特集
オーバークロッカー清水氏が教えるCore i7-7700K/i3-7350Kの常用OCテクニック
～Kaby Lakeの殻割り効果を徹底検証
2017年3月13日 06:00
第7世代CoreプロセッサことKaby Lakeは、14nm+プロセスの恩恵で高クロック化を果たしつつ、省電力性も向上しているのが特徴だ。クロックあたりの性能こそ第6世代のSkylakeと同じではあるが、オーバークロック(OC)耐性が大幅に向上したことで、コアユーザーの注目を集めている。
5GHz超えでのベンチマーク完走が多数報告されていたり、液体窒素を使った極冷OCでは7GHz超えの記録も多く飛び出しているので、Kaby LakeのOC耐性の高さは本物と言える。
それに加えて、Kシリーズのエントリーモデルとして、Core i3初の倍率アンロックモデル「Core i3-7350K」が登場したりと、OCに関しては明るい話題で持ち切りだ。
そんな“ブン回って楽しめる”第7世代CoreプロセッサのOCテクニックを本記事で掘り下げて紹介してみたいと思う。
なお、OCはメーカー動作保証外での使用となるため、パーツが破損するなどのトラブルが発生する可能性もある。PC Watchや筆者が責任を負うことはできないので、本記事を読んでOCに挑戦する際は、これらの危険を承知した上で自己責任で挑戦して欲しい。
検証環境
今回の検証では、CPUにKaby Lake-Sの最上位モデル「Core i7-7700K」を使用。後半のパートでは話題のCore i3初のアンロックモデルである「Core i3-7350K」も使用する。マザーボードにはZ270チップセット搭載のミドルレンジモデルであるASRock Z270 Extreme4を使用する。
- CPU:Intel Core i7-7700K(4C8T、4.2GHz)
- マザー:ASRock Z270 Extreme4(Intel Z270)
- メモリ:CORSAIR DOMINATOR PLATINUM DDR4-3200C16 4GB×2(DDR4-2133で使用)
- グラフィック:GALAX GT730(GeForce GT 730、2GB)
- ストレージ:Samsung MZ7TE120HMGR(SSD、120GB)
- 電源:COOLER MASTER V1200 PLATINUM(80PLUS PLATINUM、1,200W)
- CPUクーラー:CORSAIR H115i (280mmラジエータ、14cmファン×2)
- OS:Windows 10 Pro 64bit版
CPU温度に影響するファンの設定だが、CORSAIR H115iのファンコネクタを水冷ヘッドではなくマザーボードのCPUファンヘッダに接続して回転数の設定を40％に固定した。この時の回転数は1,100rpm前後となっており、動作音も小さく常用しても苦にならない設定だ。なお、室温は25℃前後になるように調整している。
マザーの電源回路の作りにはこだわろう
Haswellこと第4世代CoreプロセッサでCPUに内蔵された電圧レギュレータは、第6世代CoreプロセッサのSkylakeで再びマザーボード上に戻った。これにより、各マザーボードメーカーはOC耐性や設定の自由度を高めるために、電圧レーンの作りに工夫を凝らした製品を作り始めた。Kaby Lake世代でもその流れを受け継いでいるのは言うまでもない。
Kaby Lake世代でOC耐性が向上していることは前述しているが、それに伴いOC時の発熱が増えているのでマザーボードへの負担も増えている。そのため、これまで以上にマザーボードの品質がOC耐性を左右するようになっている。
特に重要なのが電源回路の作りで、高負荷時のOC耐性や安定性に大きな影響を及すので、マザーボード選びはOCを成功させるためにもっとも重要な要素と言える。
OC向けのハイエンドモデルを選べば間違いないのだが、常用では過剰品質な場合もあるし、価格的に手に取りにくさもある。なのでここではミドルレンジ帯でのマザーボード選びの基準について触れたいと思う。
具体的な基準だが、筆者はVRMのフェーズ数が合計10フェーズ以上の製品を選ぶようにしている。さらに細かく言うと、CPU電圧専用に最低6フェーズが割り当てられていることを条件としている。このクラスの製品になってくると、VRMのコンポーネントもきちんとした品質のものが使われているので、耐久性の面でも安心できる。
8フェーズクラスのマザーボードだと、“CPU電圧用に4フェーズ、アンコア部分に2フェーズ、内蔵GPU用に2フェーズ”といった構成の製品が存在するので、1フェーズ辺りの負荷が高くなりがちだ。そのせいで高負荷時にVRMが熱ダレして電圧が降下し、システムが不安定になる場合もあるので注意したいところだ。
殻割りなしでどこまでいける?
まずは、殻割りを行なわない状態でのOC耐性と挙動のチェックをCore i7-7700Kで行なってみた。
使用したベンチマークテストは、CPU性能計測する定番ベンチマークのCINEBENCH R15で、マルチコアテストが完走する下限電圧を求めた。電圧だけでなく、CPU温度と消費電力値も同時に計測したので、そこからKaby Lakeの傾向が見えてくるはずだ。
消費電力値はElectoronic Educational Devicesの「Watts Up Up? PRO」で計測し、CPU温度はHWMonitor 1.30のPackageの値から計測している。
マザーボード側の設定だが、電圧の降下を防ぐLoad Line Calibration機能をもっとも降下の少ない「Level 1」に設定した上で、CPU倍率とCPU電圧のみを設定している。また、電圧やクロックの変動が検証結果に影響しないように、C-STATEなどの省電力機能を無効にし、電圧動作モードはOverrideモードを選択した。
今回試した個体は、定格状態でロード時にCPU電圧が1.15Vが掛かっており、ベンチマーク中のCPU温度は最大で62℃を記録。OCCTやPrime 95を実行すると、ここからさらに20～30℃は上昇するので、発熱がそれなりにある個体のようだ。
CPUの挙動に最初に変化が現れたのが4.8GHzから4.9GHzまで上げた時で、温度の上昇こそ緩やかだが消費電力値が12.7Wも上昇している。4.6GHzから4.7GHzまで上げた時が6.5W、4.7GHzから4.8GHzまで上げた時が8.3Wだったことを考えると、上昇幅が大きくなっているのが分かる。
電圧の面で見ると、4.9GHz時の1.225VというVcoreの値はSkylake世代では低電圧と言える。しかし、改良版14nmプロセスを採用するKaby Lake世代では、筆者の経験上1.2Vを超えた時点で発熱が大幅に増加する個体を多数確認している。
高性能なCPUクーラーを使った場合であっても、OCCTやPrime 95の長時間パスを前提とするならば、殻割前の常用限界は4.8～4.9GHzにある場合がほとんどだ。
5.2GHzでのベンチマーク完走にも挑戦してみたが、Vcoreを1.45Vまで昇圧しても完走しなかった。CPU温度が100℃近くまで上昇してしまい、すぐに画面がフリーズしてしまう状態たったので、これ以上は殻割りなしでは難しいようだ。
殻割りでの挙動の変化をチェック
殻割り前の挙動と限界値が分かったところで、ここからは殻割りを行なってCPUの挙動にどのような変化が見られるのかをチェックしていきたい。殻割りには専用ツールの「Rockit 88」を使用し、CPU内部の熱伝導材はThermal Grizzlyの液体金属グリス「Conductonaut」に変更した。
殻割り後はCPU温度が大幅に低下し、5.1GHz時に至っては30℃も低下している。定格時でさえ15℃も低下しているので、クーラーのサイズ制限がある小型ケースに定格動作で搭載したい場合などにも殻割りのメリットはあると言える。
CPU温度だけでなく消費電力も低下している点にも注目したい。CPU温度が下がった影響でリーク電流が減り、要求電圧が下がったことが最大の要因だが、同じVcoreでテストしても消費電力は確実に下がっていた(5.1GHz@1.335Vで170W前後を確認)。
消費電力の低減は高クロック域になればなるほど顕著に見られ、5.1GHz時においては約20Wほど低下しているのには驚きだ。殻割り前は1.2V前後に消費電力が急に増加し始めるポイントがあったが、殻割り後は増加のステップが緩やかになっている点も印象的だ。
OCCTやPrime 95を実行すると、このグラフからCPU温度が20～30℃プラスされることを考えたとしても、殻割りによって5GHzでの常用が現実的になったように思える。高耐性の当たりCPUならば殻割りなしで5.0GHz常用が達成可能な個体も存在するが、このデータを見る限りでは平均的な耐性のCPUで5GHz常用を目指す場合に殻割りは必須と言える。
OCでの性能向上をチェック
OC時の挙動を理解したところで、次に性能がどれだけ向上するのかを見てみよう。
検証はCINEBENCH R15と、TMPGEnc Video Mastering Works 6 ver6.1.5.26によるH.265形式へのエンコードで行なう。エンコードの設定は、前回執筆したBroadwell-EのOCガイドと同じで(「清水貴裕プロが教えます! Broadwell-Eのオーバークロックテク」を参照)、容量520MBのMOVファイルをH.265形式のMP4動画に変換する際に掛かる時間を計測した。
多くのユーザーが常用OCの目標値とする5GHzまでOCすることで、CINEBENCH R15のマルチスレッドテストのスコアは定格から約12％向上。シングルスレッドテストのスコアは、定格時に4.5GHzまでブーストするからか少し低めの10％の向上に留まっている。
エンコードでもOCの効果は見られ、4.7GHz時に約5％高速化して7分17秒、5.0GHz時には約11％高速化して6分52秒までエンコード時間が短縮された。長時間のエンコードを行なう場合には5.0GHzまでOCすれば1割ほど作業時間を短縮可能となるので、消費電力と相談しつつ検討する価値はあるだろう。
5.0GHz常用を目指すための設定術
5.0GHzでの常用は、多くのユーザーが目指すであろうラインだ。ここでは、5.0GHz常用を目指すにあたっての設定方法などを解説したい。定性確認のための負荷テストにOCCTやPrime 95を1時間パスできることを常用成功の条件とする。
まず、肝心のCPUに関してだが、殻割りを行なって内部の熱伝導材を液体金属グリスにすることが絶対条件だ。一部の超当たりCPUでもない限り、OCCTやPrime 95を実行するとオーバーヒートしてしまうのがその理由だ。
次に設定項目を確認していきたい。安定性を大きく左右するのが、動作電圧モードの設定で、SkylakeやKaby LakeではTurbo Boost時を超えるクロックで動作する時にのみ昇圧されるAdaptive電圧よりも、常に一定の電圧が掛かるOverride電圧に設定した方が安定する傾向がある。
Adaptive電圧は、CPUに電圧レギュレータを内蔵するHaswell世代で実装された機能ゆえに、電圧レギュレータをマザーボード側に搭載するSkylakeやKaby Lake世代では動作が安定しない場合が多く、要求電圧も高くなる傾向がある。そのため、Adaptive電圧の設定項目を実装していないマザーボードベンダーもあるほどだ。
Override電圧を使う際には、同時にクロックも最大クロックで固定になるように省電力機能のC-STATEをUEFI上から無効にすると安定性が向上するので試してみて欲しい。その際は、Windows上の電源設定をハイパフォーマンスにすることも忘れずにしたい。そうすれば、電圧とクロックの変動がなくなるので高負荷時の安定性が大幅に向上するからだ。
また、常に最大クロックで動作することで、ベンチマークや実使用時の性能が安定するというメリットもある。ベンチマークのスコアを安定させたい場合だけでなく、エンコードやゲームをする場合にも有効な手段と言える。
5.0GHz常用をこなせるCPUクーラーとは?
最後に、5GHz常用するにあたってどの程度のCPUクーラーが必要なのかを検証してみた。使用したのはサイズの定番サイドフロークーラーの「虎徹」と、CORSAIRの大型簡易水冷クーラーの「H115i」だ。
CPU電圧を1.4Vに固定し、OCCTのCPU LINPACKをAVX命令有効で1時間実行した際のCPU温度を取得した。室温は26℃で、マザーボード側のファン制御設定はStandard Modeとした。
虎徹を使用した際のCPU温度は82℃まで上昇した。この時のCPU電圧はUEFI上で1.4Vに設定している。少し高めの電圧設定だが、殻割を行なえば十分冷やせるようだ。
CPUクーラーを280mmラジエータ搭載のH115iに換装すると、OCCT実行中のCPU温度は70℃まで低下。まだまだ低電圧化の余裕がありそうなので、CPU電圧を下げてみることにした。
徐々に電圧を下げて行くと、最終的にUEFI設定で1.345VまでCPU電圧を下げることに成功した。この時のOCCT実行中のCPU温度は最大で66℃と、1.4V時から4℃低下している。ちなみにだが、この電圧設定を虎徹で再度試したが、3分前後でエラーが出てしまい完走することはできなかった。CPU温度が低下することで、より低電圧での動作が可能になるようだ。
両者ともに5.0GHzをパスできたが、今回のCPUでさらに上を目指すとなると5GHz時で既にCPU温度が80℃を超えてしまう虎徹では厳しいと思われる。5.1～5.2GHzでの負荷テストのパスを目指すとなると、昇圧してもCPUを冷やし切れる大型の空冷クーラーや簡易水冷クーラーが必須になるだろう。
Core i3-7350Kの挙動はいかに?
2月11日に発売された「Core i3-7350K」が、Core i3初の倍率アンロックモデルとして注目を集めたのは記憶に新しい。
定格動作クロックが4.2GHzと高いことからOC耐性の高さを匂わせる同製品だが、実際の挙動はどうなのかは気になるところ。Core i7-7700Kをテストしたのと同じ手法でチェックしてみた。
今回試した個体がCINEBENCH R15のマルチスレッドテストを完走できたのは5.1GHzまでで、5.2GHzは1.5Vまで昇圧しても完走することができなかった。1.45Vに設定するとベンチマークは少し走るものの、CPU温度が90℃を超えてしまい途中で画面がフリーズしてしまう。
消費電力値に注目すると、4.9GHzまでは4W前後で上昇しているが、5.0GHzに上げる際には8.5W、5.1GHzに上げる際には13.4Wまで上昇していることが見てとれる。筆者の経験からいうと、発熱や消費電力が増えるラインから常用設定を作る難易度が上がる傾向にあるので、今回の個体は4.9GHz前後に常用限界がありそうだ。
CINEBENCH R15のスコアはマルチスレッドテストでは同クロックのCore i7-7700Kの半分ほどのスコアを記録。シングルスレッドテストでは、Core i7-7700K比で95％前後に収まっている。
マルチスレッド性能はコア数が半分なので妥当なスコアだが、シングルスレッド性能は少し低い印象だ。おそらくだが、Core i7-7700K比で、リングバスクロックが300MHz低い3.9GHzな点と、L3キャッシュの容量が4MBと半分な点がスコアに影響していると思われる。
試しに4.2GHzにリングバスクロックを上げてみた所、4.7GHz時のスコアが193cbから201cbまで上昇した。リングバスのクロックを上げることで、シングルスレッド性能を底上げできるので試してみる価値はあるだろう。ただ、同クロックでCore i7-7700Kは205cbを記録しているので、L3キャッシュ分の差は埋められないようだ。
次に、Core i7-7700Kの検証で取得したデータと合わせたグラフを見て行こう。コア数などのスペックが違う上に、CPUの個体差もあるため参考程度にしかならないが、Core i3-7350Kのアドバンテージが見えてくるかもしれない。
5GHz時の消費電力値は103.4Wと、コア数が半分なだけありCore i7-7700Kよりも58.5Wも低い。近いシングルスレッド性能を発揮しつつも消費電力値は3割以上低いので、シングルスレッド性能当たりのワットパフォーマンスはかなり高いと言える。
発熱の面で見ると、定格時で18℃の差、5GHz時で12℃の差を記録しているだけでなく、全域でCore i7-7700Kよりも低い温度を記録している。今回試した個体は、殻割りを行なわなくても5.0GHzでの負荷テストをクリアできそうな手応えがある。
この検証結果を見るに、ハイエンドクーラーでなくとも5GHz動作を達成できそうなので、シングルスレッド性能が必要な用途の場合はCore i7-7700Kよりもコストの面で有利な製品となりそうだ。また、搭載できるクーラーのサイズに制限がある小型のケースに組み込みたい場合にも温度の低さが活きてくるだろう。
初心者から上級者まで楽しめるKaby Lake
X99プラットフォームのような複雑な電圧設定項目がないZ270プラットフォームは、CPU電圧やCPU倍率のみのシンプルな設定でOCが可能なので難易度はそこまで高くない。
ベンチマークでハイスコアを狙ったり、5.1～5.2GHzでの安定常用を目指すとなると細かい電圧の調整が必要になってくるものの、5.0GHzまでならばパーツ選びさえ間違わなければ初心者でも十分に狙える範囲だ。
Skylakeから200～300MHzもOC耐性が向上していることに加えて、Skylake世代のZ170マザーボードや設定の知識がそのまま使えるので、5GHz超えでの安定常用を目指したい中級者から上級者にとっても魅力的なCPUだと思う。
定格では殻割りのメリットは少ないが、OCする場合は発熱を大幅に低減可能なので殻割りを検討する価値は大いにあるだろう。最近はRockit 88のような安全な専用ツールも販売されているので、昔よりはハードルは大幅に低くなっている。
殻割り前は、CPU内部の熱伝導材がボトルネックになってハイエンドCPUクーラーが性能を発揮できない場合があるが、殻割り後はCPUクーラーの性能が結果を左右するようになるので、大型のサイドフロータイプや、240mm以上のラジエータを搭載する簡易水冷クーラーを選ぶと良い結果が得られるだろう。
マザーボードとCPUクーラー選びさえ失敗しなければ5.0GHz常用はそれほど難しくないので、今回の記事を参考にしながらOCを楽しんでいただければ嬉しい。