Wann macht ein Radiallüfter bei Grafikkarten Sinn?
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Wann macht ein Radiallüfter bei Grafikkarten Sinn?

Kevin Hofer
Zürich, am 21.08.2020
Womit soll eine Grafikkarte gekühlt werden? Mit einem Radial- oder doch mit mehreren Axiallüftern? Was macht Sinn? Diesen Fragen bin ich nachgegangen. Spoiler: Der Radiallüfter macht in den wenigsten Fällen Sinn.

Kürzlich habe ich zwei Geforce RTX 2070 Super Grafikkarten verglichen. Eine mit einem Radiallüfter und Namenszusatz Turbo und eine mit drei Axiallüftern, Strix genannt. Bei der Kühlleistung hat die Karte mit den Axiallüftern klar besser abgeschnitten. Da habe ich mir die Frage gestellt: Wieso werden auf Grafikkarten überhaupt noch Radiallüfter verbaut?

*Axial vs. Radial:** Zwei 2070 Super im Raytracing-Vergleichstest
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Der Unterschied zwischen Radial- und Axiallüfter

Radiallüfter saugen frische Luft an und geben sie in einem Radius auf der anderen Seite wieder aus. Im Gegensatz dazu wird bei Axiallüftern die einströmende Luft von den Schaufeln umgelenkt und auf der anderen Seite in spiralförmigen Bahnen ausgegeben. Axialventilatoren bewegen relativ grosse Luftmengen mit minimalem Aufwand. Der Druckaufbau ist hier abhängig vom Winkel, den die Luftströmung relativ zum Schaufelprofil bildet. Der Winkel muss vergrössert werden, soll mehr Druck erzeugt werden. Das hat Grenzen: Wenn der Anströmwinkel zu gross wird, reisst die Strömung ab und der Lüfter arbeitet ineffizient. Soll mehr Druck erzeugt werden, dann springen Radiallüfter in die Bresche. Bei gleichem Umfang können diese deutlich höheren Druck erzeugen. Sie machen sich den Zentrifugaleffekt zunutze.

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Axiallüfter verwirbeln die Abwärme im Gehäuse. Damit die dadurch entstehende Luft aus dem Gehäuse entweicht, ist guter Airflow nötig. Der Radiallüfter hingegen gibt die warme Luft über die Slotblende hinten bei der Grafikkarte aus dem Gehäuse ab.

In diesem Fall macht ein Radiallüfter Sinn

Was heisst das für Grafikkartenlüfter mit Axial- respektive Radiallüfter? Auf den ersten Blick ist der Radiallüfter die bessere Wahl für die Grafikkarte. Das stimmt jedoch nur bedingt. Denn Axiallüfter befördern grosse Luftmengen effizienter. Das heisst, sie benötigen geringere Drehzahlen, um eine vergleichbare Menge an Luft zu befördern. Die Kühlleistung ist also besser. Zudem ist bei Grafikkarten mit Radiallüftern nur einer montiert. Grafikkarten mit Axiallüftern haben bis zu drei Stück drauf. Dadurch lassen sie sich mit noch geringerer Drehzahl betreiben. Das erzeugt weniger Lärm. Sowieso sind Radiallüfter um einiges lauter.

Hinzu kommt, dass die meisten neueren PC-Gehäuse auf positiven Druck ausgelegt sind. Das heisst, dass der Airflow im Gehäuse besser ist, wenn mehr frische Luft ins Gehäuse befördert als ausgestossen wird. Anders formuliert: In neueren Gehäusen kann die heisse Luft durch genügend Luftschlitze entweichen. Es spielt also nur eine untergeordnete Rolle, wenn die Axiallüfter die Luft im Inneren des Gehäuses verwirbeln, sie gelangt trotzdem ans Äussere.

Radiallüfter machen dort Sinn, wo Gehäuse nicht genügend be- und entlüftet werden. Beispielsweise in Servern, wo eine direkte Entlüftung empfehlenswert ist. Grafikkarten mit Radiallüfter haben zudem den Vorteil, dass sie kompakter sind. Je nach Grafikkartenmodell findest du eventuell nur eine mit Radiallüfter, für einen Small Form Factor Build. Hier solltest du jedoch bedenken, dass der Radiallüfter mehr Schall produziert als ein Axiallüfter. Ein nicht unwesentliches Argument bei einem Small Form Factor Build, der im Normalfall auf dem Pult oder im Wohnzimmer steht. Ein weiterer Vorteil ist der Zentrifugaleffekt. Radiallüfter saugen frische Luft effizienter an als Axiallüfter, wenn sie nicht frontal ansaugen können. Das ist bei Dual-GPU-Setups über SLI von Nvidia oder Crossfire von AMD der Fall.

Der Test

Gerne hätte ich in einem kleinen Gehäuse den Unterschied zwischen Radial- und Axiallüftern getestet. Leider passt die ASUS GeForce RTX 2070S ROG Strix O8G Gaming mit ihrer 2.7-Slots-Dicke weder ins H1 von NZXT noch ins Rocket von Kolink. Diese beiden Mini ITX-Gehäuse stehen mir aktuell zur Verfügung. Hier wäre ein weiterer Einsatzzweck der Turbo, respektive von Grafikkarten mit Radiallüfter: Sie sind kompakter und passen daher in kleine Gehäuse. Ein Test in den beiden Cases wäre ohnehin sinnlos: Beide haben genügend Luftschlitze. Es ist zu erwarten, dass eine Karte mit Axiallüftern besser performt. Dass die Turbo im H1 keine gute Idee ist, habe ich im Review ausführlich gezeigt. Die Karte wird dort vertikal verbaut und entlüftet somit gegen unten. Das führt zu einem Hitzestau.

Deshalb mache ich den Vergleich auf unserer Testbench in zwei Varianten. Ich stecke beide Karten in die benachbarten PCIe-Slots. Zuerst die eine oben und dann die andere unten. So ist der Betrieb in SLI zumindest ansatzweise nachempfunden – einer der Anwendungsbereiche, die ich oben genannt habe.

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In einem zweiten Schritt stelle ich die Verpackung der jeweiligen Grafikkarte in vier Millimetern Abstand vor die Lüfter. Ich ersticke sie sozusagen. Hier sollte der Radiallüfter der Asus GeForce Turbo RTX 2070S 8G EVO klar im Vorteil sein.

Bei beiden Szenarien lasse ich den GPU-Stresstest FurMark während 20 Minuten laufen. Nebenbei zeichne ich Temperatur, Taktfrequenz und die prozentuale Lüfterstärke mit HWiNFO64 auf. Zum Vergleich: Bei meinem ursprünglichen Review auf der Testbench wurde die Strix maximal 62° Celsius und die Turbo 82° Celsius warm. Bei der Lautstärke waren es aus 30 Zentimetern Entfernung rund 42 dB bei der Strix und 49 dB bei der Turbo. Die Lüfter waren dabei auf automatisch eingestellt. So teste ich auch dieses Mal. Die Temperaturen und Lautstärken wurden beim ursprünglichen Test durch den Benchmark Time Spy erreicht. FurMark, der Benchmark, den ich dieses Mal verwende, fordert die Hardware noch etwas mehr und vor allem länger. In diesem Test sind bei beiden Karten also noch höhere Temperaturen zu erwarten.

Die Ergebnisse

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Bevor ich die Ergebnisse diskutiere, hier die Resultate der Schallmessung mit entsprechender Lüfterstärke (immer aus 30 Zentimetern Entfernung, Mikrofon auf die Anschlüsse der Karte hinten gerichtet):

  • Strix 4 Millimeter: 52 dB (75 Prozent Lüfterstärke)
  • Strix 11 Millimeter: 49 dB (67 Prozent Lüfterstärke)
  • Turbo 4 Millimeter: 53 dB (48 Prozent Lüfterstärke)
  • Turbo 26 Millimeter: 50,5 dB (38 Prozent Lüfterstärke)

Die Strix hat beim simulierten Test mit Dual-GPU einen Nachteil: Sie ist aufgrund ihrer Dicke näher an der am unteren PCIe-Slot angebrachten Turbo als im umgekehrten Szenario. Dennoch bleibt die Strix kühler. Maximal 6° Celsius ist die Karte mit Axiallüftern kühler. Dabei büsst die Strix von ihrer ursprünglichen Taktfrequenz nur rund 2,5 Prozent ein. Bei der Turbo sind es beinahe 7 Prozent. Auch beim Schall hat die Strix die Nase vorne: 49 gegenüber 50,5 dB. Das sieht nach wenig aus, entspricht aber rund 19 Prozent mehr, weil dB logarithmisch gerechnet werden. Sollte ich falsch gerechnet haben: Schreib’s in die Kommentarspalte.

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Selbstverständlich ist der Test nicht abschliessend repräsentativ für Dual-GPU-Setups. Ich stresse beim Test nur eine Karte, die andere ist lediglich angeschlossen. Mir fehlt leider der NVLink, um beide Karten miteinander zu verbinden. Dennoch behaupte ich, dass die Axiallüfter der Strix die bessere Wahl sind. Schaust du dir nämlich folgendes Gif (Turbo: links, Strix: rechts) der Wärmeentwicklung beider Karten an, wird die Strix auf der Oberseite weniger heiss. Sie erzeugt dort weniger Abwärme im Gehäuse als die Turbo.

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Selbst wenn die Turbo auf der Rückseite der Karte entlüftet, erzeugt sie im Gehäuse so mehr Abwärme als die Strix, für SLI und die Wärmeentwicklung im Gehäuse nicht unwesentlich.

Auch bei den vier Millimetern Abstand schneidet die Strix besser ab. Das eine Dezibel Differenz macht umgerechnet elf Prozent aus, die die Turbo lauter ist als die Strix. Die Strix gewinnt auch bei der Temperatur. Nach 20 Minuten sind zwar beide 86° Celsius warm. Die Turbo erreicht diese Limite jedoch früher: bereits nach vier Minuten. Bei der Strix dauert es zehn Minuten länger. Die Leistungseinbusse ist bei beiden enorm: Die Strix taktet beinahe um 20 Prozent runter. Bei der Turbo sind es 19 Prozent.

Verglichen mit der Pseudo-Dual-GPU-Konfiguration beträgt die Leistungseinbusse bei der Strix 15 und bei der Turbo 10 Prozent. Das zeigt die Qualitäten des Radiallüfters: Er vermag besser zu kühlen, wenn es eng ist. So eng wie beim Test mit der Kartonschachtel wird es aber wohl in keinem PC sein.

Fazit: Der Axiallüfter ist fast immer besser

Der Test zeigt, dass der Radiallüfter selbst im extremen Szenario mit nur vier Millimetern Platz für die Zuluft keinen Sinn macht. Die Strix performt immer noch besser. Das mag auch daran liegen, dass die Strix mit drei Axiallüftern bestückt ist und die Turbo nur mit einem Radiallüfter. In Dual-GPU-Konfigurationen dürften jedoch auch Grafikkarten mit Axiallüftern besser performen als solche mit Radiallüfter.

Wann macht ein Radiallüfter auf der GPU Sinn? Wenn ein Gehäuse nur minimal entlüftet werden kann, beispielsweise in einem Server oder wenn es schlicht keinen Platz hat für Grafikkarten mit Axiallüfter, die sind einfach dicker. Sonst würde ich in jedem Fall auf eine Grafikkarte mit einem oder mehreren Axiallüftern zurückgreifen, abhängig vom Modell. Ab einer Geforce RTX 2060 Super dürfen es gerne zwei sein. Dann musst du einfach darauf schauen, dass die Grafikkarte nicht dicker als 2 Slots ist. So sollte sie auch in moderne Mini-ITX-Gehäuse passen.

GeForce RTX 2070S ROG Strix O8G Gaming (8GB)
ASUS GeForce RTX 2070S ROG Strix O8G Gaming (8GB)

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Kevin Hofer
Kevin Hofer
Editor, Zürich
Technologie und Gesellschaft faszinieren mich. Die beiden zu kombinieren und aus unterschiedlichen Blickwinkeln zu betrachten, ist meine Leidenschaft.

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