オーバークロック
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オーバークロック (Overclocking) とは、デジタル回路を定格を上回るクロック周波数で動作させる行為。消費電力や発熱の増加、信頼性・安定性の低下を受容しつつ、より高い処理能力を得るために行われる。
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[編集] 概要
主として、動作クロックの変更が容易なx86 アーキテクチャのパソコン用CPUに対して実施される。また、これを好んで行う人のことをオーバークロッカーと呼ぶ。
Intel 486以降のx86 アーキテクチャCPUでは、動作クロックはベースクロックとクロック倍率の積として設定でき、汎用的なマザーボードでは多種多様なCPUの品種に対応できるよう、あらかじめ二つの値を何らかの方法で変更できる機能が備わっている。この二つの要素を定格以上の組み合わせに設定することで過大なクロック周波数をCPUに与えることができる。
オーバークロックは、「クロックアップ」「ブースト」と呼ばれることもある。前者は和製英語の一つであり語句の意味としてはオーバークロックと全く同じである。後者はオーバークロックも含む、システムに過負荷をかけて高性能を得る行為全体を指す、広義の語句である。反対の概念はアンダークロックである。
定格とは違う速度で動作させることはCPUなどに限らずマザーボードなどにも負担がかかり、機器の破損等のリスクがある。万一それによって機器が故障しても保証の対象外とする店舗やメーカーが多いため、実行する場合は自己責任で行うものである。
パソコン専門誌等で面白おかしく取り上げられている面があるため勘違いされがち[要出典]だが、自作パソコンのユーザー（ファン、マニア）が全てオーバークロックを肯定的に受け止めているわけではない。「まず安定性ありき」でオーバークロックを極度に嫌う人間も存在する。
[編集] 方法
- 半導体製品のマージンを見込む。
- CPUやメモリ等は工業製品であり、出荷した全ての製品が最悪の条件の下で所定の性能（定格）を発揮できるよう、ある程度の余裕（マージン）をもたせて製造されている。このマージンを期待し、定格以上のクロックを加えて動作させる。仕様で定められた動作条件の範囲において、温度が最高で、かつ電源電圧が最低の時でも、定格通りの性能を発揮する様に製造・選別されており、より低温、高い電源電圧であれば、マージンが広がる。そのマージン部分も使って動作クロックを上げる。
- 商品が潜在的に持つマージンを抽き出す。
- 半導体製品は同一規格の製品でも個々に特性が異なり、選別の過程を経て商品のランク（動作スピード）ごとに分けて出荷される。低ランクの商品の需要が急増した場合には、高い性能を持つ商品が、低ランクの性能試験のみをパスして、低ランクの商品として出荷される事がある。この様な商品を選んで、低ランクの定格に定められた仕様以上の高クロックを与える。商品の特性はロット単位でばらつきがあると言われ[誰が?]、特定ロットの商品がオーバークロックしやすいと評判になれば、それを指定して購入する事も行われる（歩留まりの項目も参照のこと）。
- CMOS半導体のスイッチング速度を向上させる（高電源電圧）
- CMOS半導体は、加える電源電圧が高いほどスイッチング速度が向上するという特性を持つ（「カツ入れ」を参照）。この特性を利用し、前述のマージン以上のクロックで動作させることが可能となる。ただし、スイッチング速度の向上と引き換えに消費電力が増大し、半導体素子の温度が急上昇するので、更に強力な冷却が必要となる。また、加速劣化試験を実施しているのと変わらない状況であるので半導体の寿命が短くなる。
- CMOS半導体のスイッチング速度を向上させる（低温）
- 同じくCMOS半導体は、低温において動作速度が速くなる。そのため、大掛かりな冷却手段を講じて温度を下げ、動作クロックの向上を図る。冷却手段としては、空冷、水冷、液体窒素を用いた冷却などがある。更に、ペルティエ素子による冷却も組み合わせることがある。
[編集] “カジュアルな”オーバークロック
半導体に詳しくない人でも可能な行為として、ハードウェア自体に特別な加工を施さず、安価なCPUとメモリを高クロックで動作させる方法がある。より高価なCPUに近い処理能力を得ることで得をした気分になることや、ベンチマークで好成績をおさめることを目的とする。ベンチマークの試合が行われる際、一般的にはこの”カジュアルな”オーバークロックのみ許可され、後述のハードウェアを改造するオーバークロックは許可されない。[要出典]
[編集] 設定方法の推移
1995年頃に出回ったマザーボードでは、ジャンパピンの差し替えを行ってクロック周波数の変更を行った。その方法はマザーボードの説明書に明示されていたのでわかりやすい反面、抜き差しが面倒だった。1997年頃からはジャンパピンの代わりにディップスイッチを備える製品が主流となり、ジャンパピンより楽に変更できるようになったが、いちいちケースを開かなくてはならず、やはり面倒だった。これら二つの方法は、物理的なスイッチを介して設定を行う都合上、クロック周波数および倍率の設定できる組み合わせは限られていた。
1999年頃になるとBIOSの設定画面で変更できるようになり、面倒さは大幅に改善された。2000年頃からはWindows用のブースト支援ツールを同梱する製品が現れた。ブースト支援ツールではオーバークロックを安全かつ確実に行えるよう、クロック周波数・電源・冷却ファンの回転数などを統合して管理できるようになっている。また、CPUを製造しているAMDが「AMD OverDrive」と呼ばれるオーバークロック用ツールを用意している。そして、このような設定ツールに対応するマザーボードの増加に伴い、従来は「禁じ手」とされたオーバークロックが、むしろ一種のセールスポイントのように扱われるようになってきた。
もちろん、たとえこのようなツールを用いたとしても、すべての製品で一様にオーバークロックができるわけではなく、何らかの事故が起きても一切の補償は行われない。定格外で使用している以上、これらのツールはすべて自己責任において用いることが原則である。
[編集] リスク
カジュアルなオーバークロックは、上記いずれかの方法でFSBの周波数・CPU内部でのクロック倍率・CPUやメモリへの供給電圧を上げ、ヒートシンクやCPUクーラーを良く冷えると言われているものに交換する程度である。そのため、マザーボード上のDC-DCコンバータの能力不足やオーバーロードによるMOS-FETの焼損、温度上昇によるアルミ電解コンデンサの容量抜け、クロック上昇による消費電力の増大に伴う電源負荷の増大、PCIバスの規定以上のクロック動作に伴う信号化け等々の不具合を起こすことが多く、最悪の場合火災が発生する。また、加速劣化試験を行っているようなものなので、システム構築当初は問題なく稼働しているように見えても、数カ月後には破綻することもあり、場合によっては1日も持たないこともある。
少なくとも、半導体メーカが提供するCPUやチップセットのデータシートを参照し、オーバークロック状態で消費する電力を供給できる電源ユニットに交換し、筐体内に充分なエアフローを確保する程度の事は行うべきである。特に夏期においては、充分に冷房の効いた室内で行うのが得策である。冷却は大切であるが、過剰に行い、部品類に結露を生じさせると、それにより故障する可能性もある。
いくらカジュアルなオーバークロックであっても定格外での動作をしている以上、リスクは常に存在していることを忘れてはならない。そして、リスクを受容できないなら安易に試みるのは避けた方がよい。一度に大きな変化を付けるのではなく、ほんのわずかな変更を行い、ベンチマークによる計測などの動作確認を繰り返し、納得のいく状態に近づけるのがオーバークロックの基本である。
同じCPUによっても、ロット（製造工場や出荷時期）の違いによって許容できる過負荷のマージン（許容範囲）がそれぞれ異なる。オーバークロッカーたちは情報交換を通じどのロットのマージンが広いか、狭いか、またどのように出回っているかを入念に調べている。販売店によってはそのようなユーザに対し好意的な取り扱いを行うところもあるが、全く逆の対応を示すこともある。大手業者の通信販売の場合はロットの指定はできない。
また、たとえマージンの広いとされる品を手に入れたとしても、定格以上の設定で動作しないといって不良品だと訴えることはできない。また、オーバークロックを防ぐためにクロック倍率を固定しているものも存在する。特に1996年頃からオーバークロックが簡単にできるようになった関係で、興味本位で行った結果「不当な」クレームを行うユーザが頻繁に現れ販売店が当惑する事態に陥った。どのような使い方であれ、定格外に設定した時点で（アンダークロックの場合も含む）製造メーカーも、販売店も保証を行う義務はなくなる。
オーバークロックを成功させる上では電源のことに意識を向けなければならない。クロック周波数の増加は消費電力の増加と、発熱の増加に直結する。したがって、定格で用いるよりも少し高めの電圧をCPUに供給しなければならない場合が一般的であるが、そのことが発熱を増やすため安定度がより失われることにもつながる。場合によっては定格よりも少し低めの電圧をCPUに供給してやるとうまくまとまることもある。このあたりには確実な方法は存在しないので、納得できるまでトライ＆エラーを繰り返すことになる。詳しくはカツ入れの記事を参照のこと。
市販されている自作パソコン用の電源ユニットに表記されている出力電力値は数秒間のピーク値であり、実際はその60%～70%が定格値である。逆に、メーカ品のPCに組み込まれている電源の容量は一見小さく見えるが、前述の定格値が記載されているためであり、その値の電力を連続して供給することが可能である。電源ユニットの選定は、自作パソコンの分野において難度の高いテーマである。仮に希望する電力が充分に得られたとしても電源にノイズが混入していたり、電源の供給を受けるマザーボードの方が粗雑・低性能ならば良い結果を得られる確率が減少する。
その関係で、かつてはPCケースに電源ユニットが組み込まれた姿で販売されるのが常だったが、電源別売りのケースが徐々に増え[要出典]、また電源ユニットが組み込まれているPCケースであっても、電源を外して購入できるようになってきている。
電源の問題を万全に解決するにはオシロスコープなどの計測機器や、アナログ回路（特に電源関係）についてのスキルがどうしても必要であるため、それを持たない大多数のオーバークロッカーについての解決策は、口コミで評判の良い電源ユニットを買うか、手持ちの電源で何とかできる範囲で収めるかである。
カジュアルなオーバークロックには代表的な三つの終わり方がある。一番目は、過度な設定と許容範囲の狭いパーツが合わさり、故障してしまうことである。二番目は、オーバークロックを一種の実験とわりきり、定格に戻してしまうことである。三番目は、良い意味での妥協点を見つけ、最高性能のセッティングではなく、定格以上で最良の可用性を得られるセッティングに収束させることであり、これがカジュアルなオーバークロックのハッピーエンドである。[要出典]
[編集] それ自体を目的とするオーバークロック
カジュアルなオーバークロックは、コストパフォーマンスを改善する可能性が含まれているが、それとは異なり、実用性やコストパフォーマンスを一切顧みず、とにかく高クロック・高パフォーマンスで動作の追求のみを目的としてオーバークロックを行う者がいる。マザーボード上のDC-DCコンバータに手を入れるのを手始めに、CPUやメモリは選別品を用い、冷却にはペルティエ素子を併用した液冷や炭酸ガス冷却・液体窒素冷却など、通常のパソコンには用いられない、あるいは常用する事を前提としない手法までをも用いる。
ベンチマークの試合においては、このようなスタイルでオーバークロックされたマシンには参加資格がない場合と、別枠・別条件で参加できるようになっている場合がある。カジュアルなオーバークロックによる試合は、「記録会」のような雰囲気になるが、ハードなオーバークロックがされたマシンが多数集う試合では、情け無用のデスマッチにちかい緊張感が漂う事になる。
ハードなオーバークロックは、モータースポーツにも相通じる。例えば、市販自動車のタイヤは少なくとも数年は良好な状態で使えるように設計されているが、競技用車両に用いるタイヤは「そのレースだけ」あるいは「想定した周回数分だけ」要求するスペックを維持できればよいという考え方で作られている。この考えと同様に、試合に勝つことを主目的に行われるオーバークロックにおいては、その試合で必要と想定された時間だけまともに動けばよいという考えで非常に極端なチューニングが施される。
また、レーシングカーの構成部品は実質的に使い捨てに近いのと同じく、このようなオーバークロックで用いられるマシンの主要部品も使い捨てに近い感覚で取り扱われる。過度の負荷をかけるため、1度は耐えられたとしても2度耐えられないほど内部回路が損傷していることが当たり前に起こり得る為である。こうして数万円もするCPUをあっさりと発火させ使用不能とすることは、「極めている」趣味者にとっては日常茶飯事である、と、言われているそうだ。[要出典][誰が?]
オーバークロックマニアの間では、オーバークロックした上で、単純に周波数を競う者や、あるいはオーバークロックした上でさらにベンチマークを走らせ、そのスコアを競うものなどが存在する。どちらにおいても、証拠写真であるスクリーンショットを撮ってインターネット上にアップロードして発表することで正式な記録とすることが多い。周波数を競うものでは、過去には定格166MHzのMMX Pentiumを生ビール用炭酸ガスによって冷却することで、300MHz以上での動作させたり、[要出典]2009年には液体窒素冷却を用いてエンジニアリングサンプル品ではあるがPhenom IIプロセッサをシングルコアで6.6GHzまで、クアッドコアで短時間ながら6GHzまで引き上げた実例がある[1]。
[編集] 宣伝のためのオーバークロック
オーバークロックがパーツ販売に際してセールスポイントとなったり、ある種の宣伝効果を持つ事も見られる。
自作パソコンが趣味として一定の市場を持つようになった頃から、CPUやマザーボード・CPUクーラー・ビデオカードなどの新製品の発売に際して、ハイエンドな自作パソコンのユーザーを中心にパーツのオーバークロックへの耐久性能（CPUクーラーの場合にはどれだけ冷却できるか）が大きな話題性を持つ事が見られている。また、パソコン雑誌やパソコンパーツ関係のニュースサイトなどで、技術系のライターがオーバークロックを実験した記事が掲載され、これが反響を呼び、大きな宣伝効果を持つことも見られる。記事中で特にオーバークロックへの耐性が高いと高評価を得たCPUモデルや特定のロットについては、電気街で自作パーツを中心に扱うパソコンショップなどで指名買いをする自作ユーザーが続出することも珍しくないなど、これら評価がCPU・パーツの販売量にも少なからず直結してくる事がある。
その為、インテル、AMDの両CPUメーカーやマザーボード・パーツの各メーカーにとっても、オーバークロックは表向きには推奨しなくとも、宣伝・セールス面で無視する事ができない要素になっている（AMDは宣伝の一環として、オーバークロック専用に製造されたCPUを商品にしたオーバークロック大会を開催するほどである[1]）。実際、マスメディア対応の一つとして、オーバークロック関連の記事を多く執筆しているパソコン関係のライターがいる編集部などに対しては、予めその方向でテスト使用される事を前提として、オーバークロックへの耐性が高そうなパーツを選別してテスター品として提供する事もある。[要出典]また、明らかにオーバークロックで使用される事を前提にした、インテルの「Extream Edition」、AMDの「Black Edition」のようなクロック倍率を固定していないCPUや、自動調整のオーバークロック機能を搭載したマザーボード、常時オーバークロック状態で動作する事を前提とした設定のビデオカードやメモリも販売されている。
その他、パソコンショップの店頭などで、オーバークロック状態のパソコンを用いたベンチマークなどの実稼働展示が行われる事も見られる。
[編集] オーバークロックの手法
- クロックオシレータ交換
- Z80や6502の世代から行われていた伝統的な手法である。近年では、原発乗っ取りなどと表記することもある。[要出典]クロックオシレータを本来の周波数より高い周波数のものに交換することにより、CPUを高い周波数で作動させる。この方法は、CPU以外のパーツにも影響が大きく、キーボードが正しく操作できなかったり、ディスクドライブへのアクセスが不安定になることなどが見受けられた。
- 倍率変更
- Pentium登場後、FSBとCPU内部クロックが異なるようになり、CPUは内部の倍率を外部から決定できるような構造を持つようになった。通常、この目的の為にマザーボード上にジャンパスイッチが存在し、これを利用することでより低クロックで安価なCPUを高い倍率で動作させる、本記事の用語でいうところのカジュアルなオーバークロックが流行した。そのときにCPUの倍率変更機能を悪用したリマーク品が横行(下位のCPUの表面のジャンパに手を入れて動作倍率を変更し、上位のCPUと同様に見せかけたもの)したため、それ以降のCPUではシリーズ最上位等の一部を除いて規定クロック以下の倍率しか設定できない、若しくは固定倍率になっているため現在では廃れている。もっとも、Athlonの表面のジャンパを閉じたりエンジニアリングサンプル品を利用することで実現可能な場合もある。また、AMDの「BlackEdition」シリーズのような倍率固定が解除されていることをうたう物も存在する。しかしながら定格外での動作は保証の対象外である。
- FSB向上
- 低ランクのCPU（Celeron等）を高ランクのCPU（Pentium II等）と同じFSBで動作させる事で全体的な性能の底上げを期待する方法。BIOS画面等で簡単に設定できるため、現在のカジュアルなオーバークロックの主流となっている。
- 倍率変更・FSB向上の特徴
- 同じ（あるいは近い）周波数になる組み合わせであっても、FSBを高くして倍率を小さくする設定の方が高性能になる。FSBはCPU以外のメモリやチップセットといったシステムを構成する主要パーツにも供給されているからだ。ただし、FSBの周波数に伴って、PCIバスやAGPバスの動作クロックが変わってしまうマザーボードでは、それらのバスに付けられているボードがそのクロックでは動作せず、問題となることがある。
[編集] PC以外のオーバークロック
パーソナルコンピュータ以外の電子機器においても、クロックを変更する改造がなされることがある。
[編集] ゲーム機
ゲーム機、特に『ゲームボーイ』を始めとする携帯型ゲーム機において、ゲームソフトの動作速度を変更するという目的でのオーバークロックが、一部のゲーマー達の間で行われている。当然ながら破損等のリスクを伴い、故障時にもメーカーなどからの保証を受けられなくなるもので、あくまで自己責任の範疇で行う行為である。
具体的な手法としては、本体を分解して、内蔵されている水晶振動子を任意の周波数のものと取り替えたり、あるいは並列させる。本来が4MHzの場合、8MHzのものに繋ぎ変えれば、本来の2倍の速度でゲームがプレイできることになる。水晶振動子と（必要なら）スイッチ、あとはハンダ付けの技術さえあれば比較的手軽に行える。ソフトとの相性にも左右されるが、例えば『ゲームボーイカラー』や『ゲームボーイアドバンス』は本来の2倍前後でも正常動作することが確認されている。なお、少なくとも上記の機種においてはもともとCPUの発熱が非常に少ないため、PCのように発熱などの問題に悩まされることはない。
アクションゲーム等においてスピードアップは単純な難易度上昇に繋がるので、遊び慣れたゲームにも新たな刺激を与えることができる。ロールプレイングゲーム等では経験値やアイテムを効率よく稼ぐことが可能になるので、時間が限られたプレイヤーでも十分に遊び込むことができるようになる。
[編集] 出典
- ^ a b 日本AMD、オーバークロック専用CPU「Phenom II X4 42 TWKR」をデモ～6GHzオーバーの動作を確認 - PC Watch 2009年6月30日
