Wärmeleitpaste am Lenovo X380 Yoga erneuern

Bei meinem aktuellen Lenovo X380 Yoga wollte ich herausfinden, in wie weit man nach einem Jahr Nutzung die Performance durch Tausch der Wärmeleitpaste steigern kann – oder eben nicht. Dazu habe das Gerät geöffnet, die Wärmeleitpaste getauscht und Benchmarks vor und nach dem Wärmeleitpastentausch durchgeführt.

Im Gerät ist ein 4-Kern Intel Core i5 8250U mit 1,6 GHz (Turbo bis 3,4 GHz) verbaut.

Dieser Test und diese Anforderungen sind für so ein Gerät eigentlich nicht passend, die Stärke liegt hier eigentlich bei der hohen Akkulaufzeit, Mobilität und der Touch/Stifteingabe. Außerhalb solcher Tests im Alltagsgebrauch benötigt die CPU kaum Strom, die Leistungsaufnahme liegt oft unter einem Watt, der CPU-Lüfter läuft gar nicht.

Tests und verwendete Benchmarks

Für den Benchmark nutze ich etwa 10 Minuten Dauerlast mit Prime95 (8 Worker, Small FFTs), bei denen die noch mögliche Taktfrequenz und Leistungsaufnahme mit HWMonitor gemessen wird. Sofort nach dem Start von Prime95 werden die Min/Max-Werte zurückgesetzt, dies sollte die höchstmögliche Leistung bei noch kühler CPU erfassen, nach ca. 10 Minuten wird ein Screenshot erstellt. Interessant ist, welche Leistungsaufnahme noch möglich ist und wie weit sich die CPU heruntertaktet.

Nach diesen 10 Minuten sollte das Gerät gut „durchgewärmt“ sein, dann wird unverzüglich ein wPrime-Benchmark mit 1024M und 8 Threads gestartet.

Ausgangssituation

Während des Prime95-Tests lag die Leistungsaufnahme der CPU zwischen 5,3 und 20 Watt, die CPU taktete sich von 2,3 GHz teilweise auf 900 MHz herunter. Interessanterweise stellt sich kein fester Leistungs-Wert ein, die Leistungsaufnahme der CPU schwankt mit einer Periode von etwa 20-30 Sekunden um bis zu 10 Watt.

Der wPrime-Benchmark dauert hier 381,9 Sekunden.

Die Temperaturen sind hier tatsächlich uninteressant, da sie immer auf 90 °C begrenzt werden. Interessant ist, was bei dieser Grenze noch möglich ist.

Gehäuse öffnen

Der Deckel des Geräts ist verschraubt und an einigen Stellen eingehakt und geklemmt. Einige der Klemmungen lösen sich bereits beim Öffnen der Schrauben, da die Schrauben den Gehäusedeckel mit anheben. Mit einem Stück Kunststoff (ich hatte ein Gitarren-Plektrum benutzt) kann man die letzten Stellen an der Vorderseite lösen und den Deckel dann nach hinten aufklappen.

Zuerst wurde nun der CPU-Kühler ausgeblasen und in diesem Zustand erneut ein Benchmark durchgeführt. Die Ergebnisse sind erstaunlich besser:

• CPU-Frequenz zwischen 1,4 und 2,5 GHz
• Kleinste Leistungsaufnahme 8,4 Watt
• wPrime-Benchmark: 345,5 s

Die neue Wärmeleitpaste

Zur Wahl der Wärmeleitpaste habe ich mich von der8auer beraten lassen und folgende Hinweise und Empfehlungen bekommen:

Da Notebook-CPUs keine Heatspreader verwenden, wird durch die stark unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Kupfer (16,5 · 10⁻⁶ K⁻¹) und Silizium (2,6 · 10⁻⁶ K⁻¹) bei der ständigen Temperaturänderung die Wärmeleitpaste langsam nach außen gearbeitet („Pump-Out-Effekt“).

Theoretisch hat Flüssigmetall die beste Wärmeleitfähigkeit und durch das Fehlen von festen Partikeln keinen Pump-Out-Effekt. Die Flüssigkeit wird durch die Kapillarwirkung immer zwischen den Flächen gehalten. Allerdings kann das Gallium die Kupfer-Oberflächen der Notebook-Kühler korrodieren. Neben der Problematik, dass Flüssigmetall leitfähig ist.

Thermal Grizzly Kryonaut hat zwar die beste Wärmeleitfähigkeit unter den weiteren Pasten von Thermal Grizzly, wegen der Pump-Out-Problematik speziell bei Notebooks ist allerdings Hydronaut besser geeignet. Diese Paste unterscheidet sich unter anderem durch das verwendete Bindemittel und ist deutlich langzeitstabiler.

Kühler demontieren

Vor den Arbeiten an der Hauptplatine wird der Stecker zum Akku abgezogen.

Um den Kühler zu demontieren muss die kleine Leitung zum Lautsprecher aus den Halterungen am Kühler genommen werden, das ist nicht weiter schwierig. An einer Stelle muss man diese etwas über eine Lasche schieben, damit der Kühler nicht daran hängen bleibt.

Der Kühler ist nur an den vier Schrauben auf der CPU befestigt. Diese werden nacheinander immer ein Stück gelöst, dann kann die gesamte Kühleinheit am Stück von der CPU abgenommen werden. Wenn man leicht daran wackelt, löst sich die Wärmeleitpaste langsam. Die Heatpipe ist extrem dünn und filigran, auf gar keinen Fall darf man hier mit viel Kraft arbeiten oder gar am Lüfter ziehen.

Die Wärmeleitpaste ist hier nun nach einem Jahr weitestgehend nach außen gedrängt worden. Zwar sieht diese in der Mitte noch recht „feucht“ aus und man könnte meinen, dass das noch ausreichend wäre. Dies sind allerdings die Überbleibsel des (vermutlich) Silikonöls, die eigentlichen festen Partikel zur Wärmeübertragung wurden nach außen gedrängt (Danke an der8auer für diese Erläuterung).

Wärmeleitpastentausch

Die Wärmeleitpaste wird vorsichtig von CPU und Kühler mit Alkohol entfernt, die neue Wärmeleitpaste wird einigermaßen gleichmäßig (mir fehlt hier definitiv die Übung) auf den beiden Chip-Oberflächen aufgetragen.

Bei der Montage muss man lediglich das Kabel für den Lautsprecher wieder über den Stecker des CPU-Lüfters legen, dann wird der Kühler einfach wieder eingesetzt, die Schrauben immer abwechselnd ein Stück angezogen und zuletzt das Kabel wieder über den Lüfter gesteckt.

Benchmark nach Wärmeleitpastentausch

Der Prime95-Test brachte folgendes Ergebnis:

Auffällig ist, dass zwar die Leistungsaufnahme auch auf 7,7 Watt gesunken ist (vorher bis auf 5,3 Watt), die Taktfrequenz sich allerdings zwischen 1,3 und 2,4 GHz bewegt (vorher zwischen 900 MHz und 2,3 GHz).

Den wPrime-Benchmark schafft das Gerät nun in 351,4 Sekunden (vorher: 381,9 Sekunden). Schwierig ist nun zu beurteilen, wie weit sich diese Leistungssteigerung auf die Wärmeleitpaste zurückführen lässt und welcher Teil durch das bloße Reinigen des Kühlers zustande kommt.

Um dies zu Testen hatte ich nun den Deckel erneut geöffnet, um den bloßen Tausch der Wärmeleitpaste anhand von wPrime zu testen, da ich nach dem Reinigen des Kühlers mit offenem Deckel auch einen Benchmark durchgeführt hatte. Es lassen sich also die Zeiten mit offenem Deckel und gereinigtem Kühler vergleichen:

• wPrime vor Wärmeleitpastentausch: 345,5 s
• wPrime nach Wärmeleitpastentausch: 337,5 s

Man sieht also doch einen Unterschied durch das Tauschen der Paste, vor allem der Unterschied bei Prime95 und den Werten bei HWMonitor haben mich überrascht. Ehrlicherweise muss ich dennoch sagen, dass ich im Alltagsgebrauch keinen Unterschied merke, die Leistungsreduzierung durch zu hohe Temperatur kommt bei diesem Gerät bei meiner Verwendung (diese Seite pflegen, Grafiken erstellen, Zeichnen, Unsinn im Netz anschauen und alte Ballerspiele auf DOSBox spielen) eigentlich kaum vor.