Diese Laptop-Komponenten entscheiden die Leistung

Die Temperatur macht den Unterschied 

Wer einen Laptop kaufen möchte, schaut meist zuerst auf die angegebenen Daten. Wie leistungsfähig sind CPU und GPU? Wie viel Speicher ist vorhanden? Ist der Laptop aufgrund seiner Komponenten für das Gaming und Streaming geeignet? Allzu leicht wird dabei vergessen, auf das Kühlsystem zu achten. Dieses ist dafür verantwortlich, die Leistungsfähigkeit des Geräts bei längerem Betrieb sicherzustellen.

So können sich zwei Laptops gleicher Bauart völlig verschieden verhalten, wenn sie unter starker Belastung stehen. Während das eine Modell stabil bleibt, verliert das andere rasch an Leistung, weil es zu warm wird. Nicht allein der Chip im Inneren ist maßgeblich, sondern auch die Temperaturen, die beim Betrieb des Gerätes entstehen. 

Verteilung der Wärme im Inneren des Laptops 

Um ein passendes Kühlsystem für einen Laptop zu entwickeln, müssen unter anderem Baugröße, Geräuschpegel, Kosten und Leistung berücksichtigt werden. Klar ist, dass Laptops sehr viel Wärme erzeugen und mitunter Temperaturen zwischen 80 und 100 °C erreichen können, wenn sie unter Last arbeiten.

GPU und CPU sind die hauptsächlichen Verursacher der Hitze, welche wiederum sicher abgeführt werden muss, um die Leistung des Gerätes nicht zu beeinträchtigen. Wird der Laptop zu heiß, schaltet er sich sogar ab, um nicht zu überhitzen. Die im Betrieb anfallende Wärme entsteht durch den Energieverbrauch der einzelnen Komponenten. Dieser ist für jede Art von Aufgabe nötig, sei es beim Streaming oder für das Schreiben einer Word-Datei. Das Kühlsystem sorgt dann dafür, dass die Temperatur kontrolliert wird und die Leistung stabil bleiben kann. 

CPU und GPU liegen unter einer Metallplatte und sind unter einer Schicht aus TIM (Thermal Interface Material) verborgen. Diese Wärmeleitpaste füllt Unebenheiten zwischen Kühlkörper und Chip aus, sodass die Wärme besser abgeleitet werden kann. Was viele nicht wissen: CPU und GPU haben keine komplett glatte Oberfläche, sondern sind ein wenig uneben. Diese mikroskopischen Unebenheiten werden durch die Wärmeleitpaste geglättet, der thermische Widerstand wird gesenkt. Wärme wird nun effizienter abgeführt. 

Wärmeleitrohre aus Kupfer, in deren Inneren sich eine geringe Flüssigkeitsmenge befindet, übernehmen die weitere Wärmeverteilung. Die Flüssigkeit wird durch Wärme verdampft, dieser Dampf wandert zum kühleren Ende. Dort kondensiert er wieder und ein Docht transportiert die Flüssigkeit zurück zum heißen Ende. Der Docht selbst besteht aus einer kapillaren Struktur, die den Flüssigkeitstransport vereinfacht. Der Kreislauf ist nach dem Rücktransport geschlossen und alles beginnt wieder von vorn. Sind Dampfkammern vorhanden, sogenannte Vapor Chambers, ist das Prinzip ähnlich, allerdings wird die entstandene Hitze großflächiger verteilt. Experten nennen den Vorgang „Phasenwechsel-Wärmetransport“, der als besonders effizient gilt, wenn es um die Wärmeabführung aus beengten Räumen geht. 

Dünne Lamellen aus Metall nehmen die Wärme nun auf. Sie vergrößern ihre Oberfläche und können die Wärmeabgabe verbessern. Heiße Luft hat somit viel Kontaktmöglichkeiten mit dem Metall, danach wird sie durch die Lüfter aus dem Gehäuse befördert. Experten vergleichen den Vorgang mit einem Staffellauf, bei dem eben kein Stab, sondern die Wärme von einer Station zur nächsten übergeben wird, bis sie schlussendlich außerhalb des Gehäuses ihr Ziel erreicht. 

Wärmetransfer als abgestimmtes System 

Die Kühlung des Laptops kann nur dann wirklich funktionieren, wenn das Design des Gehäuses, der Wärmetransfer und der Luftstrom effektiv zusammenarbeiten. Keine am Kühlsystem beteiligte Komponente darf separat betrachtet werden, alles hängt miteinander zusammen. Das System kann nur effizient arbeiten, wenn die Luft auch wirklich die Wärme abtransportieren kann, was wiederum die Lüfter ins Spiel bringt.

Viele Anwender gehen davon aus, dass die Lüfter einen großen Teil der Kühlarbeit übernehmen würden, doch das ist nicht der Fall. Sie sind eher dafür zuständig, die Kühlung zu regeln und lenken die warme Luft ganz gezielt aus dem Gerät heraus. In der Entwicklung der einzelnen Komponenten kommt dem Design der Lüfter daher eine große Bedeutung zu.

Wichtig sind hier vor allem Form, Blattstärke und Effizienz. Die Drehzahl allein ist nicht entscheidend – Größe und Geschwindigkeit der Lüfter sind nicht maßgeblich. Vielmehr ist wichtig, wie viel Luft bewegt werden kann und wohin diese abgeleitet wird. In Fachkreisen wird davon ausgegangen, dass schon eine wenige Millimeter geringere Bauhöhe des Lüfters die Kühlung des Geräts erschweren kann. Der thermische Widerstand steigt, der Luftstrom wird eingeschränkt. 

Layout der Tastatur sowie Gehäusematerialien als entscheidende Faktoren? 

Die Hersteller einiger Laptops haben die Tastatur in ihr Kühlkonzept einbezogen und das Luftstromkonzept entsprechend angepasst. Unter anderem setzt Acer auf die „Air-Inlet-Tastatur“, bei der zusätzlich Luft von oben in das Gerät gezogen wird. Doch auch das Gehäusematerial spielt eine wichtige Rolle. Hierfür wird bei hochwertigen Laptops meist Aluminium verwendet, das die Wärme gut leitet. Gleichzeitig kann sich dieses Material aber auch schnell heiß anfühlen. Kunststoff hingegen isoliert besser. Die Außenseite des Laptops fühlt sich schön kühl an, dafür heizt sich das Gerät im Inneren stärker auf. 

Das Design entscheidet mit 

Ein gut konzipierter Laptop mit einem ausgefeilten Kühlsystem ist in der Lage, Wärme von den Bereichen fernzuhalten, die häufig berührt werden. Neben der Tastatur ist dies die Handballenauflage, die sich nicht heiß anfühlen soll. Vor allem die Tasten W, A, S und D stehen dabei im Fokus, sind sie als Bewegungstasten doch beim Gaming ständig im Einsatz. Der Laptop wird damit zwar nicht aktiv gekühlt, doch seine Anwendung über längere Zeiträume wird deutlich angenehmer. Somit bleibt festzustellen: Das Design des Laptops entscheidet maßgeblich darüber, wie effektiv das Gerät Wärme abführen kann. 

Gleiche CPU, unterschiedliche Leistung 

Nicht der Prozessor entscheidet darüber, wie lange ein Laptop seine maximale Leistung halten kann. Vielmehr ist es das Kühlsystem, das den Ausschlag für die Leistungsfähigkeit gibt. Auffallend ist, dass eher dickere Designs des Gehäuses hohe Geschwindigkeiten im laufenden Betrieb garantieren, weil sie stärker gekühlt werden können. Bei sehr schlanken Notebooks muss die Leistung häufig schon nach ein paar Minuten gedrosselt werden, da ansonsten eine Überhitzung droht.

Dies haben verschiedene Tests gezeigt, bei denen die Geräte gezielt an ihre Belastungsgrenzen gebracht wurden. Die Vergleichsgeräte besaßen stets denselben Prozessor, allerdings waren sie mit unterschiedlichen Kühlsystemen bzw. verschiedenen Kühlreserven ausgestattet. Kompakte Geräte haben eine geringere Kühlreserve, die warme Luft wird nicht so stark an die Umgebung abgegeben. Das Gehäuse erwärmt sich in der Folge mit, der Laptop muss gegen die steigenden Temperaturen arbeiten. 

Temperaturgrenzen beachten 

Zu beachten ist die Temperaturgrenze des Geräts, das Thermal Junction Maximum. Diese liegt meist bei ca. 100 °C. Bei Annäherung an diese Grenze drosselt der Laptop seine Leistung, bei Überschreiten schaltet er sich sogar ab. Damit soll sichergestellt werden, dass die empfindlichen Komponenten keine Schäden durch Hitze erleiden. Ein moderner Prozessor ist durchaus in der Lage, bis 100 °C sicher zu arbeiten, die Leistung wird hier bei Annäherung an die Temperaturgrenze nicht gemindert. Das ist kein Zeichen für einen Defekt, eher im Gegenteil!

Wichtig ist zudem, ob der Laptop einen Turbo-Modus hat. Mit diesem Modus arbeitet die CPU schneller, gleichzeitig wird mehr Energie verbraucht. Damit verbunden ist eine höhere Wärmeentwicklung. Normale Laptops benötigen im Basistakt rund 15 Watt Energie, im Turbo-Modus können es bis zu 55 Watt sein. Das zeigt, dass ein durchdachtes Kühlsystem wirklich wichtig ist und der Trend zu kleinen, schlanken Geräten nicht wirklich sinnvoll ist. Denn: Kühlkörper brauchen Platz, wenn sie zuverlässig funktionieren sollen. 

Keine Panik bei höheren Temperaturen 

Gehörst auch Du zu den Laptopnutzern, die schon in Panik geraten, wenn sich das Gerät leicht warm anfühlt? Dann lass Dich beruhigen, ein warmes Gehäuse ist kein Zeichen für einen Defekt oder ein schwaches Kühlsystem. Es ist eher so, dass sich eine kühle Seite zwar besser anfühlt, diese jedoch häufig ein Anzeichen für eine schlechtere Kühlung im Inneren ist. Die Hitze wird eher im Gehäuse gehalten als abgeleitet und es droht die Gefahr, dass der Prozessor überhitzt. Experten sprechen von der „Touch Temperature Trap“, also einer Art Falle bzw. Fehlannahme. Ein kühles Außengehäuse ist keineswegs immer ein gutes Zeichen! 

Moderne CPUs sind für hohe Temperaturen konzipiert und erreichen rasch 100 °C unter Last. Entscheidend ist aber, ob das System die Temperaturen aushält und stabil läuft, auch wenn die Komponenten wärmer werden. Eine zu starke Drosselung des Systems ist nicht gewünscht und wäre im Alltag sehr hinderlich. Gleichzeitig solltest Du nicht annehmen, dass die Lüfter das Maß aller Dinge sind. Viel wichtiger sind Dampfkammern, Kühlkörper und Wärmeleitrohre, über die die Hitze abtransportiert werden kann. Die Lüfter sorgen am Ende nur noch dafür, dass die zuvor bereits abgeleitete warme Luft nach außen gelangen kann. 

Wann ist die Grenze der Belastbarkeit erreicht? 

Es gibt Erfahrungswerte, bei denen von Temperaturspitzen von 114 °C berichtet wird. Eine sichere Temperatur ist das freilich nicht, die wird deutlich niedriger angesetzt. Der Computerhersteller Dell gibt beispielsweise 51 °C als Grenzwert für die Oberflächentemperatur eines Laptops an. Alles, was darüber hinaus geht, sorgt für einen höheren Verschleiß und für Systemausfälle. Je mehr Leistung der Laptop dann noch erbringen muss, desto kritischer wird es und desto früher droht die Gefahr einer Selbstabschaltung.