PC-Kühlung optimieren zum Nulltarif

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Egal ob Gamer oder Heimarbeiter, wenn der Desktop-PC unnötig Lärm produziert, zerrt das an den Nerven. In vielen Fällen lässt sich die Lautstärke mit wenigen Handgriffen reduzieren, ohne Lüfter oder gar Hardware-Komponenten auszutauschen. Die wichtigsten Tipps, wie Sie den Verursacher ermitteln und was Sie gegen den Krach tun können, haben wir hier für Sie zusammengefasst. Zudem gehen wir auf die Hintergründe der PC-Kühlung ein und erklären, warum manchmal eine schwächere CPU schwerer zu kühlen ist als ein High-End-Prozessor.

Zunächst steht die Diagnose an. Tritt der Lärm bei reiner Prozessorlast auf oder erst, wenn die Grafikkarte ins Spiel kommt? Im ersten Fall ist vermutlich der Lüfter auf dem CPU-Kühler der Übeltäter. Gibt der Rechner hingegen unabhängig von der Last ein permanent lautes Lüfterrauschen von sich, deutet das auf ungeregelt laufende Ventilatoren hin. Meist sind es die des Gehäuses.

Lärmursache aufspüren

Falls Sie sich über die Quelle nicht sicher sind, öffnen Sie das PC-Gehäuse. Dann lässt sich das Geräusch leichter lokalisieren. Dabei hilft zum Beispiel die Pappröhre von einer leeren Küchenpapierrolle, die man als eine Art Richtmikrofon ans Ohr hält. Nachdem Sie den Übeltäter gefunden haben, rufen Sie das BIOS-Setup über die Tasten Entf oder F2 beim Booten des Rechners auf. Abhängig von Hersteller und Modell finden sich die Optionen für die Lüfterregelung an unterschiedlichen Stellen; gängige Bezeichnungen sind H/W Monitor, Monitor, Smart Fan oder Fan Control.

Lüfterregelung optimieren

Moderne Rechner regeln den CPU-Lüfter bis auf wenige Ausnahmen von Haus aus nach der CPU-Kerntemperatur. Ist er Ihnen dennoch zu laut, können Sie testweise ein anderes Regelprofil auswählen, zum Beispiel "Silent" oder "Quiet" statt "Normal" oder "Turbo". Im Einzelhandel angebotene Mainboards bieten im BIOS-Setup meist mehr Einstellmöglichkeiten als die in Komplett-PCs. Sie erlauben es, selbst Lüfterkurven zu definieren und sie optimal an die Lüftercharakteristik und die eingebaute Hardware anzupassen.

Wir empfehlen eine Kurve, die die Drehzahl bei ansteigender Temperatur möglichst lange niedrig hält und dann exponentiell ansteigt. Bei unseren Bauvorschlägen haben wir damit gute Erfahrungen gemacht. Auf jeden Fall sollte der Lüfter bei 85 bis 90 Grad Kerntemperatur seine Maximaldrehzahl erreichen. Sonst besteht die Gefahr, dass die CPU überhitzt und ihre Leistung drosselt.

Bei Gehäuselüftern sollten Sie zunächst im BIOS-Setup prüfen, ob die Regelung überhaupt eingeschaltet ist. Das machen viele Mainboards von Haus aus nicht. Versuchen Sie es erst einmal mit den hinterlegten Profilen. Falls Sie mit den Ergebnissen nicht zufrieden sind, können Sie immer noch etwas nachtunen. Achten Sie darauf, die passende Einstellung für den eingebauten Lüftertyp zu nehmen: Gehäuseventilatoren mit 3-Pin-Anschluss werden per Spannung (DC) geregelt. Solche mit vier Kontakten haben eine zusätzliche Leitung, statt per Spannung liefert das Board darüber ein PWM-Signal (Pulsweitenmodulation), das die Drehzahl bestimmt.

Ist der Rechner schon etwas älter, kann eine Reinigung die Lautstärke senken. Wenn die Lüftergitter und Staubfilter mit Flusen zugesetzt sind, mühen sich die Ventilatoren unnötig ab und es entsteht ein Hitzestau. Den Dreck können Sie mit einem Pinsel oder vorsichtig mit dem Staubsauger entfernen. Achten Sie darauf, die Rotorblätter und die Lüfternabe nicht oder höchstens nur leicht zu berühren. Sonst entsteht schnell ein Lagerschaden, der noch mehr Krach verursacht.

Bei einem zu lauten Grafikkarten- oder Netzteillüfter hat man hingegen nur wenige Optionen. Als Laie sollte man vom Netzteil die Finger lassen und es nicht öffnen, weil dort auch nach Abziehen des Stromsteckers lebensgefährliche Spannungen herrschen können. Bei einem lauten Netzteillüfter hilft nur der Netzteiltausch. Austauschkühler beziehungsweise -lüfter für Grafikkarten gibt es wegen des komplexen Designs moderner Karten und den proprietären Kühlsystemen der verschiedenen Hersteller kaum noch zu kaufen. Bei einigen Grafikkarten kann man über Zusatzsoftware wie dem MSI Afterburner die Lüfterkurven anpassen. Das Vorgehen ist dabei analog zum CPU-Lüfter.

Weniger Abwärme

Hat man die Lüfter alle optimal eingestellt und ist mit dem Ergebnis dennoch nicht zufrieden, bleibt als weitere Option den Rechner leiser zu machen, die entstehende Wärmemenge zu reduzieren. Dadurch heizt sich die CPU weniger stark auf und die Lüfter drehen langsamer. Um dieses Ziel zu erreichen, gibt es verschiedene Wege.

Zwischen den Prozessoren einer Baureihe gibt es teils erhebliche Temperaturunterschiede unter Volllast. Aufgefallen ist uns das beim aktuellen PC-Bauvorschlag für den Ryzen-Allrounder Plus aus c’t 24/2020. Dort war der Sechskerner Ryzen 5 3600 etwa 10 Grad heißer als der 16-Kerner Ryzen 9 3950X. Das liegt an mehreren Faktoren. Durch Fertigungstoleranzen gibt es auf einem Wafer Chips verschiedener Güte. Gute Halbleiter-Dies erreichen höhere Taktfrequenzen beziehungsweise benötigen weniger Spannung für die gleiche Taktfrequenz wie ein qualitativ schlechterer Chip.

AMD verwendet die besseren Chips vorrangig für die High-End-Varianten wie Ryzen 9, Ryzen Threadripper und die Server-CPUs Epyc, bei denen alle acht Kerne eines CPU Core Dies (CCD) funktionieren müssen und die im Vergleich zu günstigeren Ryzen 5 mit deutlich höheren Turbotaktfrequenzen antreten. Während der Ryzen 9 3950X bis zu 4,70 GHz Turbotakt erreicht, sind es beim Ryzen 5 3600 lediglich 4,2 GHz. Dennoch lag die Kernspannung des Hexa-Cores bei Volllast knapp 0,2 Volt höher als die des Ryzen 9, was auf ein mittelprächtiges Exemplar hindeutet.

Ein zweiter Faktor ist das Verhältnis zwischen Chipfläche und Abwärme. Der Ryzen 5 3600 mit 65 Watt Thermal Design Power darf bis zu 88 Watt schlucken. Diese konzentrieren sich hauptsächlich auf das 74 mm2 große CCD des Prozessors. Das I/O-Die der Ryzen 3000 und 5000 mit Speicher-Controller und Schnittstellen wie PCI Express, SATA und USB benötigt nur wenige Watt. Weil jedoch nur sechs der acht möglichen Kerne aktiv sind, verteilt sich die Abwärme auf eine noch geringere Fläche.

Im Vergleich dazu hat der Sechzehnkerner Ryzen 9 3950X mit 105 Watt TDP zwar ein Power Limit von 142 Watt. Diese verteilen sich aber auf die gesamte, doppelt so große Fläche von zwei CCDs. Deshalb liegt die Leistungsdichte beim Ryzen 5 3600 um 20 Prozent höher, weshalb er in der Praxis recht schwierig zu kühlen ist.

TDP reduzieren

Die einfachste Möglichkeit bei AMD- und Intel-Prozessoren die Leistungsaufnahme und damit die Wärmeentwicklung unter Volllast zu reduzieren, ist die Thermal Design Power abzusenken. Diese Technik stammt ursprünglich von Mobilprozessoren, damit die Notebookhersteller die gleiche CPU in Notebooks mit unterschiedlich starkem Kühlsystem einbauen können. Weil Desktop- und Mobilprozessoren heutzutage eng verwandt sind, funktioniert die sogenannte "configurable TDP" (cTDP) auch bei CPUs für stationäre Systeme. Allerdings bringt nicht jeder Rechner beziehungsweise jedes Mainboard im BIOS-Setup das zugehörige Auswahlfeld mit.

AMD bezeichnet die cTDP auch als Eco-Modus. Aktiviert man diesen, wird aus einem Ryzen mit 65 Watt TDP einer mit 45 Watt und aus AM4-CPUs mit 105 beziehungsweise 95 Watt TDP ein 65-Watt-Modell. Fehlt die zugehörige Einstellmöglichkeit im BIOS-Setup, kann man unter Windows auch das Ryzen Master Tool von AMD installieren und dort den Eco-Modus einschalten.

Bei einem Intel-System ohne Einstellmöglichkeit für die cTDP gibt es einen Umweg. Bei vielen Boards lassen sich die Power-Limits manuell festlegen. Das Power-Limit 2 gilt für die kurzzeitige Turbophase von 28 bis 56 Sekunden, das Power-Limit 1 entspricht hingegen der TDP und gilt für Dauerlast, die länger als das Turbofenster andauert. Damit lässt sich die maximale Leistungsaufnahme flexibel limitieren: So können Sie der CPU weiterhin den hohen Turbo mit kurzfristig lautem Lüfter zubilligen, bei Dauerlast ist der Rechner dann aber deutlich leiser.

Die cTDP wirkt sich allerdings auf die Prozessor-Performance aus, denn weniger elektrische Leistung bedeutet auch weniger Taktfrequenz. Wie viel, hängt von der Zahl der Kerne und von der jeweiligen Software ab. Zumindest die Singlethreading-Leistung bleibt unverändert hoch, denn dort limitiert nicht das Power-Limit. Anwendungen, die alle Threads einer CPU auslasten, laufen jedoch etwa 5 bis 10 Prozent langsamer.

In unseren Tests schluckten der Ryzen 5 3600 und Ryzen 7 3700X im Eco-Modus 25 Prozent weniger und büßten dabei 7 beziehungsweise 9 Prozent Rechenleistung ein. Beim 12-Kerner Ryzen 9 3900X reduzierte sich der Energiebedarf um ein Drittel, dabei rechnete er 10 Prozent langsamer. Durch die Einsparungen der Leistungsaufnahme im zweistelligen Prozentbereich wird der CPU-Kühler unter Last also viel weniger gefordert.

Experimentierfeld Undervolting

Eine Alternative zur cTDP ist das sogenannte Undervolting. Hierbei lotet man die Reserven der CPU aus, ähnlich wie beim Übertakten. Im Unterschied zu diesem geht es jedoch nicht um Taktrekorde für maximale Performance. Stattdessen bleiben die Taktfrequenzen und damit die Performance des Prozessors, wenn möglich, unangetastet, jedoch bei der geringstmöglichen Spannung, mit der das System noch stabil läuft.

Das klappt, weil die CPU- und Board-Hersteller dem Prozessor immer eine etwas höhere Spannung geben als notwendig. Damit gehen sie auf Nummer sicher, dass trotz Fertigungsschwankungen der Chips und der Wandlerbauteile auf dem Board der Rechner in allen Konstellationen stabil läuft. Bei den meisten Mainboards lässt sich die Kernspannung im BIOS-Setup verändern. Am sinnvollsten ist der sogenannte Offset-Modus, mit dem Sie die Spannung um den gleichen Betrag in jedem Betriebszustand reduzieren. Wir empfehlen dabei in Schritten von 0,05 Volt vorzugehen und anschließend jeweils die Stabilität mit Lastprogrammen wie Prime95 zu testen.

Durchs Undervolting lassen sich je nach Prozessor bis zu 15 Prozent Energie einsparen. Bei Ryzen-CPUs ist das Potenzial nach unseren Erfahrungen etwas größer als bei Core-i-Prozessoren, weil letztere meist deutlich höhere Turbotakte haben. Ein großer Vorteil des Undervoltings im Vergleich zur Senkung der TDP ist, dass man dabei keinerlei Performance einbüßt.

Für Rechner mit aktuellen Ryzen-3000- und -5000-Prozessoren gibt es zudem die Software Clock Tuner for Ryzen. Diese automatisiert einige Schritte wie die Stabilitätstests und hilft Ihnen so, die optimale Takt-Spannungskombination zu finden. Inzwischen ist Version 2.0 des Programms erschienen, die nun auch Ryzen 5000 unterstützt und zahlreiche Verbesserungen mitbringt.

Falls Ihnen der CPU-Kühler bei Ihrem Rechner nun immer noch zu laut ist, bleibt nur der Austausch gegen einen anderen. Im nachfolgenden Artikel haben wir neun bezahlbare CPU-Kühler für aktuelle AMD- und Intel-Prozessoren getestet. Darunter finden Sie mehrere Modelle, die zugleich leistungsstärker sind und leiser arbeiten als der zur CPU mitgelieferte Kühler. (chh)