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GPU性能はクーラーによってどこまで変わるのか？ZOTAC「ICE STORM」クーラーの実力を探る
ビデオカード計8モデルを徹底検証 text by 加藤勝明
2017年10月24日 07:05
ゲームのためにハイパワーなビデオカードを選ぶことを想定してみよう。特定のブランドに拘りがなければ、必要なパフォーマンスと予算からGPUを絞り込み、メーカーごとの独自要素などで絞り込むというやり方がスタンダードといえるだろう。この手の記事だと前半の「どのGPUを選べばよいか」にフォーカスが当てられがちだが、今回は後半の「独自要素」を考えてみたい。
近年のビデオカードの「独自要素」は基板設計だけでなく、高性能クーラーやOC支援機能（水冷やLN2対応など）、そして発光機能といった要素に分類できるが、多くのユーザにとって重要になるのがクーラー設計だ。GPUの冷却が悪ければより高クロックのOCモデルは出せないし、さらに静音性も悪化する。安心して長時間ゲームに興じるためには高性能クーラーが欠かせないのだ。
ZOTACの“ICE STORM”クーラーに注目する
そこで今回はZOTAC製のビデオカードに搭載されている“ICE STORM”クーラーに注目してみたい。同社の“AMP Edition”にはデュアルファン構成の大型クーラーが、“Mini”ではショート基板に合わせた小型クーラー、さらに最上位の“AMP Extreme”にはトリプルファン仕様の超大型クーラーが装備されている。このクーラーの違いでGPUの冷却力やファンノイズはどう変化するのかを見るのが今回の目的だ。まずは今回準備した製品と、それに搭載されているクーラーをそれぞれチェックしてみたい。
トリプルファン仕様の“AMP Extreme”
| コアクロック | ブーストクロック | メモリクロック | 補助電源 | 実売価格 | |
| GeForce GTX 1080Ti AMP Extreme | 1,645MHz | 1,759MHz | 11.2GHz | 8ピン×2 | 120,000円前後 |
| GeForce GTX 1080 AMP Extreme | 1,771MHz | 1,911MHz | 10.8GHz | 8ピン×2 | 74,000円前後 |
| GeForce GTX 1070 AMP Extreme | 1,632MHz | 1,835MHz | 8.2GHz | 8ピン | 64,000円前後 |
ZOTAC製品群において空冷最高の冷却力を誇るのがトリプルファン仕様の“AMP Extreme”。一般的なビデオカードは2スロット厚だが、AMP Extremeモデルはクーラーの厚みがあるため、3スロット占有となる。マルチGPUに挑戦したい人には注意が必要だが、最近のマザーは1本目と2本目のx16スロットが2スロット空きになっているため問題はない（そもそもゲーム分野においてはマルチGPU自体が後退気味なのだ）。
ICE STORMクーラーの基本構造はGPUの熱を銅板で受け、カードの長辺方向に伸びるヒートパイプで伝達、短辺方向に走る多数のフィンで放熱するという仕組み。弟分であるAMP Editionも基本構成は同じだが、フィン1枚1枚の面積がAMP Editionよりも広い。より冷えるぶんクロック設定もAMP Editionより高く設定されているのだ。
デュアルファン仕様の“AMP Edition”
| コアクロック | ブーストクロック | メモリクロック | 補助電源 | 実売価格 | |
| GeForce GTX 1080Ti AMP Edition | 1,569MHz | 1,683MHz | 11GHz | 8ピン×2 | 110,000円前後 |
| GeForce GTX 1070 AMP Edition | 1,607MHz | 1,797MHz | 8GHz | 8ピン | 54,000円前後 |
| GeForce GTX 1060 AMP Edition | 1,556MHz | 1,771MHz | 8GHz | 6ピン | 32,000円前後 |
AMP ExtremeよりもOC設定がマイルドなぶん、価格も安くコストパフォーマンスに優れたOCモデルが“AMP Edition”となる。AMP Editionに搭載されているクーラーもICE STORMだが、ファンは2基かつクーラーの厚みも2スロット厚となる。ヒートシンク部分の構造はAMP Extremeと共通だが、ヒートシンクのフィンの面積は2スロット厚になるようAMP Extremeより小ぶりなものが使われている。
デュアルファンの小型モデル“Mini”
| コアクロック | ブーストクロック | メモリクロック | 補助電源 | 実売価格 | |
| GeForce GTX 1080Ti Mini | 1,506MHz | 1,620MHz | 11GHz | 8ピン×2 | 101,000円前後 |
| GeForce GTX 1080 Mini | 1,620MHz | 1,759MHz | 10GHz | 8ピン | 62,000円前後 |
Mini-ITX自作など、ケースの前後長が厳しい環境でも最高の性能が欲しい人に最適なのが“Mini”シリーズ。GeForce GTX 1080 Ti AMP Editionの全長は300mm、AMP Extremeに至っては325mmという大型カードになっているが、GeForce GTX 1080 Ti Miniはわずか211mmと小さい。
クーラーを構成する要素（銅板やヒートパイプなど）は共通だが、ヒートパイプやフィンの走行する方向はAMP Extremeとは90°異なっている。
また、2基のファンは前部（出力端子側）が90mmなのに対し、後部（補助電源側）は100mmと口径が変えてある。後部に配置されている電源回路部に多くの風を送り込むための工夫といえるだろう。
各カードの性能的な位置づけを知る
ICE STORMクーラーの威力を論じる前に、まず今回用意したカードがどの程度の性能を出せるのか知っておく必要がある。検証環境は以下のような構成とし、対照用にGeForce GTX 1080 Founders Edition（FE）も準備した。
【検証環境】
CPU：Intel Core i7-7700K（4GHz、最大4.5GHz）
マザーボード：ASRock Z270 GAMING K6（Intel Z270）
メモリ：Corsair CMU16GX4M2A2666C16R（DDR4-2666 8GB×2）
ビデオカード：GeForce GTX 1080 Ti AMP Extreme、GeForce GTX 1080 Ti AMP Edition、GeForce GTX 1080 Ti Mini（GeForce GTX 1080 Ti）、GeForce GTX 1080 AMP Extreme、GeForce GTX 1080 Mini、GeForce GTX 1080 Founders Edition（GeForce GTX 1080）、GeForce GTX 1070 AMP Extreme、GeForce GTX 1070 AMP Edition（GeForce GTX 1070）、GeForce GTX 1060 6GB AMP Edition（GeForce GTX 1060）
ストレージ：Intel SSDPEKKW512G7X1（NVMe M.2 SSD、512GB）、Crucial CT1050MX300SSD4/JP（M.2 SATA SSD、1.05GB、データ用）
電源：Silverstone SF850F-PT（850W、80PLUS Platinum）
OS：Windows 10 Pro 64bit版（Creators Update）
電力計：ラトックシステム REX-BTWATTCH1
描画パフォーマンスをみるためにまずは「3DMark」を実行した。テストは“Fire Strike”“Fire Strike Ultra”“Time Spy”の3種類を利用する。
同じGPUならばAMP Extreme＞AMP Edition＞＞Miniの順にスコアが高くなる。スコア差はわずかだが、モデルの上下と性能がしっかりリンクしていることがわかる。GeForce GTX 1080 FEとZOTAC製GeForce GTX 1080カードのスコアを比較すると、小型クーラーを搭載したGeForce GTX 1080 Miniの方がわずかに高スコアを出しており、小型化されたからといって性能は犠牲にされていないことを強調しておきたい。
3DMarkだけでなく実ゲームでのパフォーマンスも知りたいので、「PLAYERUNKNOWN'S BATTLEGROUNDS」でのフレームレートも比較してみた。画質は“ウルトラ”とし、プレイヤーが集合する島における一定のコースを移動した際のフレームレートを「Fraps」で測定した。
PUBGは最近パフォーマンス改善が進んでいるとはいえ、重くなるときはガクッとフレームレートが下がる。今回一応最低fpsと最高fpsも併記してあるが、最低と最高の小さな違いは無視し、平均fpsだけで比較するのがオススメだ。
手動計測なので3DMarkのようにキレイな序列にはならないが、それでもGeForce GTX 1080 Tiの方がGeForce GTX 1080より速いというGPUごとの序列はハッキリと出ている。PUBGを最高画質で楽しみたければ、フルHDならばGeForce GTX 1070、WQHDならGeForce GTX 1080以上がオススメのようだ。
熱・ファン回転数等に違いは出るか？
では今回の本題である消費電力や発熱、ファンノイズといったビデオカードの付加価値的な側面の検証に入る。
まずはGPU温度とクロック、ファン回転数の推移をチェックしよう。今回は「Tom Clancy's Ghost Recon: Wildlands」を30分プレイ、その後ゲームを終了させ10分ほどアイドル状態で放置する。この間GPU温度などのデータを「HWiNFO64」で記録した。室温は28～29℃である。
グラフが9本もあって少々見づらいが、少し遠目で見ると温度グラフは3つのグループに分かれていることがわかる。まず一番上、ピークで80℃オーバーになるグループはGeForce GTX 1080 FEのほか、GeForce GTX 1080 Ti MiniとGeForce GTX 1080 Ti AMP Editionの2製品が含まれる。逆に温度が70℃未満の一番低いグループはGeForce GTX 1080 Ti AMP ExtremeとGeForce GTX 1070 AMP Extremeの2製品。GeForce GTX 1080 AMP Extremeは70℃台前半の中間のグループに入っている。
また、サーモグラフィーカメラ「FLIR ONE」を利用し、GeForce GTX 1080 FE、GeForce GTX 1080 AMP ExtremeおよびGeForce GTX 1080 Miniの3種類のカード表面の熱分布状況を可視化してみた。アイドル時とはシステム起動から10分後、高負荷時とはゲーム開始時から15分時点（この頃は各カードの温度はほぼ安定している）。百万円以上の業務用カメラとは数値の正確さは比べようもないが、どこが熱くなっているかの見極めには使える。今回は撮影した画像の温度範囲を30～70℃に統一して掲載する。
シングルファンのGeForce GTX 1080 FEといえど、システム起動後のアイドル状態では十分冷えているが、負荷をかけると表裏ともに一気に熱くなる。特にGPUの裏側付近の温度は70℃近辺にまで到達した。
GeForce GTX 1080 MiniもFEに近い。バックプレートの温度分布は高負荷時では60℃前後にまで上昇するが、カード後部に張り出したヒートシンク部は50～60℃にとどまる。高負荷でもカード前面の温度が30℃付近なのは、ファンのカバーがプラスチック製なためだ。
超大型クーラーを装備するGeForce GTX 1080 AMP Extremeの場合、高負荷時でも裏面の温度は（この写真で見る限り）だいぶ低いように見える。だが、背面からのショットではバックプレートに覆われていないPower Boostチップの部分の温度が約60℃まで上昇している。決して熱くならない訳ではない点は強調しておきたい。
GPUごとにデータを抽出して比較すると、クーラーごとの性能差がよりハッキリと見えてくる。GeForce GTX 1080 Tiにおいてはデュアルファン仕様のMiniとAMP Editionの温度が高く、トリプルファンのAMP Extremeの方が低くなっているのに対し、GeForce GTX 1080ではMiniとAMP Extremeはほぼ同じ温度。さらにGeForce GTX 1070ではファン数の多いAMP Extremeの温度が低い。ファン数の多さはGPU温度に関係しているが、そうでもない場合がある……あまりスッキリしない結果だが、この秘密はファン回転数にあるようだ。
まず今回テストしたカード全体で比較したのが上のグラフだ。今回唯一のシングルファン構成を採用したGeForce GTX 1080 FEの回転数が最も高く、その後にGeForce GTX 1080 Ti Mini、GeForce GTX 1080 Miniと続く。GeForce GTX 1080 AMP EditionおよびGeForce GTX 1070 AMP Editionといったデュアルファン仕様のカードもほぼ同レベルの回転数になっている。その一方でトリプルファン構成のAMP Extremeを冠した3製品と、元々発熱量の少ないGeForce GTX 1060 6GB AMP Editionは比較的回転数が少ない。
トリプルファン仕様のAMP Extremeの中で、GeForce GTX 1080 AMP Extremeの温度だけやや高かったのは、この製品だけファン回転数が低いからだと言えそうだ。GeForce GTX 1080 Ti AMP ExtremeはGPU自体の発熱量が段違いに大きく、そのぶんファンも高回転を強いられる。GeForce GTX 1080よりGeForce GTX 1070 AMP Extremeの方がファン回転数がやや高いなど、製品により味付けが異なる点もわかった。
ファンの回転数が違えば、当然ファンノイズも違ってくるはずだ。今回はSMART SENSOR社製の騒音計「AR814」のマイク先端を、水平に設置したマザーボードの中央40cm部分に固定。テストはエアコンをオンにして室温28～29℃を維持した環境で実施したが、騒音測定時はエアコンを止めている。暗騒音は約36.7dBAである。
次のグラフではシステム起動10分後の値を“アイドル時”、温度やファン回転数データ計測に使った「Tom Clancy's Ghost Recon: Wildlands」のプレイ開始から25分時点を“高負荷時”、さらに各カードのファンを「FireStorm」を利用して50％および100％に固定した時の値を“50％”“100％”とした。
まず、アイドル時の騒音に関してはGeForce GTX 1080 Ti MiniおよびGeForce GTX 1080 Mini以外はほぼ同じで、ファンは回転しているがほとんど聞こえないレベル。GeForce GTX 1080 Ti MiniおよびGeForce GTX 1080 Miniはノイズレベルが高いが、PCケースに入れてしまえばほとんど聞こえなくなる程度。GeForce GTX 1080 FEのファンもアイドル時ならかなり静かなことが意外だった。
ゲーム中（高負荷時）になると製品ごとに異なる傾向が現れる。ファン回転数の一番低かったGeForce GTX 1080 AMP Extremeが最も静かであり、その後に発熱量の少ないGeForce GTX 1060 AMP Editionが続く。発熱量の多いGeForce GTX 1080 Ti搭載製品は41dBAを超えているものの、ノイズ自体はソフトで耳に突き刺さるような不快感はない。
また。クーラーが小さくファンが高回転になるGeForce GTX 1080 Ti MiniおよびGeForce GTX 1080 Miniは数値的にはGeForce GTX 1080 FEのノイズレベルが高い。だが、GeForce GTX 1080 FEのノイズは力強く耳につきやすいのに対し、Miniのクーラーは音がか細くソフトな印象だ。
一方トリプルファンのAMP Extremeはフル回転させると非常に大きなノイズを発するが、定格使用の範囲ならゲーム中でも回転数はさほど上がらない。ヒートシンク自体が大型なのに加え、ファン数が多いため低回転でもよく冷えるということだろう。その中でもGeForce GTX 1080 AMP Extremeは高性能ながら静音性にも優れた非常に面白い製品といえる。
今度はGPU温度に密接に関係するGPUのクロックにフォーカスを当ててみる。ご存じの通りGeForce 10シリーズではGPU温度等や電力消費に余裕のある時にクロックを上げる「GPU Boost 3.0」が実装されている。ガッチリ冷やせばスペックシートのブーストクロックの値よりさらにクロックが伸びるが、逆に冷えなければ性能は伸びない。先の温度推移計測時におけるGPUクロックの推移を追跡したのが次のグラフだ。
今回の検証ではゲームの負荷はグラフの30分あたりで終わっている。ゆえに31分以降に時々発生しているスパイクはバックグラウンドタスクによるものだ。
GeForce GTX 1080 FEを含めた9製品のうち、特徴的な推移を見せているのはGeForce GTX 1080 Ti MiniとGeForce GTX 1080 FEの2製品。それ以外の7製品は微妙に上下することもあるが、横軸の4分あたりでほぼ横一線で安定している。
つまりほとんどの製品においてGPUクロックは非常に高いレベルで安定しており、スペックシート以上のクロック動作が期待できる。
では逆にクロックの安定しないGeForce GTX 1080 FEとGeForce GTX 1080 Ti Miniは他の製品とどこが違うのかを見ていこう。ここで注目するのは「HWiNFO64」でモニタリングできる「Performance Limit - Thermal」フラグだ。「GPU-Z」では「Perfcap Reason」の「Temp」がこれに相当する。このフラグが立てば、GPUのブーストは徐々に落ちてゆく。そこで9製品のThermalフラグの推移を一気に見てみよう。
上のグラフでは横が時間軸、各製品のPerformance Limit - Thermalフラグの状況を高さに変えて表示している。9製品中7製品は30分間Thermalフラグが立つことはないが、GeForce GTX 1080 FEとGeForce GTX 1080 Miniの2製品のみフラグの断続的な変化がみられた。さらにGeForce GTX 1080 FEよりもGeForce GTX 1080 Tiの方が早い段階でThermalフラグが立っているが、これはGeForce GTX 1080 Miniのクロック変動が早めに発生していることと一致する。
前掲のGPU温度ではGeForce GTX 1080 Ti MiniとGeForce GTX 1080 Ti AMP Extremeはほぼ同レベル（80℃台前半）だが、前者はThermalフラグが立っているのに後者は立っていない。同じ80℃超であっても、クーラーの能力に余裕のあるAMP ExtremeではThermalフラグは立たず、逆にGPUの発熱に対しクーラーが小さめなMiniはThermalフラグが立った。さらに言えば、同じ小型クーラーを搭載したGeForce GTX 1080 MiniではThermalフラグに変化がないということから、GeForce GTX 1080 MiniはFounders Edition以上の冷却力がある……という結論も導き出せる。
最後にシステム全体の消費電力を計測する。ファンノイズ同様“アイドル時”とはシステム起動10分後、“高負荷時”とは前出のゲーム（Ghost Recon: Wildlands）中を指す。製品の中にはゲーム中の消費電力が脈動するものがあったが、ここでは最高値を比較している。
GeForce GTX 1080 Ti AMP Editionの方がより高性能なAMP Extremeよりも高くなるなど、一部では逆転する状況も見られたが、高性能のビデオカードほど消費電力は上がるため、上位GPUほど消費電力は高くなることが確認できた。
まとめ：冷却性能はどのモデルでも優秀。特にGeForce GTX 1080搭載モデルのバランスに注目
以上ざっくりとだがZOTACのICE STORMクーラーの違いを調べてみた。Founders Editionのクーラーよりも冷却性能が高いのは当然だが、8製品中7製品はゲーム中でもクロックが安定（Thermalフラグが立たない）していることが特に印象的だった。今回ICE STORMクーラー搭載製品の中で唯一GeForce GTX 1080 Ti MiniだけがThermalフラグが立ったが、GeForce GTX 1080 Tiの発熱量の高さとカードの小ささを考えれば仕方のないところといえる。むしろGeForce GTX 1080だとMiniのサイズに押し込んでもThermalフラグは立たないなど、ICE STORMクーラーの威力の高さを実感できた。
最近はビデオカードを水冷化するマニアも増えているが、大多数のユーザにとっては空冷クーラーの性能がGPU性能を引き出すカギとなる。デザインや数値的なスペックを見て選ぶのもよいが、今回のようにクーラーの性能に注目して選ぶのもよいのではなかろうか。
[制作協力：ZOTAC]