Voodoo 5 5500+ AGP

  • Hallo zusammen^^


    Lange her, dass ich mich das letzte mal durch dieses Forum gewühlt habe. Mehr oder weniger pünktlich zum 20. "Todestag" von 3dfx habe ich mit den Vorbereitungen für mein Weihnachtsprojekt begonnen, welches jetzt pünktlich zu Weihnachten fertig ist. Die Win98 SE installtion läuft derzeit (danke an Tweakstone für die Win98SE Installationsanleitung, bin aus einer Generaton die Win98 zwar noch benutzt hat, aber nur als user^^, ist doch nicht grad ein Win10 Setup ;D). "Dank" Corona hab ich heute mehr als genug Zeit das jetzt zusammen zu fassen.

    Ich hoffe dazu habe ich hier die richtige Rubrik ausgewählt, sonst bitte verschieben^^


    Die Ausgangslage

    Eine perfekt funktionierenden 3dfx Voodoo 5 5500 AGP deren PCB wohl KW 21 2000 gefertigt wurde.

    Die Karte liegt schon eine Zeitlang bei mir rum.

    Die Karte hat Rev. 220 GPUs und 6 ns VRAM, bei einem kurzen Test hab ich sie nicht über 180 MHz bekommen. Ansonsten nichts auffälliges, nach dem Auslöten der Kondensatoren habe ich lediglich festgestellt, dass diese entweder schon mal getauscht waren oder wohl nur rumlagen, denen gings noch prächtig.

    Auch schon etwas länger her ist es, dass ich irgend nem Broker 10 VSA 100 Rev 320 abgekauft habe.


    Nicht solange her ist es aber, dass ich mir eine alte Geforce 2 MX mit 4 ns RAM gekauft habe, pünktlich zum "Todestag" von 3dfx (war aber mehr zufall^^) . Vor lauter Corona hab ich mir also ein Weihnachtsprojekt gesucht. Ziel war es die Kondensatoren zu tauschen, RAMs zu tauschen und natürlich die GPUs zu tauschen (als besondere Challange ;-))

    Soweit ich weiss, sollen die Rev 320 Chips etwas höher takten, ob das stimmt oder ob ich nur irgendwo halbwissen aufgeschnappt habe, werde ich bald sehen.


    Vll noch was zum System, die Karte war/ist zusammen mit folgenden Komponenten verbaut:

    - Epox 8k3a

    - AMD Athlon XP 3200+ (FSB400 Modell, läuft deshalb "nur" als 2800+)

    - 3x 1 GB DDR333 RAM

    - 2x 80 GB Maxtor HDD im RAID 0

    - ATA 133 RAID Controller (Meldey irgendwas, lag irgendwo rum)

    - zickiges CD Laufwerk

    - zickiges Diskettenlaufwerk (die Laufwerke werde ich wohl als nächstes mal genau anschauen müssen)


    Der Umbau

    Wie auch immer, hier die Voodoo mit entfernten Kühlern, eine GPU musste glaube ich dran glauben, da hat der Interposer jetzt einen crack, na ja, was solls, hab ja noch paar rumliegen, runter kommen sie sowieso.


    Als nächstes habe ich alle Elkos ausgelötet und die Karte für das Auslöten der GPUs vorbereitet. Ich habe keine Reworkstation zur verfügung, nur ein Industrieföhn bei welchem ich die Temperatur einstellen kann. Ich habe die GPU der GeForce 2 MX, welche die RAMs gespendet hat, als Versuchskaninchen missbraucht. Die GeForce 2 GPU liess sich ohne Probleme auslöten. Das sollte sich bei den beiden VSA-100 als etwas schwieriger herausstellen.


    Ich habe die Bauteile rund um die GPU mit Kaptonband abgeklebt um zu verhindern, dass ich diese mit dem Heissluftföhn vom PCB runder blase. Ich hab das nach dem Motto "viel hilft viel" gemacht.


    Dann habe ich genau wie bei der GeForce den Heissluftföhn auf 300 °C eingestellt und angefangen die Karte zu föhnen, nach 5 min hab ich die Aktion dann beendet. Die GPU war noch immer eingelötet, die 3dfx PCB Designer haben da wohl ordentlich Kupfer reingepackt, das ganze PCB war heiss.

    Ich hab die Temperatur auf 340 °C erhöht und eine Stoppuhr hervorgeholt um ein Gefühl zu haben, was ich da der Karte antue.

    Schliesslich habe ich es doch noch geschafft die GPUs raus zu bekommen. Wichtig dabei die GPUs solange zu heizen, bis sie anfangen zu schwimmen und erst wenn sie wirklich schwimmen mit der Pinzette runter schieben, stosse, werfen, hauptsache weg. Wenn sie noch nicht richtig schwimmer, reisst man möglicherweise ein Pad ab, was dann eher mühsam ist.


    Nun gings daran die Pads alle zu definiert zu verzinnen, bzw. eigentlich möglichst das ganze Zinn zu entfernen, damit nachher die Balls sauber aufliegen. Ich hab dazu einfach reichlich Flussmittel verwendet und eine sehr grosse Lötspitze und diese einfach über die Pads gezogen, das hat dazu geführt, dass diese nachher alle leicht verzinnt waren. Ideal, normalerweise werden BGAs mit etwas Lötpaste gelötet (auf neuen PCBs), hier verwende ich anschliessend einfach etwas Flussmittel.

    Auf das Flussmittel habe ich dann die GPUs exakt ausgerichtet und die Karte in den Lötofen geschoben. Dann habe ich ein Lötprofil für bleihaltiges Lot gewählt und gewartet. Die grossen Elkos am DC/DC Wandler habe ich gleich mit bestückt, da diese aufgrund der guten Anbindung mit dem Lötkolben nur schwer zu löten sind (also so, dass die auch über die ganze länge an gelötet sind, nicht nur dort wo man es sieht).

    Vor dem Reflow Löten habe ich die THT Bauteile wie den 4 Pin Molex Stecker und die VGA Buchse entfernt. Diese werden später durch neue ersetzt. Die THT Stiftleiste habe ich mir gespart, entweder sie überlebts, und sonst halt nicht. Sie trägt nun Kampfspuren^^

    Max. Temperatur der Lötkurve habe ich 205 °C eingestellt.


    Danach kam die Voodoo mit funkelnagelneuen GPUs wieder raus. Leider habe ich sie an dieser Stelle nicht getestet, das werde ich später noch bereuen.


    Als nächstes sind die RAMs dran, diese habe ich wieder mit den Heissluftföhn runter gepustet und dabei wieder festgestellt, dass da ordentlich Kupfer im PCB ist (im Vergleich zur GeForce 2 MX).

    Dabei habe ich wieder die Bauteile rund um die RAMs abgeklebt.


    Das Wiedereinlöten der RAMs hat einiges an Liebe und Flussmittel erfordert, und ein Mikroskop. In der Firma sind wir mehr so für die groben Lötarbeiten eingerichtet (-> Leistungselektronik) als für so kleines zeugs. Deshalb war die kleinste Lötspitze gerade so grenzwertig gross, glücklicherweise haben wir aber ein gutes Mikroskop. Nach einigen Stunden Löt und Prüfarbeit war die Voodoo 5 mit neuen, 4 ns EtronTech RAMs bestückt.


    Voodoo leeeebt!

    Noch die Kondis bestücken und die Molex und VGA Buchse wieder provisorisch bestücken, dann gings auch schon an den ersten Funktionstest:

    Voodoo leeeebt!

    Auf den ersten Blick sieht alles gut aus, keine Bildfehler, 64 MB VRAM erkannt, perfekt. Beim Starten von Win98SE (welches dann irgedwann beim start wieder mal nicht mehr wollte) stellt ich aber Bildfehler fest. Ich hatte teilweise vertikale Striche über den Bildschirm, irgendwas scheint da wohl nicht gut zu sein. Leider weiss ich jetzt nicht obs an den GPUs oder am RAM liegt, da ich wie oben erwähnt die GPU nach dem Löten der GPUs nicht getestet habe. Wie auch immer, wieder ab unters Mikroskop. Nach etwa 1h Inspektion der Lötstellen am RAM habe ich bei den letzten beiden Pins dann einen Kurzschluss gefunden, nach dem ich diesen gefixt hatte, läuft die Voodoo nun wie eine Eins.


    Ich hab der Voodo auf der Rückseite noch kleine Kühlköper auf der GND Plane spendiert. Wahrscheinlich ist der thermische Widerstand Junction zu PCB Rückseite etwa ähnlich wie der durch die Moldmasse auf die Oberseite.

    Die Lüfter habe ich direkt an den 12 V Anschluss gelötet, damit ich nicht wieder vergesse die Dinger einzustecken. Ist mir beim Ausprobieren nach dem Beheben des Kurzschlusses passiert, aber wie es assieht hat die Voodoo keinen Schaden genommen.


    Nun ist die Win98 installation durch und die Treiber Installation im gange, ich hoffe Windows startet danach noch und dann mal auf Benchmark jagt gehen^^


    Update folgt.


    MfG

    AMD Athlon XP 3200+ @2083 MHz
    3dfx Voodoo 5 5500 AGP
    3 GB DDR RAM
    EPoX 8k3a
    2x 80 GB Maxtor DiamondMax Plus 9
    Corsair 450 W

  • Also ohne ordentliche Reworkstation, mit der man die GPUs exakt ausrichten kann, würde ich dieses Unterfangen bestenfalls als waghalsig bezeichnen. :bonk:


    Herzlichen Glückwunsch zur gelungen OP. :topmodel:

    Ich werde mich von keinem einzzzigen Prozzzessor trennen.
    Jedoch lockt es mich beinahe, ihn Dir zu überlassen, nur um zu sehen, wie er Dich in den Wahnsinn treibt :evil:


    Meine Begehren

  • Also ohne ordentliche Reworkstation, mit der man die GPUs exakt ausrichten kann, würde ich dieses Unterfangen bestenfalls als waghalsig bezeichnen. :bonk:


    Herzlichen Glückwunsch zur gelungen OP. :topmodel:

    Danke^^

    Bei der Voodoo 5 geht's noch, das sind noch nicht so ultra fine pitch BGAs und im Siebdruck ist der Umriss eingezeichnet. Wenn ich mich richtig entsinne haben die GPUs 1.27 mm pitch, auf einen halben mm genau kann man die noch mit der pinzette ausrichten ;) Wichtig ist vorallem, dass die Pads einigermassen sauber sind und überall Flussmittel ist, dann zieht es das BGA bei erreichen der Löttemperatur schön auf die Pads drauf und die GPU ist anschliessend perfekt ausgerichtet.

    Die Reworkstation hätte ich eig lieber für das Auslöten gehabt xD

    AMD Athlon XP 3200+ @2083 MHz
    3dfx Voodoo 5 5500 AGP
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    EPoX 8k3a
    2x 80 GB Maxtor DiamondMax Plus 9
    Corsair 450 W

  • Mich würde mal interessieren „um wieviel schneller“ die bearbeitete Voodoo nun ist. Hast Du vorher/nachher Vergleiche?

    TUSL2-C, PIII-S 1,4GHz, 512MB, Voodoo3 3000 AGP, SB Live!
    TUSL2-C, PIII-S 1,4GHz, 512MB, Voodoo3 3000 AGP, SB Live!
    CUSL2-C, PIII 933MHz, 512MB, Millennium II AGP 4MB, 2x Monster II 12MB, SB Live!
    CUSL2-C, PIII 933MHz, 512MB, Millennium II AGP 4MB, 2x 3D Blaster Voodoo² 12MB, SB Live!
    P3B-F, PIII 800MHz, 512MB, G400 Max 32MB AGP, 2x Monster II 12MB, SB AWE64 Gold
    P2B-F, PIII 600MHz, 512MB, G200 8+8MB AGP, 2x Monster II 8MB, SB 32 PnP

  • Mich würde mal interessieren „um wieviel schneller“ die bearbeitete Voodoo nun ist. Hast Du vorher/nachher Vergleiche?

    Benchmark scores davor habe ich leider keine aufgenommen, jedoch sollte sie jetzt mit 166 MHz genau gleich schnell sein wie davor. Derzeit zickt aber die Win98 Installation noch etwas, deshalb konnte ich noch nicht ausprobieren was jetzt drinn liegt. Werde ich aber noch nachreichen, sobald ich das mit der Software in den Griff bekommen haben ;)

    AMD Athlon XP 3200+ @2083 MHz
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  • Die arme Karte!


    Instandhalten finde ich i.O., aber umbasteln, damit man bei Benchmarks mehr Punkte hat, nicht. Zumindest nicht bei einer Karte, deren Bestand kontinuierlich abnimmt und die alters- und designbedingt sowieso schon fehlerhaft ist.

    Deine Arbeit ist aber in Ordnung und sauber ausgeführt.

    3dfx Voodoo 5 5500 AGP @ Dualatin


    Alles schwingt, nur der Oszillator nicht.

  • Basteln wäre das wohl erst wenn der VRAM erweitert wird und die fehlenden Signalleitungen mit Drähten nachgeroutet werden müssen 8o


    Scheinbar ist noch nicht ganz alles sauber ausgeführt, beim Versuch die Karte in den 3D Modus zu bewegen kam es zu Bildfehlern und schliesslich zu einem Absturz. Da muss ich wohl nochmal ran. Hoffentlich reicht da ein Mikroskop.

    Das muss aber bis Frühling warten, davor hab ich wahrscheinlich keine Zeit mehr hierfür :(

    AMD Athlon XP 3200+ @2083 MHz
    3dfx Voodoo 5 5500 AGP
    3 GB DDR RAM
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  • Die Elkos vom EPoX Board sehen richtig übel aus. Meiner Meinung nach ist das keine optimale Testplattform in diesem Zustand.

    Die Pixel beschleunigt, die Kanten gefixt, lang leben die Karten von 3dfx! :spitze:

  • Ich fand es auch ungewöhnlich eine funktionierende Karte einem derartigen Umbau zu unterziehen.

    TUSL2-C, PIII-S 1,4GHz, 512MB, Voodoo3 3000 AGP, SB Live!
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    CUSL2-C, PIII 933MHz, 512MB, Millennium II AGP 4MB, 2x Monster II 12MB, SB Live!
    CUSL2-C, PIII 933MHz, 512MB, Millennium II AGP 4MB, 2x 3D Blaster Voodoo² 12MB, SB Live!
    P3B-F, PIII 800MHz, 512MB, G400 Max 32MB AGP, 2x Monster II 12MB, SB AWE64 Gold
    P2B-F, PIII 600MHz, 512MB, G200 8+8MB AGP, 2x Monster II 8MB, SB 32 PnP

  • Tolle Arbeit!

    Ram Upgrade find ich völlig OK, aber Fan-Mods und aufgeklebte Kühlkörper finde ich persönlich auch nicht toll.

  • Die Elkos vom EPoX Board sehen richtig übel aus. Meiner Meinung nach ist das keine optimale Testplattform in diesem Zustand.

    Die Elkos auf dem MB wurden natürlich auch getauscht^^ Aber erst nach der Graka, nur um die Karte kurz posten zu lassen haben die grad noch gereicht ;)


    svensonson die Stock GPU kühler sind jetzt nicht grad das gelbe vom Ei. Die Einfachste Methode die Kühlung zu optimieren ist auf die GND Vias auf der Rückseite einen Kühlkörper drauf zu packen, das dürfte gefühlt weit mehr nützen als auf die Moldmasse der GPU was drauf zu packen. Die Pads in der Mitte des BGAs dienen üblicherweise der thermischen Anbindung des Dies (so auch im Napalm Databook beschrieben).

    Ich hab die Kühler an der Rückseite mit doppelseitigem Klebeband (mit definierter thermischer Leitfähigkeit) angeklebt damit die auch einfach wieder ab gehen.


    Edit: hab in der zwischenzeit die Voodoo mal im Single Chip modus laufen lassen, da funktioniert sie ohne Probleme. dxdiag läuft durch und 3d mark 2000 läuft durch. Das Problem scheint also rein bei der 2. GPU zu liegen. Evtl. der anfängliche Kurzschluss an einem RAM Baustein diesen beschädigt.

    Bin ich eigentlich richtig in der Annahme, dass die GPU näher beim VGA Port die Master GPU ist und die die näher beim 4 Pin Molex anschluss ist die slave GPU? Der AGP Bus scheint in dem Fall zur Slave GPU zu gehen, wobei der VGA Port wohl nicht an dieser GPU angeschlossen sein wird.

    AMD Athlon XP 3200+ @2083 MHz
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    Edited once, last by Nouda ().

  • Je besser die Wärmeableitung der GPU an die Luft auf dessen größter Fläche ist, desto besser.

    Je geringer der statische Druck auf dem Kühlkörper, desto besser.

    Das BGA leitet weitere Wärme in die Inner Layer Masseflächen des PCB, was aufgrund der großen Fläche deutlich mehr Kühl-Leistung hat als ein 1cm² Kühkörper auf der Rückseite.


    Der Original Kühlkörper mit modernem 2K Wärmeleitkleber und einem neuen Lüfter mit 5-6 CFM Luftstrom reicht locker aus um bei Vollast und 4xFSAA die GPUs bei 57°C zu halten, was thermisch völlig gesund ist.


    Kühlkörperchen auf der Rückseite sind kosmetischer Schnickschnak. Völlig unnötig. Selbst bei ggf. 190MHz.


    Die GPU nahe dem VGA Port ist die Primary-GPU. Die nahe dem Power Supply Secondary.


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    Auch wenn der Marschtakt der Tage mir in den Ohren dröhnt,

    noch habe ich mich an nichts gewöhnt.

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    3dfx Opa --Backfire--


  • Meinst du wirklich, dass die Kühlkörper auf der Rückseite gar keine Wärme rausziehen können? Du hast sicher Recht mit besserer Wärmeüberleitung durch ordentlichen wärmeleitkleber in Verbindung mit dem Stock Kühlkörper, aber dafür muss man ihn ja zuerst abmachen, wodurch man sie potentiell beschädigen kann.


    Gut, in diesem Fall gilt das natürlich nicht, aber so generell?


    Abgesehen davon, dass die Karte durch so kleine Kühler auf der Rückseite mMn optisch zu einer Tuning Bude abgewertet wird.

  • Es ist so:


    Der Sinn eines Kühlkörpers ist die Oberfläche wirksam zu vergrößern.

    Wenn ich mit dem Kühlkörper 1cm² abdecke und er durch seine Finger selbst nur 2cm² Oberfläche hat ist das als Gesamtkühlleistung marginal, weil die Karte und ihr Masselayer 2dm² Fläche hat. Der kleine Kühlkörper auf der Rückseite bringt also nur ein Hundertstel (1%) minus des Wärmewiderstandes des Körpers und der Wärmebrücke des Klebers. Also unter 1% über den Daumen

    Je größer die Fläche, desto besser.

    Daher ist ein guter Kühlkörper und Lüfter auf der Oberseite des Chips von Bedeutung. Und wenn man sich überlegt das unsere Voodoos so alt geworden sind, selbst mit dieser doch eher mäßigen Kühlleistung... ;)


    Mein Wissen über Thermodynamik ist nicht allumfassend, aber falls jemand mitliest, der Elektrotechnik studiert hat und auch die Thermodynamik bestanden hat kann das sicher besser erklären als ich.




    Gefahrloses Entfernen desVSA100 Kühlkörpers:

    1.) Mit Kältespray den Kühlkörper einfrieren auf -40°C, bis sich Reif darauf ablegt.

    2.) Einen Plastikkeil zwischen Chip PCB (Interposer) und Kühlkörper fahren.

    3.) Der Kühlkörper sprengt ab. (Schutzbrille tragen, den kann man schonmal in die Fresse kriegen ^^)


    Warum das?

    Das Aluminium zieht sich bei Kälte sehr stark zusammen und der alte original Zement nicht. Die Adhäsionskraft des Zements lässt nach und der Kühler fliegt bei etwas Spannung weg.


    Das beschädigt den Chip nicht, das stresst die Karte nicht, das funktioniert immer.

    Klar - es geht auch mit Wärme, so ab +80°C wird der Zement breiig, aber das ist (vermeidbarer) Stress für die Karte.


    :)

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  • Danke erst mal für die Info zu den GPUs


    Wv Kühlfläche der Kühlkörper hat den ich da drauf gepackt habe weiss ich nicht, aber mal so vom anschauen hat der definitiv mehr als doppelt so viel Oberfläche wie Grundfläche. Ausserdem ist das ding Schwarz -> Wärmestrahlung ;) kann man zwar getrost vernachlässigen.


    In meinem Aufbau verwende ich so eine Art Klebendes Wärmeleitpad mit 180 um Dicke und 2.1 W/mK. Der Kühlkörper wird mit 27 K/W angegeben mit einer Grundfläche von 14x14 mm.

    Daraus ergibt sich: Rth = 180 um / ((14mm)^2*2.1 W/mK) = 0.43 K/W für den übergang PCB zu Kühlkörper.

    Somit resultiert ein Rth von 27.43 K/W von PCB Bottom Seite zu Luft.

    Jetzt kann man noch den thermischen Widerstand der Leiterplatte mit einbeziehen:

    Ein Via an der Voodoo 5 wird wahrscheinlich 0.4 mm Enddurchmesser haben mit ca. 20 um Kupferhülse. Daraus kann die thermische Leitfähigkeit eines Vias bestimmt werden, die Leitfähigkeit des FR4s wird vernachlässigt. Als PCB Dicke nehme ich 1.6 mm an (hab ich nicht nachgemssen, Voodo ist noch eingebaut und zugeschraubt ;D).

    Ahülse = (0.44 mm / 2)^2 * pi - (0.4 mm / 2)^2 * pi = 0.026 mm^2

    Für technisches Kupfer kann eine Leitfähigkeit von ca 370 W/mK angenommen werden, d.h:

    thermische Leitfähigkeit Via = Avia * lambdaCu / l = 0.026 mm^2 * 370 W/mK / 1.6 mm = 0.0061 W/K

    Nun haben wir unterhalb der GPU 11 x 11 Vias -> 0.0061 * 11 * 11 = 0.738 W/K -> 1.35 K/W


    Ich glaube im Datenblatt der VSA 100 sind die Rths nicht angegeben, ich würde für so ein BGA <2 K/W erwarten für Junction to PCB. Damit sind wir bei 27.43 K/W + 1.35 K/W + 2 K/W = 32.1 K/W J-A.

    Die Voodoo 5 5500 soll ja rund 30 W aufnehmen. Pro RAM baustein dürften rund 1 W drauf gehen, bleiben noch 22 W für die GPUs. Ich schätze pro GPU eine Verlustleistung von rund 10 W (DC/DC Wandler ist ja auch noch), wobei die Primary GPU wahrscheinlich etwas mehr macht als die Secondary wegen des VGA interfaces.

    Das heisst bei einer GPU Temp von 57 °C (Tcase nehme ich an) bei geschätzt 30 °C im Gehäuse wird die GPU grob geschätzt etwa 15 °C wärmer sein, also 72 °C. Dann haben wir einen Temperaturunterschied von 42K, was heisst das so grob mehr als 10 % über den "mini Kühler" abgeführt wird wenn dieser nicht angeströmt wird. Besser wäre jetzt hier natürlich der Vergleich der Rths, aber ich weiss nicht was meine anderen Kühler so können, deshalb ist das nur so Pi * daumen.


    Gemäss Appnotes von z.B. Ti liegt der zu erwartende Rth J-A mit Kühlung nur über das PCB auch irgendwo in diesem Bereich, eher darüber als darunter. Vll ist ja einem langweilig und kann dazu Berechnungen anstellen ;)


    Da ich beabsichtige die Karte bei höheren Taktfrequenzen wie stock zu betreiben, dachte ich etwas optimierung der Kühlung dürfte nicht schaden. Dabei wollte ich etwas Zeitgemässes was irgendwie dazu passt und die Titan Kühler oben fand ich eigentlich noch ziemlich hübsch und aufgeklebte Kühlkörper auf der Rückseite passt irgendwie auch zu Elektronik von vor 20 Jahren, finde ich.


    Single Chip hat sie mal eben 200 MHz im 3D Mark 2000 gemacht nicht nur 190 MHz ;)

    AMD Athlon XP 3200+ @2083 MHz
    3dfx Voodoo 5 5500 AGP
    3 GB DDR RAM
    EPoX 8k3a
    2x 80 GB Maxtor DiamondMax Plus 9
    Corsair 450 W