CPU unter Raumtemperatur kühlen: Cooler Master ML360 Sub-Zero im Test

Sebastian Schenzinger |
Test: Der CPU-Kühler Cooler Master MasterLiquid ML360 Sub-Zero nutzt einen elektrothermischen Wandler (Peltier-Element), um den Prozessor unter die Raumtemeratur zu kühlen.
Die Cooler Master MasterLiquid ML360 Sub-Zero soll durch das TEC höhere Taktraten auf einzelnen Kernen bei niedrigerer Spannung ermöglichen.

Der Intel Core i9-11900K erwies sich in unserem Test als ziemlicher Hitzkopf, der sich bei freigeschaltetem Power-Limit und aktiviertem Intel Adaptive Boost gerne mal über 300 Watt genehmigte. Damit stellt er an den verwendeten Kühler, welcher die Verlustleistung abführen muss, extrem hohe Anforderungen. Mit der Cooler Master MasterLiquid ML360 Sub-Zero haben wir heute einen ganz besonderen Kühler im Test, welcher sich dem Core i9-11900K stellen muss. Die zum Einsatz kommende Intel Cryo Cooling Technology soll durch das verbaute Peltier-Element Temperaturen unter Raumtemperatur ermöglichen. Dadurch lassen sich höheren Taktraten auf einzelnen Kernen bei niedrigerer Spannung realisieren.

Cooler Master MasterLiquid ML360 Sub-Zero im Detail

Die Cooler Master MasterLiquid ML360 Sub-Zero sieht rein vom äußerlichen zunächst einmal wie eine herkömmliche AiO-Wasserkühlung aus: ein Radiator, eine Pumpe und ein Kühler. Der Kühlkörper für die CPU fällt jedoch überdurchschnittlich groß aus und die Tatsache, dass die Pumpe separat im Kreislauf verbaut ist, ist auch nicht unbedingt üblich. Der Grund für diese beiden Unterschiede ist, dass Cooler Master die in Zusammenarbeit mit Intel entwickelte Cryo Cooling Technolgogy einsetzt. Hinter dem Namen versteckt sich das verbaute Peltier-Element, kurz auch TEC genannt, was im Englischen für thermoelectric cooler steht.

Explosionszeichnung des Kühleraufsatz

Der Aufbau eines Peltier-Elements ist einem Lamellenkühlkörper gar nicht mal so unähnlich. So reihen sich mehrere Lamellen aus p- und n-dotiertem Halbleitermaterial nebeneinander, welche abwechselnd oben und unten durch Metallbrücken verbunden sind. Daraus ergibt sich eine Reihenschaltung. Auf den Metallbrücken liegt bei der ML360 Sub-Zero eine Kupferplatte auf, um die Kälte beziehungsweise die Wärme zu verteilen. An dieser Stelle ist es wichtig zu wissen, dass n-dotierte Halbleiter ein niedrigeres Energieniveau aufweisen als p-dotierte Halbleiter. Damit also das Elektron bei elektrischem Fluss vom n-dotierten Halbleiter in das energetisch höhere Leitungsband des p-dotierten Halbleiters gelangen kann, muss an der Metallbrücke Wärmeenergie aufgenommen werden, was zu einer Abkühlung der aufliegenden Platte führt.

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Bei unserem Kühlkörper der Masterliquid ML360 SubZero sitzt diese Platte direkt über der Auflagefläche für die CPU, welche somit Temperaturen unterhalb der Raumtemperatur annehmen kann. Umgekehrt muss an der anderen Kontaktstelle Wärmenergie abgegeben werden, damit das Elektron vom p-dotierten Halbleiter zum n-dotierten Halbleiter übergehen kann. Diese Abwärme wird in den Wasserkühlungskreislauf abgeführt.

Seitlicher Schnitt durch den Kühleraufsatz

Durch den Einsatz des TEC entstehen jedoch mehrere Herausforderungen, welche die Intel Cryo Cooling Technology Software-seitig beheben soll. Da wäre zum einen der schlechte Wirkungsgrad eines Peltier-Elements. So verfügt auch die ML360 Sub-Zero über einen 8-Pin-Stromanschluss, wie wir ihn normalerweise von Grafikkarten kennen. Über diesen genehmigt sich der Kühler bis zu 180 Watt - das muss bei der Auswahl des Netzteils mit berücksichtigt werden. Gerade bei einer geringen Auslastung des Systems, wenn die Leistungsaufnahme je nach verbauter Hardware bei 50 bis 70 Watt liegt, würden zusätzliche 180 Watt durch den Kühler die Energieeffizienz natürlich ad absurdum führen. Weil sich durch das Peltier-Element Temperaturen unter null Grad Celsius erreichen lassen, kann zudem Kondenswasser entstehen, das die Hardware dauerhaft beschädigen kann. Bei beiden Herausforderungen kommt die Software zu Hilfe, aber dazu kommen wir gleich noch.

Der Deckel des Cryo-Kühlers lässt sich abnehmen, sodass die Steuerplatine zu sehen ist.

Damit sich der Cryo-Kühler überhaupt Software-seitig ansteuern lässt, verbaut Cooler Master einen Micro-USB-Ausgang am Kühlkörper. Ein entsprechendes USB-2.0-Kabel zur Verbindung mit dem Mainboard liegt bei. Unter dem Deckel des Cryo-Kühlers, welcher sich abnehmen lässt, sitzt eine Platine mit einer Steuereinheit, sowie diverse Temperatur- und Luftfeuchtigkeitssensoren. Diese dienen der Ermittlung des Taupunkts, also der Temperatur ab der Wasser kondensiert.

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Die drei auf dem Radiator vorinstallierten 120 Millimeter großen Lüfter besitzen einen 4-Pin-Anschluss und lassen sich damit entweder direkt am Mainboard oder über das beiliegende Splitterkabel betreiben. Wir empfehlen erste Variante, da die Lüfter sich sonst nicht ansteuern lassen und durchgehend mit maximaler Drehzahl laufen. Bei der Pumpe ist diese Möglichkeit leider nicht gegeben, da sie keinen herkömmlichen Stecker besitzt. Sie lässt sich also nur direkt über das beiliegende Kabel am Netzteil betreiben und läuft deshalb dauerhaft mit Vollgas und wird dabei störend laut.

Intel Cryo Cooling Technology: Einfach gehaltene Software

Um die Cooler Master Masterliquid ML360 Sub-Zero verwenden zu können, müssen wir zunächst den USB to UART Bridge VCP Treiber und danach die Intel Cryo Cooling Technology Software installieren. Diese ist sehr simpel gehalten und beschränkt sich auf ein Icon in der Systemleiste. Durch einen Rechtsklick lassen sich alle wichtigen Informationen wie die Aktivität und die Leistungsaufnahme des TEC sowie der Taupunkt und die aktuelle Temperatur des Kühlerbodens ablesen. Unter About aktivieren Sie den Remember Cryo Mode , der dafür sorgt, dass Ihre Einstellungen auch nach einem Neustart noch aktiv sind. 

Im Cryo Mode passt der Kühler die Leistungsaufnahme intelligent an die Auslastung der CPU an, wobei die Temperatur des Kühlerbodens nie den Taupunkt unterschreitet.

Über Mode gelangen wir schließlich zu den drei Einstellungsmöglichkeiten Standby , Cryo und Unregulated . Für den Dauereinsatz empfehlen wir dabei ganz klar den Cryo-Mode, da er die oben aufgeführten Herausforderungen bestmöglich behebt. So ermittelt das Steuergerät die Auslastung der CPU und passt daran die Leistungsaufnahme des Peltier-Kühlers an. Diese sinkt dadurch zum Beispiel beim Surfen im Web signifikant. Zudem sorgt der Cryo-Mode dafür, dass der Kühlerboden den Taupunkt nie ganz erreicht, sondern maximal zwei Grad Celsius darüber liegt. Dadurch wird die Kondenswasserbildung verhindert. Im Unregulated Mode kommen genau diese Probleme zu tragen, da das Peltier-Element dauerhaft mit 160 bis 180 Watt läuft und dadurch die Temperatur der CPU bei geringer Auslastung in den negativen Bereich treiben kann, wodurch Kondenswasser entsteht. Im Standby Mode ist das TEC abgeschaltet und erzeugt zwar keine Leistungsaufnahme, allerdings fällt die Kühlleistung schlechter als bei einer herkömmlichen AiO aus, da das Peltier-Element eine effektive Wärmeabfuhr verhindert.

Testsystem und Testaufbau

Bei der Montage der Cooler Master Masterliquid ML360 Sub-Zero haben wir uns an die Empfehlungen von Cooler Master gehalten. Der 360 Millimeter große Radiator findet oben im Gehäuse seinen Platz, wohingegen wir die Pumpe unten in der Front montieren, damit sie am niedrigsten Punkt des Wasserkreislaufs sitzt. Für den Test hat uns Cooler Master als Gehäuse die Masterbox NR600P zur Verfügung gestellt. Für die Frischluftzufuhr sorgt ein 140 Millimeter großer Lüfter, die Abwärme führt ein weiterer 120 Millimeter großer Lüfter ab. Den zweiten Lüfterplatz in der Front belegt die dort installierte Pumpe. 

Beim Testaufbau haben wir uns an die Empfehlung von Cooler Master gehalten.

Der 11900K sitzt auf einem ASUS ROG Maximus XIII Hero mit der neuesten BIOS-Version 0704. Die vier 8 GB Speichermodule stammen aus der G.Skill Trident Z Royal Serie und takten mit 3600 MHz bei CL16-16-16-36. Den Speicher-Controler betreiben wir dabei im 1:1-Mode. Für die Bildausgabe sorgt die AMD Radeon RX 6900 XT, welche wir auf bis zu 2700 MHz übertaktet haben, Resizable-BAR-Support ist aktiviert. Das Betriebssystem sowie die Testprogramme sind auf einer WD Black SN750 1TB SSD installiert, weitere Spiele finden auf der SanDisk Ultra 1TB SSD Platz. Für die Leistungsversorgung ist das be quiet! Straight Power 11 Platinum 1000 Watt zuständig. Für einen Lüftervergleich hat uns Cooler Master zusätzlich die AiO Masterliquid ML240L V2 RGB sowie den Luftkühler Hyper 212 Evo V2 zur Verfügung gestellt. Alle Messergebnisse lesen wir mittels HWiNFO64 sowie FrameView aus.

Maximale Leistung mit Intel Adaptive Boost

Für den Test der Masterliquid ML360 Sub-Zero haben wir uns drei verschiedene Szenarien überlegt. Zunächst einmal betreiben wir den Core i9-11900K nach den offiziellen Spezifikationen von Intel. Das bedeutet wir deaktivieren im BIOS das ASUS MultiCore Enhancement und setzen das PowerLimit 2 (PL2) auf 250 Watt, das PowerLimit 1 (PL1) auf 125 Watt sowie Tau auf 56 Sekunden. Dann führen wir für eine halbe Stunde Prime95 in der Version 30.3 mit deaktiviertem AVX aus und dokumentieren die Taktrate, die Temperatur und die Leistungsaufnahme der CPU sowie die Lüftergeschwindigkeit mit. 

Tabelle zur Seite scrollen für mehr Informationen.

30min Prime 95

Cryo-Kühler

280mm AiO

Luftkühler

Avg. CPU-Takt

4345 MHz

4275 MHz

4205 MHz

Max. Temp (PL2)

63°C

70°C

82°C

Temp. nach 30min (PL2)

53°C

61°C

66°C

Leistungsaufnahme max. (PL2)

181 W

190 W

201 W

Leistungsaufnahme avg. (PL1)

126 W

125 W

126 W

Lüfter RPM

1100-1200 rpm

1100-1150 rpm

1830 rpm

Pumpe RPM

5750 rpm

2150 rpm

n.a.

In diesem Testszenario zeigt sich, dass der Cryo-Kühler gegenüber der 280mm AiO deutlich die Nase vorne hat. Bei aktivem PL2 steigt die Temperatur des 11900K bis auf 63 Grad Celsius an, das sind sieben Grad Celsius weniger als bei der All-in-One-Wasserkühlung. Nach der halben Stunde Stresstest liegt die Temperatur acht Grad Celsius niedriger. Die durchschnittliche Taktrate des Prozessors liegt durch die Masterliquid ML360 Sub-Zero wiederum um 70 MHz höher. Der Luftkühler schneidet sowohl bei den Temperaturen als auch bei den erreichten Taktraten wie erwartet eine gute Ecke schlechter ab.

Für Szenario zwei machen wir uns eine neue BIOS-Funktion für den 11900K zu Nutze, Intel Adaptive Boost. Dieses Feature hebt die Power-Limits auf und betreibt die CPU auf allen acht Rechenkernen mit bis zu 5,1 GHz sofern die Kühlleistung ausreichend ist. Laut Intel liegt diese "Übertaktung" jedoch innerhalb der Spezifikationen und führt damit beim End-User nicht zu einem Verlust der Garantie. Dadurch steigt die Leistungsaufnahme des Prozessors jedoch schnell mal auf bis zu 300 Watt ohne die Verwendung von AVX an, was eine extreme Herausforderung für die Kühllösung darstellt. 

Tabelle zur Seite scrollen für mehr Informationen.

30min Prime 95

Cryo-Kühler

280mm AiO

Luftkühler  

Avg. CPU-Takt

4780 MHz

4930 MHz

4730 MHz  

Max. Temp

92°C

91°C

93°C

Temp. nach 30min

87°C

90°C

90°C

Leistungsaufnahme max.

278 W

285 W

279 W

Leistungsaufnahme avg.

199 W

241 W

201 W

Lüfter RPM

2000-2100 rpm

1250-1300 rpm

1910 rpm

Pumpe RPM

5770 rpm

2300 rpm

n.a.

Hier zeigt sich, dass der Cryo-Kühler bei einer Verlustleistung des Prozessors ab 200 Watt seine Grenzen aufgezeigt bekommt. Wohingegen die CPU mit der 280 Millimeter großen AiO über die halbe Stunde Testzeitraum einen durchschnittlichen Takt von 4930 MHz halten kann, fällt der durchschnittliche Takt beim Cryo-Kühler auf 4780 MHz ab. Das spiegelt sich auch in der Leistungsaufnahme wieder, die bei etwa 200 zu 240 Watt liegt. Für das Szenario "Vollauslastung aller Rechenkerne" eignet sich die Masterliquid ML360 Sub-Zero also nur bedingt und liegt sogar nur noch knapp vor dem Luftkühler, der auch bei 200 Watt schlapp macht.

Da wir beim letzten Testszenario feststellen mussten, dass die Kühlleistung der Masterliquid ML360 Sub-Zero nur für etwa 200 Watt Verlustleistung ausreicht, führen wir zuletzt noch eine manuelle Übertaktung einzelner Cores mit der Intel Extreme Tuning Utility (XTU) durch. Wie in der Einleitung schon erwähnt, sollen durch das Peltier-Element eben vor allem höhere Taktraten auf einzelnen Kernen bei niedrigerer Spannung erzielt werden können. Wir beschränken also unsere Übertaktungsambitionen auf maximal sechs aktive Rechenkerne beziehungsweise zwölf Threads und limitieren das Power-Limit auf 200 Watt.

Mit unserem Test-Sample ließen sich dabei auf einem Rechenkern bis zu 5,5 GHz erreichen, ehe das System instabil wurde. Auf zwei Rechenkernen waren 5,4 GHz möglich und auf vier Rechenkernen 5,3 GHz, was immer noch dem maximalen Boost-Wert des 11900K entspricht. Bei sechs Rechenkernen waren es noch 5,1 GHz, wobei wir hier in erster Linie durch das Power-Limit limitiert waren. Dadurch konnten wir im SingleCore-Test von Cinebench R23 die ursprünglichen 1671 Punkten auf 1739 Punkte steigern, was einer Zunahme von vier Prozent entspricht. 

Fazit: Cooler Master ML360 Sub-Zero & Intel Cryo Cooling Technology

Rein Software-technisch haben es Intel und Cooler Master - auch durch den cleveren Einsatz der Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren - geschafft, das Optimum aus einer Peltier-Kühlung herauszuholen. Schlussendlich zeigt sich im Test aber, dass sich gewisse Regeln auch bei perfekter Optimierung nicht aushebeln lassen. Bisher galt, dass ein Peltier-Element mit 100 Watt Leistungsaufnahme die Abwärme einer CPU mit einer Leistungsaufnahme von 50 Watt abführen kann, also einem Verhältnis von 2:1. Durch die Integration in eine AiO-Wasserkühlung haben es die Hersteller geschafft, dieses Verhältnis auf etwa 1:1 anzuheben. Das führt dazu, dass die Masterliquid ML360 Sub-Zero bei einer Verlustleistung der CPU von bis etwa 180 Watt bessere Werte als eine herkömmliche AiO erzielen kann. Der Prozessor benötigt durch die niedrigeren Temperaturen weniger Spannung, woraus resultiert, dass er sich höher takten lässt. 

Kühlleistung des Cryo Kühler laut Cooler Master im Vergleich zu einer 360mm AiO.

Beim Intel Core i9-11900K stößt das Peltier-Element dann aber sehr schnell an seine Grenzen, da die Leistungsaufnahme gerne einmal in Regionen von 250 bis 300 Watt geht. Hier kann das TEC die Abwärme nicht mehr schnell genug abtransportieren und die Kühlleistung fällt sogar hinter einer herkömmlichen AiO zurück. So oder so richtet sich die Masterliquid ML360 Sub-Zero also in erster Linie an experimentierfreudige Übertakter, die eine möglichst hohe Leistung auf wenigen Rechenkernen erreichen wollen. Genau so spezifiziert der Hersteller die Masterliquid ML360 Sub-Zero auch. Wer viel Zeit investiert, kann sein System dahingehend optimieren, dass die Leistungsaufnahme der CPU 200 Watt nie überschreitet und erhält dann eine bessere Performance als mit einer herkömmlichen AiO-Wasserkühlung. 

Wenn man die Leistungsaufnahme der CPU auf 200 Watt hin optimiert, erreicht der Cryo-Kühler eine bessere Kühlleistung als eine herkömmliche AiO.

Der Praxistauglichkeit steht dann aber immer noch die zusätzliche Leistungsaufnahme des Peltier-Elements von bis zu 180 Watt sowie die nervtötend laute Pumpe im Wege, die sich leider nicht ansteuern lässt. Für den Otto Normalverbraucher eignet sich die Cooler Master Masterliquid ML360 Sub-Zero damit eher weniger, aber das ist - wie gesagt - auch nicht das Publikum. das der Hersteller ansprechen möchte. Mit einem Anschaffungspreis von rund 350 Euro, ist der Cryo-Kühler aber auch kein ganz günstiges "Spielzeug".

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