CPU Thermal Throttling / Drosselung / LIMIT THERMAL bei ~ 70°C Grad iMac ultimo 2014

Hallo Flynn,

folgendes ist mir zu deinem Mac noch eingefallen, ich möchte die Information gerne mit dir teilen. Die weiterführende Idee greift direkt den Wechsel deines i5 auf den i7 auf.

Eine naheliegende Ursache für das ungewöhnlich frühe Throttling der CPU bei bereits moderaten Temperaturen um die 65 bis 70 Grad Celsius könnte in der Lüftersteuerung bzw. dem System Management Controller (SMC) des iMacs liegen. Beim Austausch der CPU – in deinem Fall vom ursprünglichen i5 auf den i7-4790K – kann es vorkommen, dass der dafür zuständige Temperatursensor nicht korrekt angeschlossen oder vom System nicht mehr richtig erkannt wird. Der iMac registriert dann entweder keine verwertbaren Sensordaten oder interpretiert diese fälschlich als Warnsignal. In einem solchen Fall greift der SMC zu einer Schutzmaßnahme: Er erhöht vorsorglich die Lüfterdrehzahl auf das Maximum und reduziert gleichzeitig die CPU-Leistung, um mögliche Schäden durch Überhitzung zu vermeiden – selbst dann, wenn die tatsächliche Kerntemperatur noch vollkommen im grünen Bereich liegt.

Neben dieser sensorgesteuerten Sicherheitsreaktion kommt eine weitere, eher systemtechnische Ursache infrage: Apple verwendet in seinen iMacs ein eng verzahntes, modellabhängiges Thermal-Management, das auf die werkseitig verbauten Komponenten fein abgestimmt ist. Zwar wurde der i7-4790K in exakt diesem iMac-Modelljahr auch offiziell von Apple angeboten, doch ist nicht jeder einzelne iMac mit exakt denselben Spannungs- und Kühlprofilen ausgestattet. Wird eine solche CPU in ein System eingebaut, das ursprünglich nur für eine TDP-schwächere Variante wie den i5-4690 konzipiert war, kann es dazu kommen, dass das Mainboard oder die Firmware auf die gesteigerte Leistungsaufnahme und Wärmeentwicklung nicht optimal reagiert. Auch in diesem Fall kann der iMac vorsorglich früher als nötig drosseln.

LG, Dutchman

Bei der Betrachtung thermischer Eigenschaften moderner Systeme fällt auf, dass die T_Case bei manchen Modellen etwas höher liegt. In einer Windows-Umgebung mit entsprechendem Mainboard ließen sich durch gezielte Anpassungen wie Undervolting, Justierung der PL1- und PL2-Werte oder andere Power-Limits sinnvolle Kompromisse zwischen Leistung und Temperaturverhalten erzielen. Ich habe das früher bei meinen Intel-Systemen regelmäßig gemacht und konnte so einige Watt an Verlustleistung einsparen – bei gleichzeitig rund 10 % höherer Rechenleistung.

Auf dem Mac ist das hingegen nicht vorgesehen. Zugriff auf diese Art von Konfiguration ist dort grundsätzlich nicht gewollt. Apple folgt einem klar abgeschlossenen Systemdesign, das auf Benutzerzugriff bei thermischen Einstellungen verzichtet. Auch wenn es bei manchen Modellen kleinere Eingriffsmöglichkeiten gibt, ist das in den meisten Fällen keine realistische Option. Klassische Tuningmaßnahmen wie Undervolting oder Lastverlagerung sind damit ausgeschlossen.

Ein Wechsel auf eine leistungsschwächere CPU mit niedrigerem Stromverbrauch klingt zunächst nach einer Lösung, kann aber die Performance signifikant verringern. Ob sich das lohnt, müsste individuell geprüft werden. Unabhängig davon bleibt die thermische Begrenzung eine strukturelle Schwäche, da die effektive Kühlung oft nicht mit der Leistungsaufnahme Schritt hält. Gerade bei Intel-basierten Systemen wirken manche CPUs eher wie Heizelemente. Zwar ist das Abwärmeverhalten moderner Prozessoren effizienter geworden, das ändert jedoch nichts daran, dass thermische Engpässe systembedingt bestehen bleiben – besonders, wenn der Nutzer keinen Zugriff auf das Power-Management hat.

Die meiste Wärme entsteht nicht etwa an der Oberfläche oder am Heatspreader, sondern direkt auf dem Silizium-DIE selbst – der aktiven Chipfläche. Diese Hitze wird über Wärmeleitmaterialien an den Heatspreader und von dort an das Kühlsystem weitergeleitet. Erfahrungsgemäß ist der Heatspreader immer etwas kühler als der DIE selbst. Wo die tatsächlichen Temperaturwerte im System ausgelesen werden, ist nicht ganz klar – soweit ich weiß, erfolgt keine direkte Messung am DIE, sondern es werden verschiedene Sensorwerte kombiniert und rechnerisch ausgewertet, um möglichst nahe an die reale Temperatur heranzukommen. Das funktioniert grundsätzlich gut, aber es bleibt fraglich, ob Drittanbieter-Tools tatsächlich auf die relevanten Sensoren zugreifen oder lediglich Näherungswerte ausgeben. Am Ende bleibt offen, ob die angezeigten Temperaturen wirklich die thermische Realität auf DIE- oder Heatspreader-Ebene abbilden.

Ich selbst habe bisher keine aktiven Umbauten an Mac-Systemen vorgenommen, daher basiert meine Einschätzung in diesem Punkt vor allem auf theoretischer Analyse und technischer Erfahrung mit vergleichbaren Systemen vor allem aus dem Windows Bereich.

LG, Dutchman

Da hast du ja einen kleinen Oldtimer stehen. Wenn wir in das Windows Lager einmal reinschauen, dann ist die Intel CPU tatsächlich spezifiziert auf circa 65° maximaler Temperatur und je nach Modell variiert dies ein wenig, aber 65° kannst du als Mittelwert annehmen. Bei allen drüber hinaus setzt die Kühlung der Mainboards ein und reicht diese nicht aus, wird die CPU entsprechend runter getaktet.

Bei Apple werden Intel CPU wie auch die neueren Apple Silicon Chips thermisch deutlich weiter belastet. Die Intel CPU meistens bis knapp unter 100°, dann werden sie massiv gedrosselt, um die Temperatur in den Griff zu bekommen, bevor die ganze Hütte abstürzt, bei den Apple Silicon Chips bis zu 110°, wobei die Drosselung in aller Regel bei knapp über 100° einsetzt.

Warum deine Intel CPU irgendwo bei 70° gedrosselt wird, kann ich dir tatsächlich nicht genau beantworten. Vielleicht war dies früher bei älteren Macs der Fall, bei den letzten Macs jedoch definitiv nicht. Die durften schön vor sich hin in dem kleinen Gehäuse kochen, bevor sie runter gedrosselt wurden.

LG, Dutchman