Protectli V1410 - Kühlung

[cottec]

Ich glaube Bilder sprechen mehr als Worte...
Kühlt die Dinger!!! :)
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[kruemelmonster]

Was du da schreibst, ist leider nur die halbe Miete. Mach dir mal die Mühe, und schraube das Ding auf. Du wirst staunen, wie pottenwarm auf der Platine u. a. SSD usw.  sind. Die wollen bestimmt auch nicht so "braten". Habe die Feststellung auch bei meinem Router gemacht. Nur noch keine rechte Idee, wie ich beide Seiten kühlen kann.

[bamf]

Ich habe mir hier auch einen Router gebaut und die Kühlung unterschätzt. Zum Glück nutze ich Enterprise-SSDs mit erweitertem Temperaturbereich, so dass die auch im Idle bei ~70°C noch funktionieren. Sobald ich aber nen SMART Test oder ZFS Scrub starte, erhitzen die sich schnell über alle Spezifikationen. Habe dafür auch bisher keine Lösung gefunden.

[cottec]

Muss ich bei Gelegenheit mal aufschrauben, ja.

Ich hatte die Vorstellung, dass der Prozessor eine Verbindung zum Gehäuse hat?!
Die 24 grad drop sind ja immerhin CPU temp und die wird innen gemessen, das ist also schon mal sehr gut.

Ich hab die emmc Variante, da könnte ich höchstens ne Kühlkörper drauf kleben vermute ich...

Wenn der Speicher irgendwann verreckt, dann kann man ja einfach ne SSD reinhauen und gut ist... Und wenn die wieder ein paar Jahre lebt...

[Tuxtom007]

Ich habe einen MiniPC eines anderen Herstellers, da sind von Anfang an bereits zwei Lüfter drauf, die per Thermostat bei über 30°C Kühlkörper-Temperatur eingeschaltet werden und bei 25°C erst wieder ausgehen.

Alleine schon weil das Teil in einem engen Rack steck, ist die Luftzirkulastion ohne Lüfter absolut nicht ausreichend.

Probleme damit bisher:  Null

[kruemelmonster]

[...] Nur noch keine rechte Idee, wie ich beide Seiten kühlen kann.

Eine Idee habe ich inzwischen gehabt und sie jetzt umgesetzt:

Für meinen TopTon-MiniPC mit den Gehäuse-Abmessungen B=135mm; T=125mm habe ich eine Lösung gefunden. Ist etwas aufwendiger gewesen als gedacht, aber da ich gesundheitlich bedingt viel Zeit habe und zudem Spass am Basteln....  Man kann das sicher auch einfacher lösen.

Ich habe im Netz passende 3D-Druckdateien gefunden:

- Gehäuseunterschale als Ersatz für den Originalboden, vorbereitet für einen 80mm Lüfter; da passt ein 25mm dicker Lüfter problemlos rein.
- Untergestell, damit der Lüfter in der Gehäuseunterschale etwas frei über dem Boden steht und ungehindert Luft ziehen kann
- Befestigungsstege für den 120mm Lüfter

Die beiden Befestigungsstege  haben zu meinem Gehäuse nicht ganz optimal gepasst, deshalb außen die 4 Federn. In der Gehäuseunterschale habe ich den 80mm Lüfter für die "Innereien" sowie 2 kleine Spannungsregler eingebaut. Ich musste feststellen, das der MiniPC lediglich einen Anschluss für eine SATA-SSD bietet (+12V, +5V), aber keinen Lüfteranschluss. Das ist aber anscheinend bei unterschiedlichen Herstellern/Modellen auch z. B. von Protectli der Fall - soweit es die jeweils verfügbaren Bilder nahe legen. Teilweise besitzen solche Geräte nicht mal einen SATA-Anschluss. Da muss man dann notfalls die Lüfter fremd mit Strom versorgen.

Ich habe in meinem Gerät die 12V angezapft. Funktioniert mit den beiden Spannungsreglern tadellos- natürlich nur mit fest eingestellter Drehzahl.

Ich erreiche an statt der bisherigen ca. 75° Kerntemperatur jetzt im Leerlauf durchaus Werte von Anfang 30°. Jetzt bei voller Auslastung Down (100MBit) sind es 51°. Also durchaus besser und mit etwas Probieren bei den Lüfterdrehzahlen sicher noch etwas zu verbessern.

Nachtrag: Ich habe es endlich hinbekommen, die Bilder einzufügen.

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[Patrick M. Hausen]

Ich hab in meinem Wandschrank - kein Platz für ein Rack - inzwischen 3 von diesen Teilen plaziert. So, dass sie z.B. bei dem eigentlich passiv gekühlten Mikrotik Switch von der Seite durch die Löcher quer durch das Gehäuse blasen. Auf der OPNsense liegt einer oben auf dem Gerät und zieht die Luft seitlich durch die Kühlrippen an und bläst sie nach oben weg. Etc.

Finde das Produkt trotz "Billig-Kram" ziemlich genial:

https://www.amazon.de/dp/B08QYY87XW

3 wählbare Drehzahlen, selbst in der höchsten Stufe leise, per USB hängt man den Lüfter idealerweise direkt an das zu kühlende Gerät. Die Gummi-Füße sorgen für guten Stand egal ob horizontal oder vertikal.

Grüße,
Patrick

"Nichts ist so haltbar wie ein Provisorium." -- mein Physiklehrer

[kruemelmonster]

[...]
Finde das Produkt trotz "Billig-Kram" ziemlich genial:

https://www.amazon.de/dp/B08QYY87XW

3 wählbare Drehzahlen, selbst in der höchsten Stufe leise, per USB hängt man den Lüfter idealerweise direkt an das zu kühlende Gerät. Die Gummi-Füße sorgen für guten Stand egal ob horizontal oder vertikal.

Grüße,
Patrick

"Nichts ist so haltbar wie ein Provisorium." -- mein Physiklehrer

In der Tat. Eine simple aber universell einsetzbare Lösung. Die schlägt meine Lösung beim Aufwand natürlich um Längen :-))
Wieder was dazugelernt.

[meyergru]

Also my 4 cents:

1. Externe Kühlung ist gut, weil jedes Grad weniger am abgebenden Teil der Kühlkette sich entsprechend auf die internen Hitzeerzeuger auswirkt. Das können möglichst große Oberflächen oder Luftstöme sein, die das verbessern.

2. Hitzeerzeuger Nummer 1 ist die CPU. Wenn man die typischen Dinger ansieht (beispielsweise N100/N150), sieht man, dass Intel die mit 6 Watt TDP spezifiziert. Allerdings können diese natürlich einfach "hochgedreht" werden, oft auf 10-20 Watt, kurzzeitig sogar mehr, was die Hersteller meist auch tun. Im Grunde hilft das nicht einmal der Performance, das bringt nicht mal 10 Prozent mehr.

Ich stelle deswegen im BIOS die Power Limits 1 und 2 auf 6000 und 10000 mWatt, die Zeit für PL2 ist bei solchen Boxen nicht die üblichen 28 Sekunden, sondern eher 5-10, weil aufgrund der geringen Masse und des meist schlechten Wärmeübergangs die Temperaturen bei Auslastung der CPUs sprunghaft ansteigen. Ein weiterer Trick besteht darin, den PSYS Offset auf -100 mV zu stellen - viele CPUs können das ab und brauchen dann viel weniger Strom (normal ist m.W. 0,9 Volt, bei 0,8 Volt sind das wegen P = U² / R mal 20% weniger).

Zusätzlich bietet es sich an, die GPU-Taktung auf das Mindestmaß zu reduzieren (z.B. 200 statt 900 Mhz), weil man die Grafikkarte ja sowieso nicht massiv nutzt).

Diese Maßnahmen allein reduzieren die CPU-Temperaturen meist schon um 10-20° K.

3. Der Wärmeübergang ist oftmals auch ein Riesenproblem: https://www.congenio.de/infos/opnsense-hardware.html, also bringt gute Wärmeleitpaste auch manchmal 5-10° K.

4. Erzeuger Nummer 2 ist die SSD: Viele Modelle brauchen mal eben 8 Watt im höchsten Power-Modus. Man kann mit "nvmecontrol power /dev/nvme0" sich dies anzeigen lassen, z.B.:

Code Select Expand

root@opnsense.internal:~ # nvmecontrol power -l /dev/nvme0

Power States Supported: 5

 #   Max pwr  Enter Lat  Exit Lat RT RL WT WL Idle Pwr  Act Pwr Workload
--  --------  --------- --------- -- -- -- -- -------- -------- --
 0:  5.0000W    0.000ms   0.000ms  0  0  0  0  0.0000W  0.0000W 0
 1:  3.5000W    0.000ms   0.000ms  1  1  1  1  0.0000W  0.0000W 0
 2:  3.0000W    0.000ms   0.000ms  2  2  2  2  0.0000W  0.0000W 0
 3:  0.0700W*   4.000ms  10.000ms  3  3  3  3  0.0000W  0.0000W 0
 4:  0.0035W*   4.000ms  40.000ms  4  4  4  4  0.0000W  0.0000W 0

Dann kann man den Power Mode auf 2 setzen und testen, ob das auch gemacht wird:

Code Select Expand

root@OPNsense:~ # nvmecontrol power /dev/nvme0
Current Power State is 0
Current Workload Hint is 0
root@OPNsense:~ # nvmecontrol power -p 2 /dev/nvme0
root@OPNsense:~ # nvmecontrol power /dev/nvme0
Current Power State is 2
Current Workload Hint is 0

Wenn es funktioniert, legt man ein entsprechendes Startup-Skript an und macht es ausführbar:

Code Select Expand

echo <<EOF > /usr/local/etc/rc.syshook.d/start/99-nvmecontrol
#!/bin/sh

nvmecontrol power -p 2 /dev/nvme0
EOF

chmod 755 /usr/local/etc/rc.syshook.d/start/99-nvmecontrol

Ergebnis: 2 Watt weniger bei SSD-Aktivität. Optimal wäre natürlich das Herstellen eines Wärmeübergangs zum Gehäuse, nur lässt die Einbausituation das meist nicht zu. Der Abstand zwischen der SSD und dem Gehäusedeckel ist meist zu groß, selbst für dicke Silikonpads.

Die SSD von oben ist übrigens eine WD Red SN700, die neben dem geringen Verbrauch auch noch eine sehr gute Endurance (TBW) hat.



P.S.: Zum Abschluss noch eine schöne Geschichte:

Ich habe dieses 19"-Zoll-Modell (https://www.amazon.de/dp/B0F21PZBSS):

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Es handelt sich um das BKHD-1264N4L-PCIE System. Weil dieses auch relativ warm wurde, wollte ich den Punkt 2 von oben anwenden, fand aber im BIOS-Menü den entsprechenden Eintrag nicht. Ich kontaktierte den Hersteller, der mich um ein Foto des Startbildschirms bat, um das Modell zu finden. Am nächsten Tag fand ich eine Mail mit drei Videos vor.

Das erste zeigte, wo (nämlich im Chipset->System Agent Configuration->Graphics Configuration->Yellow Screen Workaround) man die Einstellung ändern musste, um sämtliche erweiterten Einstellungen in allen Menüs zu aktivieren.

Das zweite zeigte, wie sie im Lab ein Gerät an einen Strommesser angeschlossen haben, der im Normalmodus (d.h. mit hohen Power Limits von 20000 und 0 mWatt) ca. 35 Watt Gesamtverbrauch an der Steckdose zeigte.

Dann haben sie im dritten Video auf 6000 / 6000 mWatt reduziert und das Gerät verbauchte damit nur noch ca. 25 Watt (wohgemerkt, mit 2x SFP+, die brauchen ganz gut).

Zusätzlich haben sie mir geschrieben, dass man den winzigen Lüfter (das Ding ist intern aktiv gekühlt), falls er mal kaputt ist, bei Ihnen für 5$ nachbestellen kann.

Das nenne ich mal Service!

[kruemelmonster]

Danke @meyergru  für deine ausführlichen Hinweise. Ich habe die Liste vorhin in Ruhe "abgearbeitet".

Punk 1
Externe Kühlung hatte ich ja bereits erledigt.

Punkt 2 
Die Werte konnte ich problemlos herunter stellen. Allerdings zeigt das BIOS die Werte an mehreren Stellen an. Da muss ich mal sehen, ob ich ein Handbuch zu fassen bekomme.
Auch den GPU-Takt konnte ich direkt runter stellen.

Punkt 3
Da gab es einen kleinen Aha-Effekt. Beim Abbau der Platine habe ich einen winzigen CPU-FAN-Stecker gefunden. Von oben ohne Handbuch nicht sichtbar. Auf dem Gehäuse war keine Kupferplatte sondern eine aus Aluminium verschraubt. Leider nicht sauber. An einer Seite konnte man zwischen Platte und Gehäuse hindurch sehen. Aber alles immerhin mit anständiger Silber-Wärmeleitpaste (WLP). So habe ich das auch wieder sauber und vor allem fest zusammen geschraubt. Hatte zum Glück noch WLP zu liegen.
An der CPU-Kernspannung habe ich nicht rumgedreht. Nur mal eine Frage zu dem Punkt: Woher nimmst du bei deiner Berechnung die Werte für R (oder alternativ I) ? Die dürftest du kaum messen können? Was aber natürlich nichts an der Energieeinsparung an sich ändert.

Punkt 4
Geht bei meiner Intenso-SSD nicht. Die kennt nur einen Eintrag mit 6 Watt.

ABER:  Die Maßnahmen zusammen haben die CPU-Temperatur von bisher 70 - 75 °C auf durchschnittlich 23 ° C gesenkt. Leistungsaufnahme aktuell  insges. ca. 12,5W; dürfte vorher mehr gewesen sein.

 

[meyergru]

Punkt 2
Die Werte konnte ich problemlos herunter stellen. Allerdings zeigt das BIOS die Werte an mehreren Stellen an. Da muss ich mal sehen, ob ich ein Handbuch zu fassen bekomme.
Auch den GPU-Takt konnte ich direkt runter stellen.

Ja, bei einigen BIOSen kann man das in beiden Punkten "CPU Configuration" und "Power & Performance" einstellen. letzterer hat m.W. Priorität, jedenfalls stelle ich das nur dort ein.

An der CPU-Kernspannung habe ich nicht rumgedreht. Nur mal eine Frage zu dem Punkt: Woher nimmst du bei deiner Berechnung die Werte für R (oder alternativ I) ? Die dürftest du kaum messen können? Was aber natürlich nichts an der Energieeinsparung an sich ändert.

Das muss ich nicht - ich will ja nicht den absoluten Wert berechnen. Mein Hinweis auf P = U² / R bezog sich darauf, dass die Leistung quadratisch von der eingespeisten Spannung abhängig ist. Dummerweise ist es auch so, dass die Leistung auch quadratisch mit der Taktfrequenz steigt (das liegt an der konstanten Steilheit der Taktflanken). Wenn man also den Takt auf 120% erhöht, steigt die Leistung auf 144% - muss man dazu noch die Spannung auf 110% erhöhen, um Stabilität zu erreichen, kommen da nochmals 21% drauf, insgesamt also erhöht sich die Leistung auf 174% des ursprünglichen Werts (für eben nur 20% mehr Performance).

Umgekehrt ist eine Reduktion der Spannung um 10% (wenn es trotzdem stabil läuft) eben eine Einsparung von 19% in der Leistung (bei gleicher Taktfrequenz). Mehr wollte ich damit gar nicht sagen.

Punkt 4
Geht bei meiner Intenso-SSD nicht. Die kennt nur einen Eintrag mit 6 Watt.

ABER:  Die Maßnahmen zusammen haben die CPU-Temperatur von bisher 70 - 75 °C auf durchschnittlich 23 ° C gesenkt. Leistungsaufnahme aktuell  insges. ca. 12,5W; dürfte vorher mehr gewesen sein.

Na, das ist doch ein Erfolg!

[kruemelmonster]

[...]
Das muss ich nicht - ich will ja nicht den absoluten Wert berechnen. Mein Hinweis auf P = U² / R bezog sich darauf, dass die Leistung quadratisch von der eingespeisten Spannung abhängig ist. Dummerweise ist es auch so, dass die Leistung auch quadratisch mit der Taktfrequenz steigt (das liegt an der konstanten Steilheit der Taktflanken). Wenn man also den Takt auf 120% erhöht, steigt die Leistung auf 144% - muss man dazu noch die Spannung auf 110% erhöhen, um Stabilität zu erreichen, kommen da nochmals 21% drauf, insgesamt also erhöht sich die Leistung auf 174% des ursprünglichen Werts (für eben nur 20% mehr Performance).

Umgekehrt ist eine Reduktion der Spannung um 10% (wenn es trotzdem stabil läuft) eben eine Einsparung von 19% in der Leistung (bei gleicher Taktfrequenz). Mehr wollte ich damit gar nicht sagen.
[...]

Danke für deine einleuchtende Erklärung.  Allerdings spielt beim Takt nicht nur die Steilheit der Taktflanke als solche eine Rolle. Denn die verringert sich zwangsläufig mit steigendem Takt.

In jeder Schaltung und selbstverständlich auch auf einem Chip findest du nebeneinander verlaufende Leiterbahnen und auch einzeln verlaufende Leiterbahnen die auch mal etwas länger sind. Was auf einem Chip zwar nur Nano- oder bestenfalls Mikrometer sind. In der Folge bilden erstere Kapazitäten (in dem Fall eher unerwünscht/parasitär)  und Leiterbahnen als solche besitzen eine Induktivität. Beim Chip zwar nur mit winzigen Werten. Aber auch die Summieren sich bei Millionen oder gar Milliarden Transistoren.
Kondensatoren - und nichts anderes sind ja die störenden Kapazitäten - besitzen einen "kapazitiven Blindwiderstand" und der nimmt mit steigender Frequenz ab.
Bei den Induktivitäten (= Spulen) nimmt hingeben der "induktive Blindwiderstand" mit steigender Frequenz zu. Beides "verschleift" oder "verwischt" sowohl die steigenden als auch die fallenden Taktflanken. Und die kapazitiven Blindströme sorgen für zusätzliche Leistungsaufnahme bei steigendem Takt - auch ohne zusätzliche Erhöhung der Kernspannung. Die ist u. a. auch aus diesen Gründen so gering. Aber ein Siliziumhalbleiter benötigt recht genau 0,7 Volt um überhaupt leitend werden zu können. Man kann an dieser Schraube also nur recht wenig weiter drehen.

[meyergru]

Danke für deine einleuchtende Erklärung.  Allerdings spielt beim Takt nicht nur die Steilheit der Taktflanke als solche eine Rolle. Denn die verringert sich zwangsläufig mit steigendem Takt.

Nein, die Steilheit verändert sich eben nicht, was genau den beschriebenen Effekt auslöst. Transistoren haben eine Art "bauart-inhärente" Flankensteilheit, gemessen in mV/ns.

Die Erklärung für den quadratischen Zusammenhang ist im Grunde ganz einfach:

Nimm mal an, Du hättest einen (bipolaren) Transistor, der gegen eine Last mit einem ohmschen Widerstand arbeitet. Wenn der Transistor offen ist, fließt durch ihn kein Strom, also P = U * 0 = 0, mithin entsteht keine Verlustleistung. Wenn er geschlossen ist, fällt an ihm keine Spannung mehr ab (die liegt am Widerstand R an, der recht hoch ist im Vergleich zum Innenwiderstand des durchgeschalteten Transistors), also wieder P = 0 * I = 0 * 0 / R, mithin auch hierbei keine Leistung.

Interessanterweise entsteht also bei einem rechteckigen Taktsignal in beiden Endzuständen keine Verlustleistung im Halbleiter. Nun muss aber bei einem getakteten Signal ein Zustandsübergang erfolgen und da der nicht unendlich steil ausfällt, liegen sowohl Strom als auch Spannung an. Nun musst Du Dir das Taktsignal nur noch als nicht-ideales Signal, das nicht rechteckig ist, sondern aus lauter Trapezen besteht, vorstellen. Die Zeit, die vom 0- zum 1-Zustand gebraucht wird, ist immer gleich (nur abhängig von der Flankensteilheit), egal, wie Du den Takt veränderst. Und in dieser Zeit wird Leistung verbraucht (im 0- und 1-Zustand nicht). Wenn Du jetzt die Taktfrequenz erhöhst, wird der relative Anteil der Flanken am Signal immer höher (weil die 0- und 1-Zustände immer kürzer werden), bis aus den Trapezen Dreiecke werden (und danach der 1-Zustand gar nicht mehr erreicht werden kann, also die Signal-Amplitude sinkt). Wenn man das ausrechnet, kommt etwa ein quadratischer Zusammenhang von Takt zu Leistung raus.

Mit dem Rest hast Du recht, aber das läuft im Grunde darauf hinaus, dass die induktiven und kapazitiven Effekte sich mehr oder minder auslöschen, so dass die Lasten quasi "ohmsch" sind.

Und ja, 0,9V ist schon recht wenig - viele andere CPUs habe eher so 1,4V, weil sie für den höheren Takt dann mehr Luft brauchen, um den 1-Zustand sicher erkennen zu können. Reduziert man die Spannung zu weit, läuft man Gefahr, dass das Nutzsignal unterhalb der Schaltschwelle landet.