特集
Haswellオーバークロックガイド【後編】
（2013/7/29 00:00）
Haswellオーバークロックガイド【前編】では、Haswellの電圧および動作クロックの仕組みについて解説した。本記事ではその知識を元に、実際にCPUにCore i7-4770K、マザーボードにASRock「Z87 OC Formula」、冷却ポッドにREEVENの「Extreme Cooling Cup」を使用した、ドライアイスによるオーバークロックを紹介する。
なお、繰り返しとなるが、本記事で紹介するオーバークロック行為はメーカーの保証外となるため、本記事を読んでオーバークロックをし、CPUやマザーボード、メモリなどが壊れてもPC Watchでは責任を負えないため、その点あらかじめご了承頂きたい。
防水加工の「Z87 OC Formula」
まず、使用機材について紹介する。今回はマザーボードにASRockよりお借りした「Z87 OC Formula」を使用した。
同マザーボードの最大の特徴は、「防水加工」がされている点。マザーボードをじっくり眺めると分かるが、表面には光沢のあるコーティングが、ソケットなどの接点やスイッチを除く全体に施されている。
今回のようにCPUを0℃以下の“極冷”でオーバークロックを施す場合、空気中の水分が結露し、これが端子を短絡させ、マザーボードやCPUを壊す原因となり得る。そのため、極冷でオーバークロックに挑む場合、水分を吸収するキッチンペーパーやティッシュ、タオルなどでマザーボードを厳重に養生するのが一般的だ。
そこでZ87 OC Formulaはオンボードチップやコンデンサ、コイルなどの端子をあらかじめコーティングすることで、結露しても水分が端子に直接触れる可能性を低減している。
ただ先述の通りCPUソケットやメモリスロット、PCI Expressスロットなどにはコーティングを施せないため、その付近は養生しておいたほうが良い。また、VRM部もできれば冷却ポッドの冷却された空気が直接伝わらないよう、キッチンペーパー程度は敷いておいたほうが良い。
今回はCPUソケットとVRM部およびメモリスロットの間のみ、キッチンペーパーを挟むことで対応した。最終的に言えば、CPUソケット周辺は雪のように霜が付いたが問題なく動作した。それでも後片付けが大変なため、できればCPUコアだけが露出するよう、ソケット全体を養生したほうが良いだろう。
意外と盲点なのはCPUソケット背面で、ここも冷却されるため霜が付きやすい。コンデンサも並んでいるため、Z87 OC Fomulaではない場合、厳重な養生をおすすめする。これまでの経験からすれば、マザーボードは結露しても普通に動くことが多い。結露した水は水道水よりも不純物が少ないため抵抗が高いからかもしれない。ただ結露した場合、使用後に再使用まで、しっかり乾かさなければならない。養生は結露対策というより、後始末を簡易化するためだと思ってやったほうがいいだろう。
一方機能面でZ77 OC Formulaから進化した点は、ボード上でオーバークロック操作ができるハードウェアボタンと、Status OLED、独立したサウンド回路「Purity Sound」、そしてピンのはみ出しが少ないメモリスロットなど。
メモリスロットの手前には、4つあるPCI Express x16スロットをそれぞれ無効にできるディップスイッチと、液体窒素利用時にコールドバグを軽減する「LN2 MODE」スイッチ、そしてCPUを最低クロックで動作させる「SLOW MODE」スイッチを備えている。
そのほかの特徴は、おおむね前モデルとなるZ77 OC Formulaから受け継いでいる。また、一部設計思想は以前に紹介した「Z87M OC Formula」とほぼ同等だ。そちらの記事も参考にされたい。
なお、Z87 OC Formulaは一見ATXマザーボードだが、実際のサイズはATXよりもわずかに大きいSSI-CEBボードである。そのため一部のATXケースには収まらないかもしれないので、常用する際はケース選びに注意されたい。
UEFIやユーティリティでの設定項目
Z87 OC Formulaはオーバークロック競技用のマザーボードだけあって、UEFIの設定項目は非常に多岐に渡る。今回はドライアイスを使用した簡易極冷なので、前編でおさらいした電圧とクロック設定を中心に見ていく。そのほかの項目については、よほど設定を突き詰めない限りAutoのままで十分なオーバークロック性能が得られるよう、チューニングされている。
まずCPUのコア電圧(VCORE)は、「CPU Voltage Mode」で選択するようになっている。「Auto」は基本的にVIDに則った動作をするが、「Adaptive」はオーバークロック域で設定した電圧まで引き上げるモード、「Override」はその下の項目で設定される電圧を常にキープする。さらにその下の項目「CPU Voltage Offset」は、VIDに対してオフセット値を指定するモード。例えばVIDが1.1Vで、オフセットに+0.05Vが設定されていれば、1.15Vとなる。
オーバークロックする際に多用する項目なので、覚えておくといいだろう。今回は実験用の極冷環境で、このまま常用するわけではないため、Overrideモードを使用する。
リングバスの電圧(VRING)は、Z87 OC Formulaでは同時に束ねられているキャッシュ電圧として表現するようである。「CPU Cache Voltage Mode」、「CPU Cache Adaptive Voltage」、「CPU Cache Voltage Offset」がそれで、AUTOと合わせて、VCOREと同様4種類のモードがあることが分かる。
ただ現段階では、Windows上のユーティリティ「Formula Drive」からリングバスのクロック倍率を変更できず、もう1つのユーティリティ「Rapid OC」のみで倍率の変更が可能である。リングバスとキャッシュはもちろん高速であるに越したことはないのだが、CPUコアの演算性能が求められるようなベンチマークでは、これを変更しても大きなスコアアップは期待できない。また、発熱量も増えるため、オーバークロックはほどほどにしておいたほうが良さそうである。
「System Agent Voltage Offset」、「CPU Analog IO Voltage Offset」、「CPU Digital IO Voltage Offset」はそれぞれ「VSA」、「VIOA」、「VIOD」である。基本的に変更する必要はないそうだが、メモリをオーバークロックする場合には、VIOA、VIODに少しだけプラスのオフセット値を指定しておくと良い。
今回は外部ビデオカードを接続したため選択肢が現れていないが、CPU内蔵ビデオ機能をオンにしたときは、「GT Voltage Mode」、「GT Adaptive Voltage」、「GT Voltage Offset」も現れ、「VGT」も変更できるようになっている。
まとめると、新たに加わったAdaptiveモードを含む、Override/Offset電圧が利用できるのはVCORE/VRING/VGTで、VSA/VIOA/VIODはオフセット電圧のみを設定できる。このあたりは仕様通りである。極冷では主にOverrideで使うことになるだろう。
上記以外に注目したいのは「CPU Input Voltage」で、これが内蔵電圧レギュレータに供給される電圧である。前編ですでに触れているが、CPUコアをオーバークロックする場合、常に+0.4V以上の余裕を持たせておいたほうが良い。
また、このほかPWMスイッチング周波数や内蔵電圧レギュレータのモード、2.3V以上の設定を可能にする「Extreme Voltage」など、とにかくたくさんの設定項目があるのだが、ドライアイスでオーバークロックする分にはそれほど大きな影響にはならないので、デフォルト設定のままで問題はない。
当然ながら、この説明はZ87 OC Formula向けのもので、マザーボードのモデルによっては同様の表記がなされるとは限らないし、存在しない項目、逆に多い項目もあるだろうが、Intel Z87 Express搭載マザーボードでさほど大きな差は生まれないと思うので、前編の知識と合わせて押さえておきたい。
そのほかの下準備
机上の知識はこれぐらいにして、実際の準備に移る。まずはドライアイスが必要だが、最も簡単な方法はインターネットで注文することだ。サーチエンジンで「ドライアイス 販売」などと検索すれば、すぐに注文できることが分かるだろう。10kgで3,000円台半ばから購入できるが、ドライアイスという製品の性質上、届いたらすぐに使わないと溶けてしまうので、あらかじめオーバークロックする日付を決めておいて日時指定で宅配を選択しておく。
ドライアイスをそのまま冷却ポッドに入れても良いが、それではドライアイスと冷却ポッドの間に大きな隙間が開いてしまい、熱伝導率が低い空気を挟むため十分な冷却効果が得られない。そこで-80℃程度まで液体状態を保持できる無水エタノールを利用し、効率改善を図る。水だと0℃で氷になってしまう上、もしこぼれた際に電気を通してしまい、CPUやマザーボードを破損する可能性があるからだ。大きめのチェーン系薬局なら、1,000円程度で手に入るだろう。
今回使用するExtreme Cooling Cupは、バックプレートや熱伸縮が少ない棒状のリテンションが付属するフルキットで、あたかもCPUクーラーのように取り付けることができるため、自作ユーザーであればそれほど苦労することはないだろう。ただグリスは-80℃の環境では固化してしまうので、通常時よりも若干多めに塗ったほうが良い。
著名なオーバークロックDuck氏によれば、Haswell程度の発熱のCPUなら、もはやリテンションを使わずに冷却ポッドを載せるだけでも問題ないとのことだが(実際に先日のオーバークロックパフォーマンスでは、載せるだけで対処した)、手がぶつかって倒れるなど不慮の事故を防止するためにも、しっかりリテンションを締めたほうが良い。
マザーボードを机の上に設置する場合、背面の絶縁をしっかりしておこう。今回はZ87 OC Formula付属の簡易スタンドピンで空間を設けることで設置した。これならば、ブラケット部がマザーボードから底面にはみ出すビデオカードも装着できる。
また、CPU付近には、気体となったドライアイスを逃がすために、扇風機やファンを設置することをおすすめする。気体となったドライアイス(二酸化炭素)は通常の空気より重いため、マザーボード上に降りるとマザーボードを冷やしてしまい、せっかく養生した部分も結露しやすくなるからである。
当然ながら、ドライアイスを扱う際は凍傷にならないよう、軍手のような厚手の手袋をする。また、二酸化炭素中毒にも注意する必要があり、クーラーをつけていても必ず窓を開けて換気をよくすることが重要である。
さて、いよいよ電源をONにしてオーバークロックを開始する。まずはドライアイスを入れずに電源を投入し、冷却ポッドを50℃程度まで温めて、グリスの回りを良くする。それから再度リテンションをきつく締め、無水エタノールをポッドの約3割まで入れる。無水エタノールを満水にしてしまうと、ドライアイスを入れる時に撥ねる恐れがあるほか、投入後もドライアイスが瞬時に気体に変わる、つまり勢い良く沸騰する状態になるため、危険である。
準備ができたら、いよいよドライアイスを投入する。まずは負荷やオーバークロックをせずに、温度が低下するのをじっくり観察する。今回外付けの温度計を用意していないが、Z87 OC Formulaでは-5℃までUEFIで監視できるので、少なくともそれ以下になった時点でオーバークロックをしよう。それ以下になると、ユーティリティ上などからは238℃などとなっている可能性はあるが、実際にその温度だったらもう既に壊れているので、気にしないで良い。
さてここまできて、本企画でそもそもなぜ液体窒素ではなく、ドライアイスなのかということに疑問を持たれる読者も少なくないだろう。
ドライアイスが液体窒素より入手しやすいことも理由の1つだが、液体窒素を保存するためには専用のデュワー瓶を用意する必要があるからであり、このデュワー瓶が入手しにくいのも、手が出しにくい理由の1つである。
また、Haswellには一定温度以下になると起動しなかったり、ベンチマークスコアが低下したりする「コールドバグ」があり、液体窒素でキンキンに冷やせば良いわけでもなく、コールドバグに当たらないような温度(-140℃～-100℃程度だと言われている)範囲で温度管理する必要がある。これもプロのオーバークロッカーのテクニックの1つで、液体窒素を入れる量やタイミングなどを把握しなければならず、別途温度計の購入も必要になる。つまり、ドライアイスであれば-80℃程度であり、その管理をする必要がなく、初心者には向いているので、今回チョイスしたわけだ。
筆者の個体は5.4GHzが限界
今回はクロックに上限を設けず、コア電圧を1.6Vまでと定めて、徐々に電圧とクロックを上げることにした。極冷オーバークロックではクロックを欲張らず、自分の中でコア電圧を定めてオーバークロックすることが肝心である。高価なCPUを壊してしまっては元も子もないからだ。
ドライアイス環境では-0℃以下ということもあり、温度を気にせず、空冷で無理な電圧やクロックをどんどん試せるのが最大のメリットである。また、空冷ではオーバークロックのボトルネックにとなるヒートスプレッダとCPUコアの間の「グリス」も、-0℃以下の環境ではその影響をほぼ無視できる。そもそも、この環境ではドライアイスの冷却力がHaswellの発熱よりも圧倒的だからだ。オーバークロッカーのDuck氏も、極冷環境ではグリスを特に問題視していないという。
例えば筆者も、“殻割り”を行なわずに、最初から1.3V/4.5GHzをUEFIで設定し、これを基準でWindows上からオーバークロックをしていった。今回は、CPUで3Dレンダリングを行ない性能を測定する「CINEBENCH R11.5」が走るクロック、円周率計算プログラム「Hyper PI」の100万桁計算がクリアできるクロックを試した。
まずはHyper PIから。5.1GHz程度までは、コア電圧が1.4V台でもベンチマークは通るのだが、5.2GHzからはコア電圧を1.55Vまで引き上げても通らなくなった。どうやらここに1つの壁があるようだと、ASRockの開発者、Nick Shih氏に問い合わせたところ、CPU Input Voltage(VCCIN)を1.9V以上に上げるようアドバイスされた。そこで2Vに設定したところ、1.58Vで5.4GHzを実現し、Hyper PIで6.801secを記録した。これ以上は、1.6Vに設定しても5.5GHzに設定した途端落ちたので、1つの妥協点とした。
一方CINEBENCH R11.5は、長時間CPUに全コア負荷がかかることもあり、ベンチマークをクリアできる上限が低く、5.1GHzが限界だった。テストした日は湿度が高く雨が降るような天気だったため、養生をしっかりしなかったツケが回ってくる。とは言え定格3.5GHzのCPUが5.1GHzで回り、スコア11.07を記録したインパクトは、決して低くないだろう。
夏休みの実験にはもってこい
というわけで、簡単にHaswellのコアオーバークロック実験を行なってみた。確かに空冷環境でHaswellはそれほどコアクロックが伸びないかもしれないが、今回試していないベースクロックのオーバークロック、メモリのオーバークロックは、空冷で十分に遊べるだけのマージンはある。システム全体の性能が上がるため、興味のある読者はこちらもいじってみてはどうだろうか。
世の中的には「どうしてオーバークロックをするのか」、理解できない人も多くいるだろう。ましてドライアイスでのオーバークロックはそれで常用できないので、PCを普段使う分には関係ない。しかし「どうして人はより速く泳いだり走ったりするのを目指すのか」と同様、スポーツ競技だと思えば良い。普段の生活で速く走ったり泳いだりする必要はないが、それを目指す人もいる。つまりはそういうことだ。
今回紹介したオーバークロック機材やドライアイス、無水エタノールは、すべて市販されており、手軽に入手できる。既にKシリーズCPUやIntel Z87 Express搭載マザーボードを購入されたユーザーは、自己責任になるが暑い夏休みの実験として、冷たいドライアイスでチャレンジをしてみてはいかがだろうか。
また余談だが、ASRockは同社製マザーボードを使用し、HWBOTでオーバークロックを競う「ASRock Series OC Competition」を、9月2日まで実施している。ASRockのマザーボードという制限がつくものの(OC Formulaシリーズでなくても良い)、トップには2,600～3,100ドル相当の賞品が当たるほか、世界記録を破った場合は1,000ドルの賞金もあるという。腕に自信があるユーザーは、挑戦してみると良いだろう。