2019年11月16日土曜日

Noctuaの空冷クーラーNH-D15でRyzen 7 3700Xを冷やそう Windows10の高速スタートアップは無効に

右のファンは「メモリが干渉するから少し位置を高くせざるを得ない」ものだと思っていましたが、
どうやら真ん中のファンが低すぎるようです。

右のファンの位置に合わせて真ん中も調整するのが正解っぽい。
放熱フィンに対して最大風量を当てることができる。



ファンの高さを合わせました。
できるだけ一直線になるように背面ファン(左の白いの)も調整しました。

これってどうなんだろうね??
ファンをできるだけ下げて(CPUに近づけて)ヒートパイプ寄りに風を当てたほうがいいのかな?

調整後…



たぶんこれでいいはず。
ファンの位置を下げるとVRM付近にも風の流れが発生して効果的に冷却できるらしい。
右側のファンはもともと補助的なもので大して重要ではないようだね。

フィンの底部から「はみ出た」ファンによってかなりの量の空気がVRMへ流れる。
CPUだけでなくマザーボードのコンポーネントとヒートシンクを効果的に冷却できる。
VRMの温度が低下し、CPUへの電力供給が改善されるというもの。


外観だけ立派で熱設計の悪いヒートシンクが使用されているマザーが少なくないらしい;;
3700Xはまだいいかもしれませんが、Ryzen 9 3900Xあたりになると………
MSIのミドルレンジ以下のX570はVRM温度が極端に高くなるという報告が目立ち、
「熱設計を誤っている」といわれても仕方がないのかもしれません。

それでX570はマザーボードの品質の差がもろに出てくる…と…。
ただの中二病的な装飾に見える部分が、温度を下げるために欠かせないヒートシンクだったとはねww
よ~く見てみたけど……やっぱり高いマザーはヒートシンクのつくりが違うな…
ヒートパイプを省かれてしまっているのも非常に痛い。


「比熱」「熱容量」「熱伝導率」などの概念が混乱している記事が見受けられるね。
アルミニウムは比熱は大きいけど密度が小さい。
銅は比熱は小さいけど密度が大きい。
「デュロン・プティの法則」というものがあって、固体の原子の数を一定にすると比熱容量はほぼ同じになる。

ところが「銅はアルミより熱しやすく冷めやすい性質がある」という先入観があると、
「比熱の大きいアルミはヒートシンクの素材には適さない」と誤解する。

アルミの比熱は大きいが密度は小さいため、同じ「体積」で比べれば原子の数が銅より少ない。
つまりアルミに蓄えられる熱の量は銅よりも少ないんだ。

同じ「質量」で比べた場合はアルミのほうがはるかに体積が大きくなり、
原子の数も多く、熱容量もうんと大きくなる。

アルミのほうが銅よりも冷えにくいが、それは持っている熱の量(体積)によるということ。
放熱フィンの体積はアルミも銅も変わらないから、原子数の少ないアルミは熱容量が小さく、
原子数の多い銅は比熱が小さく、結果的に違いはなくなる。

だから「アルミはヒートシンクに適さない」というのは誤りだとわかる。

銅は高い「熱伝導率」の観点から、熱源に接触させて熱を素早く移動させるために利用される。
ちょうどCPUクーラーがCPUに密着している部分とヒートパイプがそれにあたる。






💩クーラー(・∀・)イイヨイイヨー


さらに天面にもファンを追加しました。
足元がスースーするので天面ファンをやめてケースも閉めましたwww

底面にもファンを追加しました。
いずれも12cmです。

Define R6に最初からついているファンはいずれも14cmで、
前面からの吸気2つ、背面からの排気1つ。

………

Ryzen 7 3700Xは定格ではなく4.2GHzでアイドル時も安定動作しています。
CPUが十分に冷えていると勝手にオーバークロックするのが仕様らしい?

だいたい54℃で700回転くらい。

CPU温度だけを見ると思ったよりも熱いのですが、
PCケースからの排気に手をかざしてもまったく熱くないし、
むしろ前のPCより冷たいんですよね……

MSIドラゴンセンターというユーティリティーがおかしいのか?
43℃~57℃を何度も往復している感じ。
排熱の体感温度は40℃どころか30℃くらいしかないみたいだけど……
それだけNH-D15がよく冷やしてくれているってことか?

とにかく実際にはとてもよく冷却できていて不具合もない。

どうやらこれも違う……


Ryzenには自動的にクロック数を上げるブースト機能があり、
「AMD Ryzen Master」を使用してCreator Mode等を選びApplyすると、
Windows10の電源オプションに「AMD Ryzen ~~」というプランが追加される。
これを選択しているとCPUの動作と消費電力が大きく変わり、
「バランス(推奨)」のときは3.6GHzに固定されていたのが4.2GHzに引き上げられる。
クロック数が上がるので当然、バランスのときより発熱は大きくなるというわけ。

「バランス(推奨)」のプランでは非常に低温を保たれますが、
「AMD Ryzen Balanced」を選ぶとかなり熱くなりますよ。
これは異常なことではなく、CPUの冷却に応じてブーストをかける「定格動作」なのです。

これも違う;;

AMD Ryzenの電源プランはチップセットドライバーに含まれているもので、
Ryzen Masterによって有効になるものではありませんでした。
おそらく電源プランだけを選択しておくことが無難なのでしょう。

電源プランよりRyzen Masterのデフォルト設定がやたら電圧を盛ってくるのが怖い。
1.5V近い電圧に設定されているけど…大丈夫なのか??







あーなんかちょっと勘違いしてたわ。
てっきり3.6GHzで動作するのを「定格」だと思っていた。
それ以上の動作を「オーバークロック」だと思っていた。
違うんですね。

Ryzenのクロック周波数はそういう意味ではなく、
「3.6~4.4GHzで動作するのが定格」なんですね。

だから3.6GHzに「固定」あるいは「上限」として運用すれば
本来の定格とはいえなくなってしまう。

3700Xにとって「オーバークロック」というのは4.4GHzを超えて動作させること。


わかったわかった…なるほどね!


それから……

AMD純正のソフトウェア以外では、
正しいクロック周波数を確認することができない。

実際のアイドル状態ではほとんどのコアがスリープしているし、
非常に低速で動作していることがわかる。

アイドル時なのに4.2GHzに張り付いているなんてことはありませんwww
ほとんど無負荷なのにそんな無駄な動作はしないはずです。
ゲームなどが動作しているときはしっかり4.2GHzになります。



「定格」の認識が間違っていました。
オーバークロックではなく定格で正常に動作しているのです。

けっこう勘違いしている人は多いかも?????????

複雑な設定や数値を調整しなくても、Ryzen Masterで自動的にブーストが有効になるんですね。
「オーバークロック」という感覚がなく、標準の動作がそれなのです。

しかしどうして4.4GHzではなく4.2どまりなのか…
冷却が足りないのか、BIOSがまだ安定版?ではないからか……?


Ryzen Masterのマニュアルは英語版しかなくて読むのが難しい。
しかし初めのほうに
「RyzenプロセッサーはRyzen Masterを必要とせずに最適なパフォーマンスを実現できるように設計されています」
といった旨の記述があります。

「マニア向けのツールであり、パフォーマンスの低下やシステムが不安定になるリスクを受け入れられる人」が使用するようにとも念を押されています。

これは建前ではなく事実だと思う……
今どきのコンピューターはユーザーがわざわざリスクを犯して設定を変更しなくても初めから最適に動作するようになっているから。

公式のオーバークロックツールなのに使用が推奨されていないというところがね。
Ryzen Masterの使い方がよくわからなければ、使わなくてもいいということ。

私の頭脳よりはるかに賢いRyzenを信用しましょう。

わずかなパフォーマンスアップのためのオーバークロックや、わずかな省電力のために電圧をオフセットするなどの調整でユーザーがやきもきするのは不毛です。

Ryzenはもともと優秀で、多くのユーザーの頭脳より賢く、デフォルトのままで最良のパフォーマンスを発揮するように設計されています。


「“Game Mode” はRyzen 9以外のプロセッサでは設定しなくていい」とありますね。
コア数の多いプロセッサーで上手く動作しないゲームのために選択するモードだそうです。
レガシーなゲームが上手く動かない場合にのみ設定してください。

Ryzen 9を選ぶのは「マニア」やパフォーマンスを求めている人だから、
こういうツールを駆使していろいろ試すことに向いているわけですね。

体感できるほどのパフォーマンスアップがあるのかは疑問。
ベンチマークのスコアが数%上がったとしても実際の運用で違いがわかるのかな……
「動画のエンコード時間が1%短縮される」なら大きいと思いますが。

「下手の考え休むに似たり」っていうしね。
パフォーマンスを追求することで失われる時間と損傷するリスクを受け入れられるならいい……

最高の設定を見出しても、それで行うのが「ベンチマーク」では何の意味もありません。
得てして「手段の目的化」に終わることが多いのです。

たぶん一般ユーザーはRyzen Masterを「使わないほうがいい」。
デフォルトの電圧が1.4Vを大きく超えているあたりが心配になりますよ。
「オーバークロックは自動・手動問わず保証対象外」というのも納得できます。


やっとわかってきた!



Windows10はシャットダウンと再起動の動作が(デフォルトでは)異なっている」ことを知らず、
CPUの設定が正しく反映されていなかったようです…

「起動するといつも以前の動作速度に戻っている」のはそれが原因でした。
Windows10の「高速スタートアップ」は必ず無効にしておいたほうがいいですね。

CPUやCPUファンなどの速度をWindows上で変更しても、一度も再起動せずにその日の終わりにシャットダウンしてしまうと、設定が正しく反映されずに奇妙なことに陥るっぽいですよ。

しかし……設定を変更した際に再起動を求められることがないのはどうかと思います。
適用されたと思ってそのまま普段通りの作業を続けてしまいますよ…。

いやぁ…まさかシャットダウンと再起動で違いがあるなんて!
気づいてよかった。


Ryzen Masterでデフォルトとおぼしき設定を読み込むと即座にCPU速度が上がり、ブーストの最高値に近い4.2~4.3GHzで動作するようになります。
それで発熱も増えるのですぐにCPUファンの回転数も上昇していきます。

そう…「デフォルト」をロードするとこのような動作をするのですから、
これがRyzen 7 3700Xの本来の挙動であるはずです。

しかし一日を終えてシャットダウンし、翌日に起動すると
3.6GHz固定になっている。

今までこれが謎だったwwwww
「定格は3.6GHz」だと信じ込んでしまいましたよ。

Windows10の高速スタートアップが有効になっているせいだったんだ!
シャットダウンの操作ではRyzen Masterの設定が正しく反映されないのです。
だから毎回毎回、私がWindows10を再起動することなく過ごしていたため、
翌日になるといつも3.6GHzで動作するようになってしまっていた……

これ……設定を変更したのに3.6GHz固定で動作するのは……たぶん異常な状態です……

ときどきいろいろな動作が不安定になるのはこれが原因だったのかもしれません。

マザーボードのベンダーが提供しているユーティリティーソフト、
たとえばMSIの「Dragon Center」などを利用していると、
Ryzen Masterよりも優先的に設定が有効になってしまう場合があるため、
設定しない設定(笑)にする必要があります。
Dragon Centerの場合は「Scenario」から現在有効になっているモードをクリックし、
無効にできることを確認してください。アイコンが暗くなり、Scenarioが空白になります。



さて…ブーストは負荷に応じて高められたり、3.6GHzよりはるかに低められたりします。
ゲームを起動するとほぼずっと4.3GHz付近にとどまります。
この際に温度が上昇するのですが、CPUファンの速度があまり大きく変動すると、
動作速度が頻繁に変わり、それに応じてファンも速度を変えるので、ちょっと音がうるさくなります。

だいたい普段の負荷と温度を見て、30℃から60℃まではファンを一定の速度で回したほうが好都合だと判断しました。

Noctua NH-D15は非常に優秀なクーラーですが、回転数が少し上昇しただけで温度が下がり、
それに応じてCPUが再びクロック数を上げるので変動が激しい印象です。

なるほど。

水冷クーラーは温度に対するバッファが大きい」という性質はこういう場合に生かされるのですね。
急速に熱を伝えるヒートパイプが直結した空冷と違い、比熱の大きい液体の流れる水冷は、
CPUが急に発熱してもすぐには温度が上がらず、大きな変動が起こりにくいのです。

空冷のほうがすぐ熱くなり、すぐ冷たくなる。

だからファンの速度を上手く調整しないと、回転数が絶えず変化して音がうるさく感じられるようになる。

音だけでなくクロック数もかなり変動が大きくなり、安定しなくなってしまう。

普段の作業に支障のない範囲でファン速度を固定するのがいいでしょう。


ベンチ台のような完全に開放された環境よりも、一定の空間を持ったケースの中で構築したほうが熱設計の観点からは冷却しやすいというんです。

ケースだけにケースバイケースだとは思います。

冷却の対象を考えた場合、CPUクーラーの放熱フィンと、周辺コンポーネントのヒートシンクに風を当てることが重要であるといえます。

ケースの中と外とでは、ヒートシンクに接触する空気の量は変わりません
ヒートシンクからの熱で温められる空気の量も変わりません。

空間が広くても狭くてもヒートシンクの表面積は一定というところが肝心です。

つまりヒートシンクの表面で行われる熱交換の効率を上げるには、広い空間や多くの空気のある環境に置くのではなく、できるだけ勢いのある空気の流れを作ることが有効であるとわかります。

なまじ空気の量が多いと、それを流すためには強力なファンが必要になってきます。

しかも空間が広いため思いのほか空気が移動せず、トップフローのクーラーのように熱気の一部を再循環させる流れを作ってしまいがちです。

結局ケースの大きさや素材よりも、内部のエアフローが重要なのだと感じました。

興味深いですね…

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