スピードマニアの皆さん、ご注意ください。Intel の新しい Haswell プロセッサのロック解除版を大金で購入したのに、まだ PC をオーバークロックしていない場合は、本格的な (そして無料の) パフォーマンス向上の機会を逃しています。
先月、私は 1,000 ドルを費やして、Core i7-4770K、高速ソリッド ステート ドライブ、8GB の RAM、および独立したグラフィック カードを搭載した高速マシンである究極の Haswell PC を組み立てました。
ゲームパフォーマンスは主な目的ではなかったので、予算の大部分を高性能プロセッサとSSDに投資しました。高速なCPUとSSDの組み合わせは、特にWindows 8のような洗練されたオペレーティングシステムと組み合わせると、全体的に最もスムーズなコンピューティング体験を提供します。
しかし、プレミアム Haswell プロセッサを購入したもっと良い理由は、オーバークロックです。
もちろん、もっと安いCPUを選んで、その浮いたお金でもっと強力なGPUを搭載すれば、Haswell搭載の新マシンを組む費用をいくらか節約できたでしょう。しかし、最上位機種のCore i7-4770Kを選んだのは、いくつかの理由から理想的だと思いました。Core i7-4770Kは、Intelがこれまでにリリースした中で最速のクアッドコアプロセッサであるだけでなく、「K」の指定はチップがロック解除されていることを意味するため、より簡単かつ柔軟にオーバークロックできます。私が書いた最初の記事では、予算の制約で標準の冷却システムしか使わなかったため、オーバークロックは行っていません。しかし、少し調整するだけで何ができるかを確認するために、その後マシンをアップグレードするのを止めることはできませんでした。
オーバークロックのプロセスはシンプルで安全、そしてやりがいのあるものでした。以下の手順でHaswell CPUをオーバークロックすれば、PCパフォーマンステストで15～25%の向上を簡単に達成できます。
ここは暑くなってきました
まず、オーバークロックの危険性について簡単に背景を説明します。デスクトッププロセッサの動向に詳しい方なら、Intelの第3世代Ivy Bridgeプロセッサのオーバークロック時に発生した熱問題に関する記事を読んだことがあるかもしれません。熱心な愛好家たちはすぐにチップのオーバークロックを開始し、特定のオーバークロック条件下では、プロセッサが前世代のSandy Bridgeベースの製品よりも大幅に高温になることに気づきました。
Ivy Bridge チップが熱くなった原因は 2 つあります。1 つ目は、チップの製造に使用された 22nm トライゲート トランジスタが、Ivy Bridge ではより狭い領域に高密度に詰め込まれたため、チップの熱密度が上昇したことです。2 つ目は、Intel が Sandy Bridge プロセッサのダイに統合ヒート スプレッダ (IHS) を接着するために使用されていたフラックスレスはんだを、性能の低いペースト状の熱伝導材料に置き換えたことです。熱密度の上昇と質の低い TIM の組み合わせにより、オーバークロックした Ivy Bridge チップは急速に熱くなります。チップは依然として高度なオーバークロックが可能でしたが、負荷がかかったときに温度がより急激に急上昇するため、特別な予防措置を講じる必要がありました。
残念ながら、Haswellチップも同様の熱問題を抱えています。これらのチップは同様の22nmトライゲートプロセスで製造されており、ヒートスプレッダーの下にも同じサーマルペーストが使用されています。そのため、オーバークロック中はHaswell CPUを積極的に冷却し、安定性を維持し、最高のパフォーマンスを確保する必要があります。
冷却の難問
アンロック済みのHaswell CPUのオーバークロックは、どんなクーラーを使っても技術的には可能ですが、オーバークロックの度合いが大きければ大きいほど、CPUクーラーの性能も高くなければなりません。これはどのプロセッサにも言えることですが、今回は新品のCPUの話なので、改めて念を押しておきますが、高品質なクーラーを使用してください。クーラーは大きくて高性能であればあるほど良いのです。
Haswellベースのプロセッサの限界を本気で押し上げたい場合（電圧を1.25V程度以上、クロック速度を5GHzに近づけたい場合）、水冷式やより特殊な冷却方法を強くお勧めします。ただし、ハイエンドの空冷式クーラーを使用すれば、十分に楽しめます。オーバークロック実験の一環として、Noctuaの巨大な空冷式クーラー「NH-U14S」を使用しました。Intelの標準クーラーをはるかに凌駕するサイズです。
Noctua NH-U14Sは大型で、約15cm×10cm、140mm冷却ファン1基を搭載した状態でも重量は3ポンド弱です。ヒートシンクは銅製のベースと複数の銅製ヒートパイプで構成され、高密度に配列された大型のアルミニウム製冷却フィンに接続されています。ヒートシンクの接合部はすべてはんだ付けされており、全体がニッケルメッキされ、鏡面仕上げになっています。質量が大きく表面積が広いため、Noctua NH-U14SはIntelの純正クーラーよりもはるかに多くの熱を放散でき、最終的には動作温度の低下とオーバークロック速度の向上につながります。
Haswellオーバークロック101
新しいHaswell CPUのオーバークロック手順は、旧世代のIntelプロセッサのオーバークロックとほぼ同じです。ただし、Haswellでオーバークロックを計画している場合は、「K」の付いたCPU（今回使用したCore i7-4770Kなど）を使用する必要があります。K以外のSKUでは、Intelがこの世代のプロセッサに組み込んだハードウェアロック（残念！）のため、オーバークロックの可能性が非常に限られています。
CPUをオーバークロックするには、CPUの乗数を上げるか、ベースクロック（BCKL）周波数を上げるという2つの方法があります。例えば、Core i7-4770Kのベースクロック速度3.5GHzは、乗数を35、BCLKを100MHzにすることで実現できます。つまり、35 x 100MHz = 3500MHz、つまり3.5GHzです。
Core i7-4770Kの最大クロック3.9GHzは、39倍の乗数と100MHzのベースクロック（BCLK）で実現されています。乗数またはBCLKのどちらかを上げると、プロセッサのクロック速度も最終的に上がります。K-SKUはロック解除されているため、乗数を自由に変更し、BCLKを100MHz、125MHz、167MHz、250MHzの異なる比率（ストラップ）に設定できます。さらに、オーバークロッカー向けのマザーボード（私のGigabyte Z87-UD3Hなど）を使用している限り、実際のBCLKも微調整できます。
残念ながら、IntelのHaswellチップは、以前のチップと同様に、BCLK調整機能が限られています。プロセッサの周波数を微調整するために、特定のストラップの上下に数MHzだけBCLKを調整することができます。4MHzや5MHzを超えるBCLK調整は非常にまれです。
また、パフォーマンスの他の側面を調整したい場合は、メモリとアンコア速度、さらにはiGPU周波数の乗数を変更することもできます。ここではCPUパフォーマンスのみに焦点を当てます。
電圧と温度について
プロセッサは一定の電圧を必要とし、一定の周波数で安定動作するために一定の温度範囲内で動作する必要があります。より高い周波数に到達するには、プロセッサはより高い電圧を必要とする場合があります。さらに、プロセッサの電圧を上げると消費電力と発熱量が増加し、追加の冷却が必要になります。
簡単に言えば、オーバークロックとは、電圧を変更し、温度を管理して、より高い周波数で安定性を維持することです。
さて、具体的な数値を見てみましょう。先ほど述べたNoctuaクーラーを使用し、標準構成でシステムを動作させた場合、Core i7-4770Kのアイドル時の平均温度は約32℃でした。低速時には、IntelのSpeedStepテクノロジーによる周波数と電圧の動的スロットリングにより、チップは800MHzで動作し、電圧は0.7Vでした。全コアが最大速度で動作し、ターボで3.7GHzまで駆動するフルロード状態では、チップには1.076Vが供給されていました。そして、Core i7-4770Kのピークターボ速度である3.9GHzで、1つのコアのみがロードされた状態では、電圧は1.104Vに達しました。「最も熱い」コアの負荷温度は、約68℃まで上昇しました。
これらの数値は特定の設定に固有のものであることにご注意ください。周囲温度、マザーボード、電源、その他の変数の違いにより、データは変化します。私はReal TempとCPU-Zという2つの無料プログラムを使用して、PCの温度と電圧をリアルタイムで監視しました。Real Tempは各コアの温度を報告し、CPU-Zは電圧、乗数、周波数、その他多数のデータを表示します。
プロセッサのオーバークロックを試みる前に、これらのツールを使用してPCをテストし、ベースラインの電圧と温度を確認してください。ベースライン情報は、追加またはより強力な冷却が必要かどうか、そしてどの程度の電圧を追加しても安全かを判断するのに役立ちます。一般的に、プロセッサは 温度が低い場合、（常識の範囲内で）標準電圧よりも高い電圧でも安全に動作できます。また、電圧が低い場合は、通常よりも高い温度でも安全に動作できます。しかし、電圧と温度の両方が異常に高い場合は、チップが損傷する可能性があります。
特殊な冷却装置は使っていないので、負荷がかかった状態でチップがどれだけ冷却されるかを考えると、プロセッサのピーク電圧を約10%上げるのは安全な選択と言えるでしょう。システムを標準速度で動作させたときに観測した最高電圧は1.104Vでした。これを10%上げると1.214Vになります。
チップの電圧と乗算器を調整する
ビルドに使用したGigabyte製マザーボードには、オーバークロックツールが満載のBIOS/UEFIが搭載されていたので、BIOSに入り、プロセッサの電圧を1.21Vに上げました。その後、BIOSを開いたまま、各コアの最大乗数を39から42に変更しました。これにより、4つのコアすべてでピークターボ周波数が4.2GHz（42 x 100MHz BCLK = 4200MHz）になりました。
変更を保存した後、Windowsを起動し、プロセッサに負荷をかけるベンチマークとユーティリティを組み合わせて安定性をテストしました。具体的には、CinebenchとPCMark 7を使用しました。システムがCinebench R11.5のマルチスレッドテストをクラッシュすることなく連続して実行でき、PC Mark 7が5回連続で正常に実行できれば、システムは安定していると判断できます。4.2GHzでも、私のPCは問題なく動作しました。すべてが完璧に動作し、Real Tempによると最も熱いCPUコアの温度は73℃を超えることはありませんでした。
4.2GHzの速度が出たところで、プロセッサの乗数を徐々に上げていき、ついにはシステムが安定しなくなりました。4.8GHz（ピーク乗数48）では、プロセッサコアの温度が82℃を超えることはなかったものの、PCは複数のCinebenchテストを安定して完了することができませんでした。もっと特殊な冷却システムを使っていたら、システムを安定させるために電圧を上げることもできたでしょうが、私は乗数を少し下げるだけで済みました。4.7GHz（乗数47）では、システムは再び完全に安定し、速度も大幅に向上しました。
最高のパフォーマンスの証明
すべての調整が完了した後、Haswellベースのシステムをオーバークロックすることでどれだけパフォーマンスが向上するかを確認するため、いくつかのベンチマークを実行しました。標準構成で動作させた場合、システムはマルチスレッドCinebench R11.5で8.09というスコアを記録しました。マルチスレッドPOV-Rayベンチマークでは、1544.13pps（ピクセル/秒）を記録しました。また、低解像度（1024 x 768）の低品質Crysisベンチマークでは、237.16fps（フレーム/秒）を記録しました。しかし、システムのCore i7-4770Kを4.7GHzにオーバークロックすると、パフォーマンスは劇的に向上しました。
オーバークロック中、このPCのマルチスレッドCinebench R11.5スコアは10.26まで急上昇し、27%以上の向上を記録しました。POV-Rayのパフォーマンスは1959.65pps（26.9%増）に向上し、Crysisではフレームレートが270.12fps（13.9%増）にまで向上しました。
これらはパフォーマンスの優れた改善であり、努力する気があれば、実質的に無料でこれらを実現できます。もちろん、システムに十分な冷却機能が備わっていることが条件です。
