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


・Windows10の高速スタートアップを無効にし、Ryzen Master以外のソフトウェアによる設定も無効にしないと定格動作すらできない。

・定格動作ならNH-D15で何の不足もなく過剰とも思えるが、ケース内のエアフローが改善され、特にフロントファンからの吸気とリアファンからの排気による一直線の流れによってビデオカードの熱が効率よく背面へ流れ、全体の冷却に一役買っている。

・それでたぶんホコリも一直線に背面から出ていくのでケース内にたまりにくくなった。

ケースファンはたくさんつければいいというものではなく、ビデオカードの真下から風を当てると熱の再循環が起こり、かえって温度が上昇してしまい、ホコリもたまりやすくなることがわかった。

・あまったファンがあるからといって安易に増設するのは禁物。フロントに追加するか強力なものに交換するのはいいが、ボトムにはつけないほうがいい。

・Define R6というケースは最初から理想的なエアフローが完成していて、あれこれ余計なことをしないほうがよく冷えることがわかった。

・3700Xが「定格で4.4GHz」に達する条件は限定的で、あえてそれに期待する必要もない。どんなにD15で冷却してもいくつかのコアが4.4GHzに近づくだけで「全コア4.4GHz」には到底及ばない。マルチスレッドを無効にするなどの操作は「定格」ではなくなるし、特定のベンチマークで有利になったところで実用ではむしろ不利になりやすいため、定格の範囲でどれほど調整しても有意なパフォーマンス向上には結びつかないのではないかと思われる。

・結論としては、定格ないしPBOを有効にするまでの操作ではほとんど差が見られないため、試行錯誤している時間が無駄であったとさえ感じられる。3700Xは素のままで最適なパフォーマンスを発揮できる設計になっているという公表通り、十分満足できるものである。

・というか期待値が高すぎたのがいけなかった。





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。

水冷クーラーでは不十分になりやすいソケット周りの冷却に有効です。
CPUの熱をヒートシンクから放熱しつつVRM周辺の熱もケース背面へ逃がす構造になっています。

フロントファン→CPUクーラー→リアファンの一直線のエアフローにより、
想像以上にケース内全体を冷却することが可能です。
縦に並んだ複数のフロントファンからの送風は、ビデオカードの熱も効率よく外へ押し出すことができます。
サイドフローのCPUクーラーの風向きはそのすべての流れに従うので非常に効果的です。





「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 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。



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」。


もちろんオーバークロックやベンチマークの行為を否定しているわけではありません。

一般的な業務におけるマルチタスクやアイドル状態、休止モードやシャットダウンといった実用上の動作の入り交じる環境ではオーバークロックの有意性が低く、むしろ調整する時間と損傷のリスクの大きさが問題になるので、デフォルトのままのほうが安心できるからです。



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……


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。

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。


PCパーツの熱はヒートシンクの表面から「消えて」いるのではなく、「隣接する空気を温めることで移動しているだけ」というのがポイントです。

「熱を消す」とか「温度を下げる」という表現や考え方は勘違いのもとです。

熱はただ移動しているだけです。
その際にパーツ表面から周囲の空気に伝わって気温を上昇させます。
温められた空気を最終的に外へ逃がす流れを構築する必要があるのです。


興味深いですね…





NH-D15はファン込みで1.5kg近く(1320g)ある非常に重たいクーラーのため、
貧弱なマザーボードに取り付けると反ってしまうことがあります。
マザーボードを水平にするとソケット周りが凹む恐れもあります。

chromax.blackモデルは輻射熱の関係でシルバーよりも冷却に向いています。
物体の表面から吸収された熱は輻射されるという熱力学の法則により、
黒い物体は放熱の観点から有利になっています。
しかし多くは「誤差」の範囲であり、塗装の材質によっては変わらないこともあります。


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