Core i7-4790K+Mini-ITX環境を常用するための冷却術

DOS/V POWER REPORT 9月号

　このコーナーでは、こだわりの自作PC専門誌「DOS/V POWER REPORT」の最新号と連動、同誌9月号の特集記事「冷却周まわりの新たな鉄則、教えます～冷却・静音、これが答えだ!～」をほぼまるごと掲載する。

　第十二回目の今回は、高性能CPU「Core i7-4790K」とMini-ITXマザーボードからなる小型PCを、徹底的に冷却・静音化するテクニックを紹介する。

　なお、この特集が掲載されているDOS/V POWER REPORT 9月号は絶賛発売中。9月号では今回の特集のほか、USBバスパワーで動作する冷却グッズや薄型CPUクーラーの紹介、6TBクラスの大容量HDD特集、髙橋敏也の改造バカ一台など、多数の記事が載っている。また、100個の自作PC問題を載せた「PC自作力 2014年度夏期試験」が小冊子として付いてくるなど、盛りだくさんの内容だ。

- DOS/V POWER REPORT 2014年9月号 Special Edition -

狭いスペースをどう活かす？
Mini-ITX環境でCore i7-4790Kを常用するための冷却術

　冷却強化や静音化の選択肢が限られるMini-ITXプラットフォーム。しかし、パーツの選択やカスタマイズしだいで、発熱の大きい高性能CPUの常用も可能だ。

最新の高性能Mini-ITXマシンをベースに小型PCの冷却を研究

　高性能CPUの冷却性能を強化する一般的な手段は、大型の高性能CPUクーラーに交換したり、ケースファンを追加したりしてPCケース内部のエアフロー効率を高めることだ。しかし、Mini-ITXなどの小型PCでは、内部スペースやパーツレイアウトの関係上、搭載可能なCPUクーラーの選択肢が狭く、ケースファンも追加できないことがある。

　また、PCケースに大型CPUクーラーを搭載できるスペースがあったとしても、使用するマザーボード側のレイアウトによって制限されることも、めずらしくはない。このように小型PCは、もともと冷却性能の強化や静音化に対する制限がとても多い。

冷却性能や静音性の強化手段が限られる

　しかし、最近では小型PCに対する需要の高まりを反映してか、従来の小型PCの弱点をカバーした、新世代のPCケースやマザーボードが登場している。使いたいパーツを吟味すれば、冷却性能や静音性の強化も以前よりはやりやすくなっており、高性能な小型PCを作りやすい環境が整ってきている。

　そこで今回は、高性能だが発熱も大きいハイエンドCPU「Core i7-4790K」を搭載したMini-ITXマシンをベースに、安定した動作と高い静音性を両立する冷却法を見つけるべく、さまざまなテストを行なってみた。PCケースは小型ながら内部が広く、高さ18cmまでのCPUクーラーを搭載可能な「PC-Q33」を採用している。さまざまなカスタマイズと調整を行なうことで、CPU温度や動作音がどのように変化していくのかを検証する。

【ケースはPCQ33を使用】
最新のMini-ITXケースは内部スペースにも余裕があり、大型のCPUクーラーも搭載しやすいものが多い。「PC-Q33」はその代表格だ

【マザーボードのレイアウトに注意】
Mini-ITXマザーボードは、製品によってCPUソケットの位置が異なるため、使用するCPUクーラーの選択は慎重に

使用したベースマシンの構成

カテゴリー	製品名	実売価格
CPU	Intel Core i7-4790K（4GHz）	37,000円前後
マザーボード	GIGA-BYTE TECHNOLOGY GA-Z97N-Gaming 5（rev. 1.0）（Intel Z97）	17,000円前後
メモリ	CFD販売 CFD ELIXIR W3U1600HQ-4G（PC3-12800 DDR3 SDRAM 4GB×2）	9,500円前後
グラフィックス機能	Core i7-4790K 内蔵（Intel HD Graphics 4600）	-
SSD	Micron Technology Crucial MX100 CT256MX100SSD1（Serial ATA 3.0、MLC、256GB）	16,000円前後
電源ユニット	Corsair Components CX500M（500W、80PLUS Bronze）	6,500円前後
PCケース	Lian Li Industrial PC-Q33A（Mini-ITX）	12,000円前後
CPUクーラー	Intel Core i7-4790K付属クーラー	-

最新CPUならMini-ITX＋リテールクーラーで余裕……じゃなかった！

【スタンダードに組んだ状態】
CPU付属のCPUクーラーを使用し、マニュアルどおりに組んでみた。マザーボード周辺にはケースのフレームがないため、テスト台のような感覚で組み込める

　まずはCore i7-4790K付属の標準クーラーを組み込み、冷却面のチューニングをとくに行なっていない状態でCPU温度や動作音を計測してみた。ちなみに、以前同じケースを使った構成で、Core i7-4770Kを組み込んだときのCPU温度は高負荷時で88℃。ギリギリ常用可能と言える温度だったので、今回もとりあえず大丈夫だろうと思ったのだが、実際に計測してみたら何と99℃！

CPU温度と動作音

【ファンコントロールはスタンダードモード】
マザーボードのファンコントロール設定は、CPUクーラーとケースファンともに「スタンダード」に設定した

　これは、とてもではないが常用可能な数値ではない。それなりにスペースの広いPC-Q33にもかかわらず、小型PCケースの限界がいきなり浮き彫りになった格好だ。

　負荷がさらに続く状況では100℃に達する可能性もある。またこんな状況では、TurboBoostの効果に悪影響がありそうなので、Core i7-4790Kを使う意味が薄れる。まずはCPUクーラーを変更して、CPU温度を下げることを目標にする。

交換するCPUクーラーを選ぶ

　小型のPCケースで使いやすいのは、リテールクーラーと同じように高さが低いタイプや、やや高さはあるが、マザーボードやPCケースの部品に干渉しにくい小型のサイドフロータイプだ。

【ケースによって使えるクーラーは異なる】
左から阿修羅、刀4、リテールクーラー、小太刀。高性能CPUを使うなら、可能な限り大型のCPUクーラーを選びたい

【大型CPUクーラーを搭載】
サイズの「阿修羅」を搭載した状態。PC-Q33のように、内部スペースに余裕のある小型ケースであれば、こうした大型の高性能CPUクーラーも利用可能だ

　ここでは前者の代表例として「サイズ 小太刀」、後者の代表例として「サイズ 刀4」を選択した。さらにPC-Q33を含めて、最近のMini-ITXケースは大型クーラーを搭載できるものが増えているので、大型のサイドフロータイプ「サイズ 阿修羅」も加えて冷却性能をテストした。

　阿修羅の冷却性能は、ほかの二つと比べるとダントツの成績だった。ケースに組み込んでみても冷却性能は低下せず、動作音もまずまず静かだった。

【バラック状態でのCPU温度】
もっともCPU温度が低かったのは阿修羅。付属のCPUクーラーと比較すると、高負荷時は何と25℃も低い

CPU温度と動作音(阿修羅使用時)

さらなる冷却性能の向上にチャレンジ！

【阿修羅を搭載した状態でさらなる冷却性能の向上を目指す】
CPUクーラーを阿修羅に変更した状態。スペースに余裕のあるPC-Q33なので、冷却パーツの配置はあれこれアレンジできる

　CPUクーラーを阿修羅に交換した際の結果は満足のゆくものだった。しかし、最新自作パーツの可能性をもっと追求してみたい。そこで、ここではCPUクーラーのファンの位置や向き、数などを変更することで、CPU温度や動作音がどのように変化するのかを検証してみた。

　試してみたのは4パターンで、それぞれCPUクーラーを阿修羅に交換した上記の状態と比較している。

OCはムリだった

　ちなみに、試しにマザーボード付属のOCツール「EasyTune」を使い、全コア4.5GHz動作に設定して負荷テストを行なってみたところ、1分も経たずにCPU温度が100℃に達したため、テストを続行できなかった。やはりOCまで視野に入れると、大型CPUクーラーを搭載可能なPC-Q33でも厳しいということだ。

パターン1 CPUクーラーのファンの位置を変更

CPUクーラーのファンは、通常ヒートシンクに風を吹き付ける方向で設置するが、吸い出す方向に変更してみた

【CPU温度と動作音】
高負荷時の温度は変わらず、アイドル時の温度が1℃だけ上昇している

パターン2 CPUクーラーにファンを追加

阿修羅に12cm角の「サイズ 隼120 PWM 1300rpm」を追加してみた。追加するにあたって、PWM対応のファン分岐ケーブルを使用している

【CPU温度と動作音】
ファン1基に比べて、アイドル時で1℃、高負荷時で2℃下がった

パターン3 ケースファンとCPUクーラーのファンを吸気方向に変更

排気方向に取り付けられているケースファンとCPUクーラーのファンを、吸気方向に変更してみた

【CPU温度と動作音】
吸気構成にするだけで、高負荷時で4℃と大きく下がった

パターン4 吸気方向に変更後ファンを追加

ケースファンとCPUクーラーのファンを吸気方向に変更して、さらにパターン2と同じ12cm角ファンを追加

【CPU温度と動作音】
アイドル時が1℃下がったものの、高負荷時はファンを追加しないときと変わらず

冷却性能を維持したまま、動作音を低減できるか？

【ファン回転数をコントロールして静音化】
マザーボード付属のファンコントロールソフトも駆使して、静音化を図ってみる

　CPU温度をさらに下げることに成功したので、今度は気になる動作音の低減に挑戦してみよう。ここでは、上記で冷却と静音性の両面でよい成績だった「ケースファンとCPUクーラーのファンを吸気方向に変更」をベースにして、マザーボード付属のファンコントロールユーティリティ「Smart Fan」や追加のファンを使い、ファンの回転数を調整することで静音化を図り、CPU温度とのバランスを見て、最適な設定を探る。

アイドル時の温度は低くなったが、高負荷時の動作音は少し上がってしまった

アイドル時の動作音は低くなったが、高負荷時の温度が上昇してしまった

暗騒音近くまで動作音を抑えられたが、温度はアイドル時、高負荷時ともに上昇した

動作音は2番目に低く、温度の上昇も比較的抑えられている。これをベスト設定としたい

【ビデオカードを追加してみた】

ビデオカードを挿す場合は条件が変わる

【ビデオカードと大型CPUクーラーを同時に搭載】
GA-Z97N-Gaming 5（rev. 1.0）は、阿修羅のような大型CPUクーラーとビデオカードを同時に装着できる

　阿修羅をケース内に搭載した状態を基本に、エアフローを排気方向と吸気方向のそれぞれの状態でビデオカードを挿して、各部の温度を計測したのが下のグラフだ。

　吸気構成だとCPU温度が低くなるのは、前述の「さらなる冷却性能の向上にチャレンジ！」のパターン3と変わらないが、GPU温度は、排気構成に比べ5℃も高くなってしまった。CPUクーラーの排熱がケース内にとどまり、ビデオカードの冷却に悪影響を与えたのだろう。また、動作音も吸気方向のほうが、かなり大きくなってしまっている。

　ビデオカードなしなら吸気構成にカスタマイズするのがベストだが、ビデオカードを挿すなら排気構成にしたほうがよさそうだ。

ファンの向きと各部の温度

動作音