbung des Silizium ausgleicht. Flüssigmetall als Wärmekontaktübergang zwischen Silizium und Kühler funktioniert ja nur so lange sehr gut, bis der PumpOut Effekt durch die variierende Silizium Wölbung, das Flüssigmetall "verdrängt" hat.

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Veröffentlicht : 4. März 2024 16:13
Beiträge: 9
Themenstarter
 

An anderer Stelle ist gegen diesen "PumpOut"-Effekt soweit ich mich erinnere, die Verwendung einer eher zähen Wärmeleitpaste empfohlen worden. Selbst habe ich dazu leider keine Konkreten Tests/Erfahrungen. Vermutlich weil es lange Zeit dauert, bis mal ein Kühler länger auf einer meiner Karten montiert bleibt^^

 
Veröffentlicht : 6. März 2024 09:59
Beiträge: 10
 

In IgorsForum oder bei Hardwarelux hat einer etwas WärmeleitPutty als "Dichtung" um das Silizium gelegt, um zu verhindern das das FlüssigMetall von der SiliziumOberfläche abläuft. Aber keine Ahnung, ob die Putty das lange aushält (mit der Putty reagiert).

 
Veröffentlicht : 6. März 2024 23:56
Beiträge: 11
 

Ein sehr interessanter Artikel , danke für dir tolle Arbeit . Da die GPUs und die Kühler so viel Geld kosten ist so eine info fast unbezahlbar wenn man sich überlegt wie viel ärger und Arbeit es macht wenn es nicht passt obwohl es eigentlich passen müsste. Du steht dann da, hast schon paar mal einen  Kühler montiert und es stimmt einfach was nicht. Ich Erwarte da von den Herstellern GPU und Kühler eine bessere Arbeit . 

 
Veröffentlicht : 7. März 2024 23:35
Beiträge: 10
 

Man könnte die GrafikkarteWasserKühler ja so auslegen, das sich schon seine Grundplatte, an den temperaturabhängig mehr oder weniger vorhanden "Buckel" auf dem Silizium, anpasst. Dafür muß die Grundplatte des Wasserkühlers ja nur dünn(also elastisch) genug sein. Zusammen mit einer, an den Kühleranpressdruck, anpassbaren elastischen GrundplattenVorspannung, würde sich die Grundplatte ja schon selber optimal auf den SiliziumBuckel ausrichten(verbiegen,anpassen). Ähnlich wie es auch schon früher bei manchen CPU-WasserKühlern möglich war. Zum Beispiel bei "cuplex Kyros high Flow" oder " EK Quantum Velocity". Auch wenn dieses Feature kaum jemand genutzt haben wird, weil die Bedienung doch etwas umständlich war. Und diese Feature bei CPUs mit Heatspreder ja auch eigentlich garnicht notwendig ist, weil das Indium zwischen CPU-Silizium und Kupferheatspreader zumindesten die elastische Anpassung ja zum großen Teil schon erledigt.  Wirklich gebracht hat das nur bei CPUs was, bei den man den Heatspreder entfernt hat. Halt die gleichen Voraussetzungen wie auf einer nackten GPU.

 

 
Veröffentlicht : 8. März 2024 01:33
Beiträge: 9
Themenstarter
 

Tatsächlich ist das bereits von einem Kühlerhersteller in der Vergangenheit der Infos nach zu diesem Kühler so gemacht worden:

https://forum.aquacomputer.de/wasserk-hlung/110556-neu-kryographics-next-rtx-3080-rtx-3090-fotos-und-updates/?s=4b10f2e53e4b334edafe68aafd08a9272b1a2ae9

Ich hab so einen Kühler tatsächlich noch und auch von damals 3D-Scans. Ich kann mich aber aktuell nicht daran erinnern, ob ich die Daten auch mal ausgewertet hab.

Die Frage ist halt, wieviel bleibt von der Krümmung bei Betriebstemperatur übrig?

Ab welchem Anpressdruck wird die Krümmung auch durch diesen abgebaut?

Bei meinen Messungen kamen ja grob 50µm raus.

Laut dieser Seite des Bundesfinanzministeriums zu 2 Briefmarken aus dem Jahr 2017 liegt die Dicke von menschlichem Haar in Europa bei 50 bis 70µm. Da frag ich mich, ob man das wirklich im Wakü-Bereich ausgleichen muss.

 
Heute früh hatte ich noch den folgenden Gedanken: Falls mir jemand seine defekte Karte zur Verfügung stellen könnte, könnte ich ja mal die Karte von der Rückseite her erwärmen und versuchen, ob sich da dann schon Änderungen im 3D-Scan aufnehmen lassen (wobei es sein könnte, das die sich dabei erwärmende und umwälzende Luft die Messung negativ beeinflusst)
 
Veröffentlicht : 8. März 2024 10:54
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