メインPC、CPUクーラー交換！（その５・悲しいお知らせ）

　既存エントリに記載した通り、私のメインPCであるDELL XPS 8940（Intel Core i7-10700）はCPUクーラーとリアケースファンの変更で性能的に別物になった、と言うか本来有るべき姿にかなり近づいた。が、上手くいったらいったで更に欲が出てしまう。

上のグラフは、３つの条件でのCPUパッケージ出力とCPUパッケージ温度との関係だ。横軸のCPU出力が大きいほどCPUクロックが高くなるため、引き出されているCPU性能も高いと考えてもらって良い。私のi7-10700個体は約175Wで全コアのクロックが最大値に達し、いわば100%の性能を発揮している状態になる。

　さて、グラフ中に紺色で示すのが出荷時構成での関係で、CPU出力が85W程度でCPUパッケージ温度は80℃を越え、CPU出力が105W程度で100℃に達する。実のところこれは余り望ましくない高温条件であり、出荷時のCPUクーラーの冷却力不足が原因なのは明らかだ。

　一般にCPUパッケージの制限温度は二つあり、一つはCPUのヒートスプレッダの性能低下が回避できる温度（ケース温度）、もう一つがCPUの結線部分が痛まない温度（ジャンクション温度）だ。ヒートスプレッダはCPUの除熱を担う部品だから、この部品の性能低下はCPU温度の上昇を招き、CPU寿命を短くする要因となり得る。Intel CPUならば前者はCPU型番によるバラツキはあるがおおむね72℃、後者は製造方法で決まるのでCPU型番に依らず100℃となる。Intel CPUの出力はジャンクション温度を越えない温度範囲内で出力などが制御されるので、CPUの最大出力（≒最大性能）はジャンクション温度未満で実現できる最大CPU出力で決まる。

　このため、出荷時構成での最大CPU出力はCPUパッケージ温度がジャンクション温度である100℃に達する105W程度となる。i7-10700が最高クロックで動くために必要なCPU出力は約175Wなので、出荷時構成のDELL XPS 8940ではCPUの能力を生かしきれないことになる。また容易にCPUパッケージがケース温度を越え、その状態が維持されるため、CPU劣化が加速する可能性も高い。故のCPUクーラーの交換だった。

　赤色がCPUクーラーとリアケースファン交換後、かつPCケースのカバー閉止時のCPU出力とCPUパッケージ温度との関係だ。CPUパッケージ温度90℃、すなわちジャンクション温度よりも低い温度で約175Wを達成できており、（ケース温度である72℃以上を許容すれば）CPU性能を100%発揮できるようになった。またリアケースファンの交換（80mmから92mm）によりファンノイズも低減できた。ここまでは奇跡的なまでに上手くいったと言って良い。

　で、欲に繋がるのが緑色で示した関係だ。これは赤色で示した構成のまま、PCケースのヵバーを開放した場合のCPU出力とCPUパッケージ温度との関係だ。一般的にカースカバーを開放するとCPUパッケージ温度が5℃程度下がると耳にしていたが、まさにそのような結果（4～6℃）となった。別の見方をすると、ケース内の空気の流れの向きや量（エアフロー）を良くできれば、同じCPUクーラーのままでカバー閉止時のCPUパッケージ温度を数℃は下げられる可能性があると言うことだ。

　良く使われる手は、PCケースへの外気の吸入や内部空気の外気への排出のためのケースファンを追加したり、大容量化することだ。DELL XPS 8940はリア（背面）に排出用ケースファンを１つ持つだけなので、フロントに吸入用ケースファンを単純に追加してみた。使用したケースファンはnoctua NF-A12 PWMで、取り付け位置は下の写真中の「移動前」の3.5インチHDDの位置だ。話が前後するが、写真は右側がフロント、左側がリアになる。

　結論を書いてしまおう。いったんケースファンを追加したものの、CPU温度の実効的な低下が見られず、その癖PC全体のファンノイズが嫌な感じで増えたため、早々に取り外してしまった。下のグラフはフロントケースファンが無い場合とある場合のCPU出力とCPUパッケージ温度の関係だ。フロントケースファンを追加すると（紺色で表示）、むしろCPUパッケージ温度が（1℃程度とは言え）上昇した条件すらある。これはかなり残念な結果だ。

とは言えケースファン追加の効果が皆無かと言うとさも非ず、3.5インチHDDの温度は40℃→35℃と5℃程度低下した。ここまでなら追加したケースファンは残しただろうが、なんとも悪い塩梅にファンノイズが増加してしまった。

　下のグラフはとあるiOSアプリで測定したCPU出力に対するノイズレベルの変化だ。測定位置はPC本体の真正面、距離30cmである。ちなみにPC操作者は、PC本体の真正面から斜め45°方向、距離約90cmの位置に居る。

　ここは個人的な感覚に強く依存した話になってしまうのだが、ノイズレベルが45dbを越える辺りから急にノイズが不快に感じられるようになる。グラフ中の紺色で示すように、フロントケースファンを追加すると、CPU出力100W以上でノイズレベルが45dbを越えてしまう。そして、これに私が耐えられなかったのだ。いやぁ、音を聴いていると何か気持ち悪くなるんですよ。

 

　かくして、更なる、とは言っても良くて2～3℃に過ぎないのだが、CPUパッケージ温度の低下を狙ったフロントケースファンの追加は完全な失敗と言う悲しい結果に終わったのだった、無念。