Wärmeleitpaste

Um die Wärmeleitpaste wird ein großer Zauber gemacht, zu Unrecht, wie ich finde. Es spielt kaum eine Rolle, welche Wärmeleitpaste verwendet wird. Ein extremer Vergleich machte es deutlich.
Zuerst verwendete ich die Wärmeleitpaste "Amasan T12", eine absolute Billigpaste, 2,80€ für 35g bei Reichelt. Die Konsole war so laut bzw. leise wie gewohnt.
Danach wechselte ich die Wärmeleitpaste gegen "Liquid MetalPad" (ab rund 15€ für 3 Pads von ca. 4cm x 4cm) aus, mit dem Ergebnis, dass die Konsole nur minimal leiser war, es reichte nichteinmal für dauerhaft eine Stufe langsamer.
Einige Zeit benutze ich auch die MX-2 (ab 15€ für 30g), jedoch mit dem gleichen Ergebnis wie mit der Amasan T12.

Verwendet wurd die Wärmeleitpaste bzw. die Pads an allen Stellen, also sowohl zwischen Kühlkörper und IHS, als aich zwischen Die (dem Chip) und IHS.
Kleine Hintergrundinfornation noch: Die Lüftersteuerung versucht die Temperatur einigermaßen gleich zu halten, das heißt eine bessere Kühlleistung schlägt sich eher in der Lautstärke der Konsole als in der Temperatur dieser nieder.

Fazit: Die beste Wärmeleitpaste kostet nur mehr Geld, bringt aber nicht so viel, dass man es merken würde.
by Takeshi
Schaut man in den PC Bereich, so gibt es etliche Tests, nach denen die Wärmeleitpaste eine Menge ausmacht. Die Hersteller versprechen mit ihren eigenen Tests das Blaue vom Himmel. Wieso aber tut sich bei der PS3 nichts? Das lässt sich mit einer Formel erklären:

P = Δϑ / rth = (ϑj - ϑu) / rth

P ist die Leistung, die im Chip in Wärme umgesetzt wird. Das entspricht exakt dem Strom"verbrauch".
ϑ ist das Symbol für die Temperatur in °C, ϑj die Temperatur des Chips, ϑu die Temperatur der Umgebung.
rth ist der sogenannte Wärmewiderstand. Je kleiner der Wert, desto besser wird die Wärme abgeführt. rth setzt sich aus vielen Wärmewiderständen zusammen, da es viele Übergänge gibt. Das fängt an mit der Übertragung vom Transistor im Chip auf den ganzen Siliziumkörper (den Die), hin zur Wärmeleitpaste, von dieser wieder zum Heatspreader (IHS, die Metallplatte auf dem Chip), wieder zur Wärmeleitpaste, zur Kontaktfläche des Kühlkörpers, über die Heatpipes zu den Kühlrippen und von dort zur Luft. Der Wärmewiderstand zwischen Kühlrippen und Luft ist recht groß, weshalb man die Kühlung auch durch Austausch der Luft gegen Wasser (Wasserkühlung) imens verbessern kann. Mit steigender Lüfterdrehzahl und damit steigendem Luftstrom sinkt dieser Wärmewiderstand.

Stellt man die Formel um, erhält man eine Formel für die Temperatur des Chips:

ϑj = P * rth + ϑu

Die Umgebungstemperatur ϑu ändert sich kaum (und lässt sich beim Entwurd des Kühlsystems auch nicht beeinflussen), daher kann man sie als konstant betrachten, spielt für die Schwankungen von ϑj also keine Rolle.

rth setzt sich, wie gesagt, aus vielen Wärmewiderständen zusammen. Im PC Bereich werden oft richtig dicke Kühlkörper eingesetzt, die Lüfter blasen viel mehr Luft durch den Kühlkörper und bei einer Wasserkühlung ist der Wärmewiderstand nicht viel geringer. Ist der eigentliche Brocken, der Wärmewiderstand zur Luft geringer, macht sich in der Summe der Wärmewiderstand der Wärmeleitpaste mehr bemerkbar, wirkt sich somit stärker auf die Temperatur des Chips aus.

Nun ist es so, dass die PS3 (erste Modelle) insgesamt rund 200W aus der Steckdose zieht. Das Netzteil hat bei Vollast (400W) einen Wirkungsgrad von 82%, gehen wir also mal davon aus, dass es bei 200W 90% schafft, was schon viel wäre. Damit wäre der Stromverbrauch der PS3 selbst nur noch bei 180W, 20W verbrät das Netzteil selbst. Andere Komponenten wie Festplatte, Blu-ray Laufwerk, ja sogar der Lüfter (nach Angabe bis 20W), brauchen Strom. Auf dem Mainboard befinden sich nicht nur die CPU und GPU, sondern auch andere Chips, Spannungswandler usw., die natürlich auch versorgt werden wollen. Gehen wir daher einfach mal von einem Stromverbrauch von 120W für CPU und GPU zusammen aus und verteilen es mit 70W auf die CPU, 50W auf die GPU.
Schauen wir nun wieder zum PC. Was macht man, um möglichst große Änderungen von ϑj hin zu bekommen, damit die Tests super aussehen? Richtig, man erhöht die Leistung. Man nimmt nicht einen Wald- und Wiesen-Prozessor für Arbeitsrechner, sondern einen richtig dicken, der eh schon normal 100W zieht, übertaktet ihn, bis er 150W schluckt. Das wäre dann mehr als das Doppelte der PS3 CPU. Damit verdoppelt sich auch die Änderung der Chiptemperatur um den Faktor 2, wie aus der Formel zu entnehmen ist.

Ich hoffe ich konnte es einigermaßen verständlich erklären und die Frage, wieso die Wärmeleitpaste in der PS3 nicht so viel ausmacht, stellt sich nicht mehr ganz so vielen Menschen.
by Takeshi

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