Van luchtkoeling tot LN2: hoe ver kom je met welke koelmethode?

Test

Om te bekijken wat je van de verschillende koelmethodes mag verwachten, gingen wij aan de slag met een Intel Core i7 5960X (retail), geplaatst op een ASUS Rampage V Extreme moederbord, 16GB G.Skill Ripjaws 4 DDR4-3000 geheugen (ingesteld op 2400 MHz CL15) en een Corsair AX1200i voeding.

Allereerst voorzagen we de CPU van een Noctua NH-D15, één van de best presterende luchtkoelers die je kunt kopen. Vervolgens plaatsten we een custom waterkoelset bestaande uit onder meer een EK Supremacy waterblok. Koelmethode drie was een dual-stage phase-change, waarbij we wel direct moeten aangeven dat het model dat wij gebruikten niet helemaal lekker werkte waardoor de CPU onder load niet kouder werd dan zo’n -55 °C, waar dat eigenlijk -80 °C zou moeten zijn. Het geeft desalniettemin een goed beeld van de mogelijkheden. Ten slotte gingen we aan de slag met vloeibaar stikstof, gebruikmakend van een Kingpin F1 EE pot.

De Core i7 5960X werkt standaard op een klokfrequentie van 3,0 GHz met een 3,5 GHz turbo-modus. De chip werkt op stock settings bij maximale belasting op circa 1,05V.

Vast voltage en vaste frequentie

Lagere temperaturen zorgen niet alleen voor een beter overklokpotentieel in absolute zin, ofwel hogere te behalen klokfrequenties. Op lagere temperatuur werken transistors en dus CPU’s simpelweg beter en efficiënter. Voor een gelijk blijvende klokfrequentie heb je een lager voltage nodig en hetzelfde voltage kun je juist een hogere klokfrequentie behalen. Het stroomverbruik en dus ook de warmteproductie stijgen kwadratisch met het voltage, dus het zo laag mogelijk houden van de spanning is cruciaal.

Allereerst hebben we bij de vier koelmethodes bekeken met welk voltage we een klokfrequentie van 4,6 GHz (50+ % bovenop de standaard CPU-klokfrequentie) stabiel konden houden in alle benchmarks. Bij luchtkoeling was dat bij onze CPU een V_core van 1,3V, bij waterkoeling een fractie minder, 1,28V. Bij de cascade en met LN2 kon 4,6 GHz stabiel gebruikt worden met 1,24V en zelfs slechts 1,175V.

Om aan te tonen dat lagere temperaturen ook bij hetzelfde voltage voor hogere klokfrequenties kunnen zorgen, zetten we de V_core bij alle koelmethodes ook eens vast op 1,3V. Met lucht- en waterkoeling had de CPU dan zijn limiet op 4,6 GHz. Met de cascade kwamen we 200 MHz hoger uit, op 4,8 GHz; met vloeibare stikstof op 5 GHz.

All out!

Met alle vier de koelmethodes hebben we het maximale uit onze Core i7 5960X proberen te halen. Met luchtkoeling bleek de limiet de al eerder genoemde 4,6 GHz, waar 1,3V voor nodig was. De CPU-temperatuur zit dan op zo’n 90 °C.

Met de custom waterkoelset was er voldoende koelcapaciteit om het voltage nog iets hoger in te stellen, op 1,35V. Daardoor kon de klokfrequentie ook net wat hoger uitkomen, op 4,7 GHz. Ook in dit geval heeft de CPU dan een temperatuur van rond de 90 °C.

Met onze dual-stage phase-change kwamen we een heel stuk verder. Na veel uitproberen bleek de maximale stabiele instelling 5,1 GHz met een V_core van 1,45V. De CPU-temperatuur was daarbij zo’n -55 °C.

Met vloeibare stikstofkoeling konden we de ware max van de CPU bereiken: bij een core voltage van 1,65V kwamen we tot 5418 MHz, een stijging van ruim 80% ten opzichte van de standaard klokfrequentie. Hierbij hielden we de CPU op z’n -100 °C, net boven de cold bug dus.

Waar de CPU standaard in Cinebench 11.5 een score laat noteren van 14,34 punten, kwamen we met de vier koelmethodes op maximale scores van 20,08 (lucht), 20,39 (water), 21,77 (phase-change) en 23,65 punten (LN2).