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AMD Ryzen TR 3990X


PC Games Hardware Magazin - epaper ⋅ Ausgabe 4/2020 vom 04.03.2020

Erst im Desktop und jetzt im High-End-Desktop (HEDT): AMD schlägt mit Kernen um sich. Was können PC-Spieler mit den 64 Kernen und 128 Threads des Threadripper 3990X anfangen?


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Bildquelle: PC Games Hardware Magazin, Ausgabe 4/2020

Mit dem Ryzen Threadripper 3990X komplettiert AMD die HEDT-Modelle Ryzen Threadripper 3960X und 3970X und somit die gesamte Ryzen-3000-Serie. Im Hinblick auf den großen Abstand bei der Kernanzahl zwischen Threadripper 3970X und 3990X (32 versus 64) verriet der Senior Technical Marketing Manager, dass derzeit keine Pläne für ein 48-Kern-Modell bestünden. Das liege daran, dass AMD aufgrund der Threadripper- Verkäufe der letzten Jahre ...

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... festgestellt hat, dass die Kunden dazu neigen, direkt das Topmodell zu kaufen oder sich für das „Sweet Spot“-Produkt zu entscheiden als das AMD den Threadripper 3970X ansieht. Dementsprechend ist zumindest nicht auf absehbare Zeit mit einer Zwischenstufe zu rechnen. Der AMD Ryzen Threadripper 3990X unterscheidet sich von den vorherigen Modellen nur in der Kernanzahl sowie beim Takt. Per SMT kann die CPU bis zu 128 Threads bereitstellen, die bei einer Basistaktrate von 2,9 GHz und im Boost mit bis zu 4,3 GHz betrieben werden. Das Energiebudget liegt, wie bei Ryzen Threadripper 3960X und 3970X, bei 280 Watt. Die Größe des L3-Caches beträgt 256 Mi- Byte. Ansonsten liefert die CPU alle serientypischen Vorteile der Zen-2-Architektur, was PCI-E 4.0 und eine Speicherunterstützung bis DDR4-3200 bedeutet. Bei Vollbestückung der acht RAM-Slots ist Globalfounoffiziell nur noch ein Betrieb von DDR4-2667 (DR) bis DDR-2933 (SR) möglich. Allen Zen-2-Threadripper- CPUs bleiben die Gemeinsamkeiten des Chips: 3,9 Milliarden Transistoren pro CCD (Core Complex Die, 7 nm, 74 mm²) und 8,34 Milliarden Transistoren pro IOD (I/O-Die, 12 nm, 416 mm²).

Folgende Produkte finden Sie im Test

• AMD Ryzen Threadripper 3990X

• AMD Ryzen Threadripper 3970X

• AMD Ryzen Threadripper 3960X

• AMD Ryzen Threadripper 2990WX

Als Testaufbau nutzen wir ein MSI Creator TRX40 im Verbund mit 64 GiByte DDR4-3200 schnellem Arbeitsspeicher und einer leistungsstarken All-in-one-Wasserkühlung. Für das Mainboard wurde uns seitens AMD eine spezielle BIOS-Version bereitgestellt, welche insbesondere die Speicherkompatibilität verbessert. Die Leistungsdaten vergleichen wir mit den Vorgängermodellen und Intels HEDT-Giganten Core i9-10980XE und 9980XE. Zum Einsatz kommt zudem eine übertaktete MSI RTX 2080 Ti Lightning, die mit dem aktuellen Nvidia-Treiber (442.19 WHQL) angetrieben wird. Eine frische Windows-10-Installation inklusive allen Updates rundet das Test-Set-up ab.

AMD macht unmissverständlich klar, welche Zielgruppe der Threadripper 3990X im Auge hat. PC-Spieler gehören zwar nicht dazu,eine hohe Spielleistung bietet der TR 3990X aber dennoch, was man von den Vorgängern nicht behaupten kann.


Spielen mit Workstation- CPUs?

User, die sich für eine 4.000-Euro- CPU entscheiden, wissen in der Regel ziemlich genau was sie damit anfangen werden. Natürlich ist solch ein Prozessor nicht primär zum Spielen gedacht. Da AMD beziehungsweise MSI allerdings einen Game-Mode im BIOS hinterlegt hat, welche die CPU auf die Werte eines Ryzen 9 3950X degradiert, also 16 Kerne mit SMT, räumen wir dem Threadripper 3990X auch eine Betrachtung der Spieleperformance ein. Vornehmlich konzentrieren wir uns aber auf die Leistung in Anwendungen. Für diesen Zweck haben wir die anderen Threadripper-CPUs aus dem Archiv geholt und zeigen den Fortschritt aus den Generationen auf. Wir erinnern uns, Threadripper 1000 wurde Mitte 2017 angekündigt und als Konkurrent für Intels HEDTCPUs konzipiziert. Punkten wollte man dabei mit bis zu 16 Kernen und relativ günstigen Preisen. AMD gelang dies mit einer Selektion: Die High-End-CPUs für den Sockel TR4 nutzen die besten fünf Prozent der Zeppelin-Dies aus der Produktion. Beim sogenannten Binning-Prozess können die Siliziumchips bereits auf ihre elektrischen Eigenschaften hin getestet werden, bevor sie auf ein Package kommen. Das Topmodell, AMD Ryzen Threadripper 1950X, stieg damals auf den Anwendungs- Thron, dicht gefolgt von Intels Core i9-7900X.

Nur ein Jahr später erschien der Nachfolger: Threadripper 2000. AMD hat mithilfe von Globalfoun dries den 12LP-Prozess genutzt und damit die Effizienz etwas steigern können. Statt maximal 16 Kernen werden beim Threadripper 2990WX 32 Kerne verbaut, die per SMT bis zu 64 Threads bereitstellen. TR 2970WX und 2990WX sind dem Aufbau der aktuellen TR 3960X und 3970X ähnlich: Acht Kerne pro Die beziehungsweise vier pro CPU Complex (CCX) und sechs Kerne pro Die beziehungsweise drei pro CCX für das kleinere Modell.

Video auf Heft-DVD

Willi Tiefel zeigt den TR 3990X und übertaktet die CPU. Dabei wird eine Leistungsaufnahme von über 500 Watt erreicht. Wie man eine CPU mit solch hoher Abwärme kühlt, welche Mehrleistung erreicht wird und was es sonst zu beachten gilt, sehen Sie im Video.

Dieser Moment, wenn der Taskmanager mit den vorhandenen logischen Kernen überfordert ist. Ob Microsoft jemals mit so vielen Kernen gerechnet hat?


Links sind Threadripper 3960X und 3970X zu sehen, rechts der gigantische 3990X. Das I/O-Die wird bei Bedarf einfach nur um CCDs erweitert, die CPUs sind unter der Haube ansonsten identisch. Das spart AMD Geld, geht aber zulasten der Energie-Effizienz.


Das „W“ steht dabei für Workstation und kennzeichnet damit die CPUs für Nutzer von stark mehrkernoptimierten Anwendungen. AMD hat sich außerdem dazu entschieden, kein neues Package aufzulegen, das einen Speicherkanal pro Siliziumchip nach außen führt. Stattdessen werden von den Dies links oben und rechts unten beide geroutet, wohingegen sich die zwei verbleibenden Chips die Daten per Infinity-Fabric-Interconnect über die Nachbarn holen müssen. Laut AMD sollen sich die zwei sogenannten „I/O-Dies“ mit aktiven Controllern um primäre und die anderen „Compute-Dies“ um sekundäre Aufgaben kümmern, insoweit möglich. Der Aufbau der beiden kleineren Ryzen-Threadripper-CPUs 2950X und 2920X bleibt gegenüber den Vorgängern identisch, Boost und Basistakt fallen aber etwas höher aus. Neben einem schnelleren Boost unterstützen die TR-2000- CPUs auch schnelleren Arbeitsspeicher. Die Anwendungsleistung hat sich durch die Kernverdoppelung merklich erhöht, während die Leistung in Spielen eher nebensächlich ist. Das bringt uns jetzt zu Zen 2 alias Threadripper 3000.

Zu viel des Guten

Behalten Sie beim Blick auf die Benchmarks stets im Hinterkopf, dass wir solch eine CPU wie den Threadripper 3990X mit seinen 128 logischen Kernen nicht mal ansatzweise auslasten können. Die Mehrleistung lässt sich im Grunde nur mit Cinebench R20 und weiteren Spezial-Benchmarks vergleichen. Letztere gestalten sich schwierig, da sich passende Vergleichs- CPUs nicht in der PCGH-Redaktion befinden. AMD zitiert beispielsweise Werte des Intel Xeon W-3275 mit 28 Kernen oder des Dual Xeon Platinum 8280 mit 56 Kernen (20.000 Euro!) zum Vergleich - Prozessoren, die fernab allem liegen, für was PC Games Hardware steht. Haben Sie daher bitte Verständnis dafür, dass wir Ihnen keine Benchmarks liefern, welche nur eine einzige CPU als Datensatz in sich tragen.

Ein weiteres Problem findet sich im verwendeten Betriebssystem. Seit Windows 7 werden logische Prozessoren in Gruppen eingeteilt. Dabei werden pro Gruppe maximal 64 logische Kerne angesprochen. Da der TR 3990X allerdings über 128 derer verfügt, wird die CPU von Windows 10 in zwei Gruppen eingeteilt und so als 2 × 64-Kerner behandelt. Windows berücksichtigt dabei, wie die physischen und damit auch die logischen Kerne auf der CPU angeordnet sind, um die Gruppen möglichst effizient anzuordnen. Damit eine Anwendung mehr als nur die Kerne einer Gruppe ansprechen kann, muss sie allerdings dafür ausgelegt sein. Windows weist einer Anwendung aus Kompatibilitätsgründen nur eine Gruppe zu. Das geschieht im Wechsel, um die Last auf beide Gruppen zu verteilen. Windows 10 in der Version 1909 bewerkstelligt das weitestgehend sehr gut, für die meisten Anwendungen sind aber spezielle Anpassungen nötig. Bei vielen Spielen hingegen limitiert die API, welche auf viele Kerne programmiert werden muss.

(In-)Effizienz und Preis

Obgleich wir die CPU mit TDPLock getestet haben, haben wir bisher keine höhere Leistungsaufnahme im PCGH-Testlabor messen können. Bereits im Idle, also während der Rechner auf dem Windows-Desktop vor sich hin schnurrt und nichts tut, genehmigt sich die CPU allein bereits 53 Watt. Kleinere (ehemalige) Gaming-CPUs bringen diese Leistungsaufnahme unter Spiellast zustande. Mit durchschnittlich 162 Watt beim Spielen und 209 Watt bei der Nutzung der Anwendungen im CPU-Index wird klar, dass eine Wasserkühlung Pflicht sein sollte. Im Game Mode bessert sich die Lage etwas. Mit 16 Kernen entspricht die Performance ziemlich genau der eines Ryzen 9 3950X, technisch handelt es sich aber dennoch um eine Threadripper-CPU. Mit 34 Watt im Idle und durchschnittlich 109 Watt in Spielen ist die HEDT- CPU gegenüber dem echten 3950X mit 14 Watt und 92 Watt in Spielen klar ineffizienter. In Anwendungen liegen auch im Game Mode bis zu 280 Watt an, diese verpuffen allerdings angesichts der zu wenig zur Verfügung stehenden Kerne.

64 Kerne, 128 Threads und eine CPU - AMDs mächtiger Ryzen Threadripper 3990X bildet aktuell das Maximum an Leistung im HEDT-Sektor ab.


Aussagen zum Preis-Leistungs-Verhältnis sind im HEDT-Segment nicht so einfach. Betrachen wir die Sache mal aus zwei Blickwinkeln. Fakt ist: Für den Gamer und Content Creator von heute ist die TRX40-Plattform und vor allem der Threadripper 3990X nicht viel wert, da diese bereits bestens im Desktop-Segment mit dem Ryzen 9 3950X aufgehoben sind. Selbst der „kleine“ 12-Kerner 3900X genügt dafür. Die neuen Threadripper 3000 richten sich hingegen ganz klar an die Kundschaft, die weiß, wie man die massive Leistung umsetzen kann. Zeit ist Geld: Im HEDT- und Workstation-Bereich geht es am Ende primär nach der gebotenen Mehrleistung, die Kosten für die Anschaffung rücken in den Hintergrund. AMD gestaltet die Threadripper 3000 allerdings so günstig, dass beispielsweise Google und Twitter ihre Server von Intel auf AMD-CPUs umgestellt haben. Laut Medienberichten lag die Kostenersparnis bei 25 Prozent.

Auch Intel verwies in den Hochzeiten seiner HEDT-CPUs darauf, dass in erster Linie doch die eingesparte Zeit in Anwendungen ins Gewicht fallen sollte, wenn man Prozessoren dieser Größenordnung bewerten möchte. Diesem Ansatz folgend, führt an den Modellen von AMD Anfang 2020 kein Weg vorbei. In Multi-Core-Anwendungen sinkt die Zeit zur Bearbeitung je nach Ausganspunkt um gut ein Drittel. Wir, als Vertreter für sinnvolle Hardware für Spieler, können daher keine Empfehlung für den Threadripper 3990X aussprechen. Die Leistungsaufnahme wie auch der Preis sind zu hoch, Spiele unterstützen keine 128 Threads und für semiprofessionelle Aufgaben genügt bereits der 3950X aus dem Desktop. Passende Software ist ein Problem für Prozessoren mit vielen Kernen im Desktop, auch im Jahr 2020. Am Ende bleibt nur die Frage, ob die Entwickler eine Unterstützung für so viele CPU-Kerne und Threads vorgesehen haben.

Overclocking-Erfahrungen mit dem 3990X

Overclocking bei „normalen“ Prozessoren ist in der Regel nicht besonders schwierig. Man hebt die Spannung etwas an und setzt den Multiplikator auf eine höhere Stufe. Im Idealfall resultiert das in einer Mehrleistung bei nicht allzu viel Mehrverbrauch und Hitze. Threadripper verhält sich bei dieser Angelegenheit etwas anders.

Das Powerlimit, ein wichtiger Faktor

In erster Linie wird die Leistung bei TRX40-Prozessoren durch die Leistungsaufnahme begrenzt. Bei unserem Modell liegt dieses Limit bei 280 Watt. In Cinebench werden dadurch maximale Taktraten von rund drei Gigahertz erreicht. Man sollte es aber tunlichst vermeiden, das Powerlimit komplett zu deaktivieren, denn wenn man diese Einstellung vornimmt und nichts anderes verändert, darf sich der 64-Kerner so viel Strom genehmigen, wie es ihm beliebt. Somit kommen wir auf einen Verbrauch von mehr als 600 Watt (allein von der CPU) in Cinebench R20 bei einem Takt von etwa 4 GHz. Zwar steigt die Leistung dadurch auch um 20 Prozent, das steht aber in keinem Verhältnis zur Leistungsaufnahme.

Variante 1 Sinnvolles Overclocking:

Einen Kompromiss aus Verbrauch und Leistung schaffen: Die erste und warscheinlich auch sinnvollste Variante, Overclocking anzugehen, ist es, einen Kompromiss zu finden. Wir haben uns dafür entschieden, die Kernspannung auf einem Volt zu fixieren (Standardmäßig mit aktiviertem Powerlimit liegt diese in Cinebench bei 0,85V) und die Frequenz auf feste 3,5 GHz zu setzen. Dadurch erreichen wir eine deutliche Mehrleistung von etwa 15 Prozent bei einem 20 Prozent höheren Stromverbrauch.

Variante 2 Maximale Leistung: Wir holen das Maximum aus der CPU heraus: Eine weitere, eher nicht besonders sinnvolle Methode des Übertaktens ist, bis ans Limit der Kühlung oder eben der CPU zu gehen. Um die bestmöglichen Bedingungen für unseren Versuch herzustellen, haben wir die Temperatur unserer Testumgebung gesenkt und unser Test-Netzteil auf Single-Rail-Betrieb umgestellt, da wir auch bei geringerer Leistungsaufnahme bereits Probleme mit dem Überlastschutz feststellen konnten. Nachdem alle Vorkehrungen getroffen wurden, konnten wir uns an den maximalen Takt herantasten. Gestartet sind wir mit rund 4 Gigahertz und etwa 1,2 Volt. Das war für Kühlung und CPU noch kein großes Problem und dank der Erfahrungswerte, die wir bereits mit dem 3970X sammeln konnten, schnell eingestellt. Für Taktraten darüber musste mehr Spannung angesetzt werden. AMD empfiehlt hier maximal 1,35 Volt. An dieses Limit wollten wir uns auch hinsichtlich unserer Kühlung halten, zumal bei dieser Spannung bereits weit über 1000 Watt aus der Steckdose anlagen.

Zum Verständnis: Eine „herkömmliche“ Ryzen-3000-CPU kann durchaus 1,4 Volt und mehr vertragen, benötigt auch pro Kern deutlich mehr Strom und kommt stellenweise auf 15 bis 20 Watt. Da ein 3950X aber maximal 16 Kerne hat, bleiben wir hier trotzdem weit unter 400 Watt. Würden wir das auf 64 Kerne hochrechnen, kämen wir bei über 1200 Watt nur für die CPU heraus. Damit wäre so gut wie jedes Mainboard überfordert und auch die meisten Netzteile würden hier ihren Dienst quittieren.

Letztendlich konnten wir 4,3 Gigaherz erreichen, was angesichts der eingestellten Spannung durchaus beeindruckend ist. Die meisten Mainstream-Ryzen-Prozessoren benötigen dafür 1,4 Volt oder sogar mehr. So ist davon auszugehen, dass hier deutlich mehr Chipselektion durchgeführt wurde, um die angepeilten Spannungen und somit auch die Leistungsaufnahme und die dadurch resultierende Leistung zu erzielen. Würden wir also viele Kerne deaktivieren, ist davon auszugehen, dass wir bei gleicher Spannung höhere Taktraten als AM4-CPUs erreichen können.

Um gute Kühlung zu gewährleisten, nutzen wir eine All-in-one-Wasserkühlung, die den kompletten Prozessor abdeckt. Das ist für eine gute Kühlleistung sehr wichtig.


In Cinebench R20 konnten wir bei Standardtakt knapp 25.000 Punkte erreichen. 3 GHz und weit unter 1 Volt Spannung zeugen von einer limitierten CPU.


Maximal konnten wir 4,3 GHz bei 1,35 V erreichen. Zwar empfehlen wir nicht, Taktraten wie diese im Alltag zu nutzen, dennoch beeindrucken die Ergebnisse


Erkenntnisse aus dem Overclocking- Experiment

Bei einer CPU an die Takt-Grenzen zu gehen ist nicht immer sinnvoll. Selbst AMD beweist das mit seinen eigenen Prozessoren. Threadripper-Chips sind AM4-Prozessoren beim Takt in der Regel deutlich unterlegen. Der Grund dafür ist, dass jede Architektur einen bestimmten „Sweetspot“ hat und darüber unverhältnismäßig mehr Spannung benötigt, um höhere Taktraten stabil zu erreichen. Das kann man an unserem Versuch gut erkennen. 3,5 Gigahertz sind mit einem Volt problemlos möglich, für rund 14 Prozent mehr Takt benötigen wir aber 20 Prozent mehr Spannung. Dieser Trend setzt sich nach oben hin fort und natürlich in die andere Richtung genau umgekehrt. Nicht umsonst ist Threadripper je nach Anwendung sehr effizient. Das funktioniert aber auch nur, wenn diese Applikationen auch alle verfügbaren Ressourcen nutzen können.

Um aber mal vom Bild eines Redakteurs, der die Hardware zum Testen gestellt bekommt, wegzukommen. Ein normaler Nutzer, auch wenn genügend finanzielle Resourcen zur Verfügung stehen, wird eine 4.000-Euro-CPU nicht ans Limit des Machbaren bringen. Schon allein weil die Möglichkeit der Kühlung sehr begrenzt ist. Nicht einmal eine große Wasserkühlung wird eine 600-Watt-CPU bändigen können. Da scheint ein vernünftiger Kompromiss deutlich besser. Dennoch sind Machbarkeitsstudien immer interessant und Punktzahlen von weit über 30.000 in einem Benchmark zu sehen, bei dem die meisten High-End-Gaming-Prozessoren nur 5.000 bis 10.000 Punkte erreichen, ist wirklich beeindruckend. Gleiches gilt für den Stromverbrauch. Oft wird der Sinn hinter Netzteilen mit mehr als 1.000 Watt hinterfragt, diese werden als „viel zu groß“ und mit „das braucht niemand“ abgestempelt. Mit AMD Threadripper könnten Produkte wie diese aber durchaus Abnehmer finden. Die Frage ist dann lediglich: Wie viele? Natürlich gibt es immer wieder Enthusiasten, die weit über 1.000 Euro für CPU und Grafikkarte ausgeben, aber irgendwo muss ja Schluss sein. Ob 64 Kerne für „normale“ Anwender überhaupt noch sinnvoll sind, darüber lässt sich streiten. ABER: Anstatt teure Server zu kaufen, besteht nun die Möglichkeit, ein Desktop- System mit ähnlicher Leistung zu bauen, und das für einen Bruchteil des üblichen Preises. Ein Segen für diejenigen, die die Leistung benötigen.

Fazit

Übertakten von High-End-CPUs Ob sinnvoll oder nicht entscheidet letztendlich jeder für sich selbst. Generell kann man aber sagen, das fast immer Optimierungspotenzial besteht, sei es nach oben in Form von höheren Taktraten oder nach unten, um Spannungen und damit den Stromverbrauch und die Hitzeabgabe drastisch zu senken.

Entfernt man die TDP-Limitierung, steigt die Leistungsaufnahme auf fast 700 Watt und der Takt auf etwa 4 GHz. Dadurch wird die CPU vergleichsweise ineffizient.


Lässt sich der Ryzen TR 3990X auch mit Luft kühlen?

Aus Gründen des Platzangebots oder der Ästhetik ist keine Wasserkühlung erwünscht? Es gibt auch Luftkühler für (s)TR4.

AMD Ryzen Threadripper 3960X, 3970X und 3990X verfügen alle über das gleiche Energiebudget von 280 Watt. Wer allerdings eine Wasserphobie hat, wird Schwierigkeiten haben, diese Monster-CPUs zu kühlen. Das hat sich auch Thermalright gedacht, der als einziger Hersteller einen CPU-Luft-Kühler im Sortiment hat, der mit einer nominellen Kühlleistung bis zu 320 Watt zertifiziert ist. Andere Hersteller wie Arctic, Cooler Master oder Deepcool bieten zwar auch Luftkühler für den Sockel TR4 an, diese reichen jedoch maximal bis 250 Watt und sind daher für den Einsatz mit Threadripper-3000-CPUs nicht geeignet. Ob weitere Luftkühler seitens der Hersteller für TR-3000 geplant sind, konnten wir zu Redaktionsschluss nicht in Erfahrungen bringen.

Der Thermalright „Silver Arrow TR4“ basiert dabei auf dem Design des Silver Arrow IB-E und wurde ausschließlich für die Threadripper-Prozessoren von AMD entwickelt. Der massive 1,05 Kilogramm schwere Kühlkörper verfügt über acht gesinterte High-End-Heatpipes mit 6 mm Dicke. Grundplatte und Heatpipes sind hochglanzvernickelt. Der Kühler fällt mit den Maßen von 155 mm x 163 mm x 103 mm dennoch kompakt aus. Letzteres garantiert umfangreiche Kompatibilität zu vielen Gehäusen und Arbeitsspeicher. Damit der oberste PCI-E-Slot durch den Kühler nicht verdeckt wird, sind die Lamellen versetzt angeordnet. Auf der anderen Seite ragt der Kühlkörper jedoch auch nicht über Standard-ATX-Mainboards hinaus, sodass Inkompatibilitäten im Deckel befindlicher Lüfter oder Netzteile ausgeschlossen sind. Das Herzstück des Kühlers ist der Lüfter: Ein TY 143. Mit 2.500 U/min liegt die Förderleistung bei bis zu 220 m³/h. Dass das nicht leise vonstattengehen kann, erklärt sich von selbst. Thermalright hat den Lüfter daher mit einer PWM-Regelung ausgestattet. Die Drehzahl ist somit variabel und passt sich automatisch an die CPU-Temperatur beziehungsweise den von Ihnen vorkonfigurierten Parametern im BIOS an. Die minimale Drehzahl des Lüfters kann auf bis zu 600 U/min reduziert werden, was in einer nur noch sehr geringen Förderleistung von 53,3 m³/h mündet. Die Lautstärke reicht dabei laut Hersteller von 21 bis 45 dBa. Wer mit dem Kühler liebäugelt, sollte die Augen nach Angeboten offen halten, derzeit werden mindestens 86 Euro fällig. Für diesen Preis bekommt man bessere und vor allem leisere All-in-one-Wasserkühlungen.


Bild: Pixabay

Bild: AMD

Bild: AMD

Bild: www.thermalright.de