NVIDIA GeForce RTX 4090 und ein Designproblem auf der Platine

Sep 14, 2023

Im Allgemeinen betrifft der heutige Test alle Grafikkarten, die externe Stromanschlüsse nutzen, aber der eher kleine 12VHPWR-Adapter und die Möglichkeit, bei einigen GeForce RTX 4090 satte 600 Watt (und mehr) durchzublasen, machen die Sache offensichtlich etwas komplizierter. Heute zeige ich, wie durch den Einsatz von nur zwei Pads die Anschlusstemperaturen im 12VHPWR um bis zu 15 (!) Kelvin gesenkt werden können und erkläre außerdem, wo die hohen Temperaturen hauptsächlich entstehen und warum sowohl der Founders Edition-Luftkühler als auch alle getesteten GPU-Wasserblöcke so sind haben bei weitem einen Konstruktionsfehler. Aber man muss es sich erst einmal ausdenken...

Um sichtbare Unterschiede möglichst gut herausarbeiten zu können, habe ich den heutigen Test noch einmal mit einer GeForce RTX 4090 Founders Edition und einem GPU-Wasserblock (Watercool Heatkiller V Pro) bei 600 Watt Last durchgeführt. Natürlich werde ich dann an den entsprechenden Stellen auf das Thema Luftkühlung eingehen, aber bei einer konstanten Temperatur der restlichen Komponenten sind die Messungen einfach genauer. Der Raum und das Wasser werden auf 20 °C gehalten und ich mache die radiometrischen Videos dieses Mal auch mit 30 FPS, was ziemlich viel Speicherplatz erfordert, da die Originale unkomprimiert gespeichert werden müssen. Dies erforderte noch einen speziellen SSD-Umbau im Labor.

Die heutigen Tests und auch meine „Bastelanleitung“ zeigen, dass es nicht immer die Schuld des Anwenders sein muss, wenn sich der 12VHPWR-Stecker deutlicher erwärmt als erwartet. Und nein, es ist nicht der „böse“ Anschluss an sich, sondern vielmehr das Platinenlayout der Grafikkarte, NVIDIAs Kontrollwahn mit den Shunts und die unzureichende oder fehlende Kühlung eines ganz speziellen Bereichs. Warum die Technik hier so lässig ein Auge zudrückt, ist schwer zu verstehen. Den heutigen Inhalt habe ich bereits gemeinsam mit einigen Boardpartnern und Kühlerherstellern besprochen und bin mir auch sehr sicher, dass das Ganze später genauso wie mein Pad-Mod der GeForce RTX 3080 FE damals seinen Weg in die aktuelle Produktion finden wird.

NVIDIA hatte den Boardpartnern und Kühlerherstellern bereits lange vor der Markteinführung des AD102 eine Thermalkarte zur Verfügung gestellt, die ich euch hier als kleinen Auszug zeigen möchte. Um meine Quellen zu schützen, habe ich den Bildschirm im Labor einfach schief fotografiert, da sollten auch die letzten möglichen digitalen Wasserzeichen verschwunden sein (Fast Fourier). Man weiß nie… Je nach Grafikkartenmodell und Hersteller befinden sich bestimmte ungekühlte Komponenten im betroffenen Bereich des 12VHPWR-Anschlusses. Addiert man die Einzelposten (gelber Rahmen), dann entstehen dort auf kleinstem Raum etwa 5 bis 6 Watt Abwärme, die in keiner Form gekühlt werden!

Das hört sich zwar nicht extrem an, ist aber auf jeden Fall relevant, zumal die Multilayer-Leiterplatte (bis zu 12 Lagen) so voll mit Kupfer ist, dass sich bereits die heißen Leiterbahnen bis hin zu den Spannungswandlern und deren Abwärme bilden eine gewisse Grundlage für eine Thermomarmelade. Dazu addieren sich dann noch diese Leistungsverluste.

Allerdings weiß man das und schließt trotzdem die Augen… Unverständlich. Der Kühler der NVIDIA GeForce RTX 4090 FE ist zu diesem Zeitpunkt leider offen und es ist schlicht unmöglich, die heißen Spulen zumindest thermisch an irgendeine Kühlfläche anzubinden.

Nun könnte man meinen, dass sich die Hersteller der GPU-Wasserblöcke im Vorfeld der Entwicklung gemessen haben. Falsch ... Aber dazu komme ich gleich.

Sie kennen die Struktur bereits gut genug. Dennoch werde ich der Vollständigkeit halber die wichtigsten Kernpunkte noch einmal auflisten. Wie immer verlasse ich mich auf die zentrale Laborkühlung mit der Kältemaschine und einem weiteren Ausgleichsbehälter (insgesamt knapp 20 Liter Wasser). Zum Einsatz kommt DP Ultra von Aqua Computer, das rotierend gefiltert wird. Die Wassertemperatur wird konstant auf 20 °C gehalten, was die Bestimmung absoluter Temperaturen und Deltas erheblich vereinfacht. Die interne GPU-Diode misst die Chiptemperatur ab etwa 19 °C zuverlässig, darunter wird sie jedoch schnell ungenau. Dadurch sind auch Raumtemperatur und Wassertemperatur annähernd gleich, wodurch gefährliche Kondensation vermieden wird.

Die Temperaturerfassung erfolgt über ein Engineering-Tool für die GPU-Diode und die Substrattemperatur des GDDR6X (Hotspot) sowie über eine kalibrierte, hochauflösende Industriekamera für Infrarotmessungen. Hier kommt die PI640 von Optris mit normaler Brennweite zum Einsatz. Die Kamera verfügt über ein 640 x 480 Pixel großes Bolometer zur Erfassung der Wärmestrahlung. Zur Auswertung nehme ich ein radiometrisches Video auf, das ich nach Belieben auch später auslesen kann.

MCU-basierte Shunt-Messung (eigener Aufbau, Powenetics-Software)Bis zu 10 Kanäle (max. 100 Werte pro Sekunde)Spezielle Riser-Karte mit Shunts für den PCIe x16-Steckplatz (PEG)

Soviel zur Einleitung und meinem Experiment. was ich auf der nächsten Seite im Detail zeigen werde. Die GeForce RTX 4090 FE läuft mit einem Leistungsziel von 133 % und knapp 600 Watt TDP, was derzeit das Maximum darstellt

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Zockpalast, oder? Dschörman Engineering proudly presents...

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Vielen Dank für den Beitrag!Das werde ich die Tage beim Umbau meiner 4070Ti auf Wasser mal mit einbauen. :)

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Danke igor für, wiedereinmal einen Padmod, den es, wenn wer bei NV mal richtig nachgeguckt hätte, nicht gebraucht hätte. Und nochmal: Werd Berater bei NV und AMD...für bessere Produkte.

p.s. Wie ist der Zustand bei den Customkarten?

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Wusste nicht das die FE ein Limit erst bei 600W hat, dachte immer, die hat auch ein 450W BIOS Limit. Mir reichen meine 450W von der Leistung her. Mal schauen, wie die Platine an dieser Stelle nach längerer Zeit aussieht, kann mir nicht vorstellen das da keine thermischen Langzeitschäden auftreten.

EDIT: Der eine Shunt RS11 ist aber nicht ganz in der Markierung, oder?Wenn ich das mit meiner Gainward 4090 Phantom vergleiche, ist es ja ähnlich.

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Das ist eine 450-Watt-Referenzplatine. Die hat nur zwei Shunts. Aber das passt schon so

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Die heutige Schnelllebigkeit. Heute gekauft, morgen dann neu. Highend ist ungleich ausgereift. Betrifft vor allem die Entwickler. Hauptsache teuer.

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Das sind aber riesen große, richtig fette Erbsen… In einem geschlossenen Gehäuse mit zuheizender CPU müssten die Temps wirklich auf Kante liegen. Im Hochsommer kommts dann bestimmt zur Überstrapazierung. Will garnicht wissen wieviele Stecker „inoffiziell" bereits geschmolzen sind.Kann mir auch nicht vorstellen, das das „nicht gewollt" sein kann. Die (älteren) Karten halten einfach zu lange und man will (noch viel mehr) Geld verdienen…

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Na da werden heute die Shops die 3mm Soft-Pads anbieten ganz aufgeregt ihre Lagerstände überprüfen! :sneaky:

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Die Temperaturen sind zwar hoch aber es scheint ja doch irgendwie gerade noch gutzugehen. Da wird halt hinter jeden Entwickler ein Controller gesetzt und dann jeder Cent eingespart wo nur geht. Da kann man oft den Entwicklern keinen Strick drehen, die müssen dann ans Limit gehen. Stecker umpositionieren: müsste man evtl die Platine vergrößern, ist ja fast überall irgendwas was heizt. Größere Platine geht gar nicht, zu teuer.Und Pads draufkleben, na die kosten doch auch, also nö.Und die nächsten GPUs wollen doch auch verkauft werden, wo kommen wir denn da hin, wenn die derzeitigen GPUs nach 2 Jahren immer noch keine Hitzeschäden haben. Da käme ja noch einer auf die Idee, die mageren Performancegewinne der nächsten Gen durch nichtkaufen auszusitzen.

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Mir war so, als ob mit der Kühlerdemontage/-wechsel bei nVidia die Garantie flöten ginge. Spontan nichts aktuelles gefunden. Natürlich kann bei der Demontage auch etwas schiefgehen. Murphy's law. Das Senken des Powertargets dürfte mit einem geringeren Risiko einhergehen und dabei wird sogar die gesamte Karte kühler

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Steckermobbing (TM) :D

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Wer hätte den gedacht, dass Schaltregler nicht nur aus einem MosFET bestehen.

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Wenn man für die Autoindustrie was konstruiert ist es nicht unüblich das neben einer Mindesthaltbarkeit auch auch eine maximale Haltbarkeit im Lastenheft steht. Also z.b. mindestens 10 Jahre, maximal 15 Jahre.Auf die Frage warum maximal ? War die Antwort , weil sie sonst offensichtlich zuviel Material einsetzen und ihre Lösung teurer ist als nötig.

Als Techniker argumentiert man ja so: die 20 cent zu sparen , sorgt dafür das es nur noch die Hälte der Nutzungsdauer hat! Das ist dann so eine Sollbruchstelle, die 100% kaput gehen wird... also scheiß auf die 20 cent... Das gibt böse Blicke....

Deswegen ist es wirklich nett , wenn sich Leute gedanken machen , wie man es nachher wenigstens selber fixen kann um lange freude an seiner Technik zu haben.

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Format©

Keine Siegel, das Abnehmen der Backplate auf der FE ist sowas von easy... Haltemagnete, mehr nicht. Allerdings ist es dann wirklich der Anpressdruck, der zu gering ausfällt, wenn die Pads zu hart und dünn sind. Also ultra-soft, dick und schön fest andrücken.

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Mich würde mal Interessieren was passiert wenn man diesen blöden Stecker ablötet und rechts 2x8 Pin auflötet.

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2000€. Punkt. 🤡

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Format©

Nichts. Dann musst Du noch einen der Sense-Pins manuell grounden. Sonst geht die Karte nicht an.

Die zwei 8-Pin sind aber keine zwei 6+2-Stecker, sondern EPS x8. Also 4x 12V + 4x Masse

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Veteran

Soweit war ich auch schon mit meinen Gedanken. Wenn, es den Core Block endlich gibt und ich die Karte auf Wasser umbaue, werde ich mir das alles noch mal anschauen. Dachte eher daran, an den 12VPHWR nur die Sense-Leitungen anschließen und an den noch nicht vorhandenen Steckern die Karte mit Strom zu versorgen. Das hängt aber davon ab, ob die parallel zum 12VPHWR angebunden sind.

Also wie der Stecker oben.

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Ich sehe das aber doch richtig, dass es um Karten geht, bei denen man 500-600 Watt durchjagt? Und dass zum Beispiel die 4080 aufgrund der geringeren Leistungsaufnahme garnicht betroffen wäre (weil oben jemand eine 4070 TI umbauen wollte)?Otto, also ich, würde so eine Karte ja @stock betreiben, vielleicht sogar ein Framelimit setzen. Dann zieht das Teil so um die 300-350 Watt. Das sollte doch kein Problem sein. Bei all der explodierenden Visualistik wünsche ich mir eine sachliche Aussage, für wen das Design überhaupt zum Problem werden könnte. Denn wie du @Igor Wallossek im Fazit zutreffend sagst: "Generell kann man sagen, dass bei Verlustleistungen bis 450 Watt keine thermische Gefährdung des 12VHPWR-Anschlusses durch die Platine auftreten dürfte."

Aktuell hab ich nur das Gefühl, dass sämtliche 40XXer Besitzer verunsichert sind.

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@grimm Oh ich.

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Computer-Nerd seit 1983, Audio-Freak seit 1979 und seit über 50 Jahren so ziemlich aufgeschlossen für alles, was Stecker oder Batterie hat.

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