【実測検証】M.2 NVMe SSDにヒートシンクは本当に必要か？

ここ数年でSSDの価格は大幅に下落しましたが、2.5インチSSDはPCI Express接続のNVMe SSDへと移行期を迎えています。新型SSDは非常にコンパクト（8×2.2cm）で、マザーボードのM.2スロットに直接装着できるのが特徴です。

M.2ドライブは高速かつ小型であるだけでなく、煩わしい電源ケーブルやデータケーブルが不要になる点も魅力です。NVMe SSDの価格はここ1年で急落し、従来の2.5インチSSDとほぼ変わらない価格帯にまで下がっています。

高速化の代償は高温と短寿命

しかし、その高い記憶密度ゆえに発熱という課題を抱えています。NVMe SSDが80℃を超える温度に容易に達することを、実際にはほとんどのユーザーが認識していません（多くのNVMe SSDの動作保証範囲は0〜70℃です）。

過熱による悪影響は性能低下にとどまりません。Facebook（現Meta）が自社データセンターで実施した大規模な調査では、過熱がSSDのデータ整合性と寿命に悪影響を及ぼすことが示されました。ドライブを50℃以下に保てば、寿命は確実に延びます。速度とケーブルレスの利便性を考えれば、2.5インチ比で十数ドル程度の追加投資は十分理にかなっていますが、性能と寿命を犠牲にしてまで過熱させてよいわけではありません。

NVMe SSDにヒートシンクは必要なのか？

ヒートシンクの有効性を検証するため、まずヒートシンクなしのNVMe SSDがどれほど過熱するかを調査しました。あわせて、3種類のM.2 SSD用ヒートシンクの冷却効果も比較テストしています。1つ目は最新マザーボードに付属するもの、2つ目は有名ブランドの市販品、3つ目はより安価な中国ブランド品です。

サーマルストレステストにはSamsung PM981 NVMe SSDを使用しました。ドライブはGPU直上の同一の高帯域幅M.2スロットに取り付け、測定条件の一貫性を確保しています。各冷却条件ごとにCrystal Disk Mark 6を3回連続実行（各約5分）し、ストレステスト前にアイドル時温度を、各ランで最高温度を記録しました。室温は22℃に一定化しています。

テスト環境はRyzen第2世代（Zen 2マイクロアーキテクチャ）プラットフォームベースです。X570プラットフォームはPCI-E 4.0対応を見据えて余裕をもって設計されているため、性能ボトルネックは発生しません。テストに使用したPCの構成は以下の通りです。

• CPU：AMD Ryzen 5 3600
• CPUクーラー：Cooler Master MasterLiquid ML240R
• マザーボード：ASUS TUF Gaming X570-Plus
• メモリ：16GB ADATA XPG D41 DDR4 3600MHz
• GPU：GIGABYTE GeForce RTX 2070 SUPER GAMING OC
• ケース：NZXT H700i

ヒートシンクなしで運用した場合

上のグラフが示すように、ヒートシンクなし運用の唯一の利点はアイドル時の温度です。コントローラとNANDフラッシュがケース内のエアフローに直接さらされるため、3つのヒートシンクのうち2つよりもアイドル時温度が低くなります。これは、アルミヒートシンクとドライブ部品を熱的に結合するサーマルパッドが低温域では放熱効率が低いためです。ただし、アイドル時に50℃以下に収まっているのであれば、数度の差は実質的に問題になりません。

ところが、この優位は長く続きません。Crystal Disk Mark 6のストレステスト開始から1分足らずで、Samsung PM981は94℃まで急上昇しました。Phoenixコントローラを監視する温度センサーの値から、ドライブがすでにサーマルスロットリング状態にあることが明確にわかります。NANDフラッシュも初回ランだけで61℃に達しました。2回目以降のランでは、コントローラの熱保護機構が作動し、わずかな性能低下と引き換えに96℃で安定します。一方、NANDフラッシュメモリは上昇を続け、最大動作温度の69℃に危険なほど接近していきました。

言うまでもなく、これは決して理想的な状態ではありません。NVMeドライブは性能余裕が大きいため、サーマルスロットリングの影響を体感しにくいものの、こうした高温への長時間の曝露は、ドライブの長期的な健康状態にとって決して好ましいものではありません。

マザーボード付属ヒートシンクを使用した場合

優良なマザーボード、特にRyzen第2世代対応製品のほとんどには、プライマリM.2ドライブ用のヒートシンクが少なくとも1個付属しています。残念ながら、これらのヒートシンクの多くは金属量や放熱面積が不足しがちです。さらに、1個しか付属しないマザーボードの場合、GPUの下に隠れたM.2スロットなど、エアフローの観点から好ましくない場所にNVMe SSDを設置せざるを得ないこともあります。

驚くことに、ASUSマザーボード付属の薄くて平坦なアルミ板でさえ、「ないよりまし」の典型例としてしっかり機能しました。全3ランを通じて、マザーボード付属ヒートシンクはドライブを、多くのメーカーが推奨する70℃の上限を大きく下回る温度に保つことができています。次のPCを組む際にマザーボードでケチしてはいけない、もう一つの理由と言えるでしょう。

EKWB EK-M.2 NVMe ヒートシンク

EKWBはPCハードウェア愛好家の間で名高いブランドで、カスタム水冷製品において高い評価を得ています。しかし、同社の約20ドルのSSDヒートシンクは、手早くOEMリブランドしただけの製品ではないかと疑念を抱かせる出来栄えです。ヒートシンクにはEKWBらしい素材の質感や工作精度が感じられず、ブランドが最安値の入札者にOEM契約を委ね、製品から手を引いたかのようです。

厳しすぎると感じたら、SSDと熱的に接触する側の表面仕上げと陽極酸皮膜の品質を一度見てください。アルミの品質と密度は、価格から受ける印象に到底見合っていません。その結果は性能にも如実に表れており、20ドルのヒートシンクは、予算帯のRyzen X570マザーボードに無料で付属する簡素なアルミバーと僅差でした。冷却役目は果たしますが、要求されるプレミアム価格に見合う価値は明らかにありません。

Barrowch M.2 OLED ヒートシンク

Barrowchは中国版EKWBとも言える存在で、カスタム水冷製品はEKWBより大幅に安価に提供されています。M.2 OLEDヒートシンクは18ドルとスロベニアの競合製品と大差ありませんが、多機能さでは一歩上を行きます。この価格で、ヒートシンク内部に組み込まれた温度センサーと連動する精緻なOLEDディスプレイを搭載。強化ガラスサイドパネル越しに一目見るだけで、大切なM.2 SSDの温度状態を確認できます。

ディスプレイがヒートシンクのエアフローを妨げ、熱特性に悪影響を与えるのではないかという指摘もあるでしょう。しかしそれは、ヒートシンクに使われたアルミの重量と密度によって十分補われています。EKWB製より大幅に重く、表面仕上げと陽極酸皮膜の品質も格段に優れており、付属のサーマルパッドも明らかに高品質です。その結果、BarrowchのSSDヒートシンクは、それ以前にテストしたすべての製品を十分な差をつけて上回る成績を収めました。

熱容量の大きさゆえに最も温度上昇が緩やかなのも特徴です。NANDフラッシュの温度がマザーボード付属ヒートシンクより相対的に高めだったのは、コントローラからの熱を効率よく奪っている証拠です。これは実は好都合なのです。一般の認識に反して、NANDフラッシュは50℃以上で最適に動作し、70℃未満に保たれる限り最も安全だからです。70℃を超えるとデータ整合性が損なわれる恐れがあります。

結論：マザーボード付属でも市販品でも、ヒートシンクは必須

NVMe M.2 SSDにヒートシンクは必要か？　私たちの答えは断固として「YES」です。NVMe SSDは装着すれば後は放置しがちですが、これらのドライブは日常的な使用中でも深刻な過熱に陥り得ます。高性能ゆえにサーマルスロットリングの影響を体感しにくいものの、高温への長時間の曝露は寿命にとって良い知らせではありません。

NVMe SSDを冷やすその他の方法

NVMe SSDを「加熱されたクリスピークラッカー」にしたくなければ、ヒートシンクの導入が有効です。さらに、冷却のためにできることは他にもあります。

Barrowch M.2 OLED ヒートシンク

まずはテストで使用したヒートシンクから紹介します。約20ドル・送料無料のBarrowch M.2 OLEDヒートシンクは、非常に魅力的な選択肢です。鮮明なOLED温度ディスプレイはおまけのような存在。新品のM.2 NVMe SSDにその10倍以上の金額をすでに支払っているのであれば、18ドルの追加投資は決して高くないでしょう。

Thermalright サーマルパッドへの交換

ヒートシンク付属の純正サーマルパッドでも通常は十分な性能を発揮しますが、熱伝達をさらに一段引き上げたいなら、愛好家の間で定番となっているThermalright製サーマルパッドへの交換がおすすめです。多少手間のかかる作業なので、ヒートシンクで十分に冷えているのであれば、無理に行う必要はありません。

ファンによるアクティブ冷却

マザーボードに複数のM.2スロットがある場合、それぞれがケースファンに対してどの位置にあるかを確認しましょう。そもそもケースファンは搭載していますか？　NVMeが高温で動作しているなら、吸気ファンの風が直接当たる位置にドライブを配置することを検討してください。

どのファンを選ぶべきかについては記事が1本書けるほど奥深い話題ですが、考えすぎず手軽に解決したいなら、Noctuaのケースファンが非常に信頼できる選択肢です。

GPUから離して設置する

複数のM.2スロットがある場合、そのうち1つはGPUのすぐ近くに配置されていることがあります。GPUはPCケース内で最も発熱量の大きい単一パーツであり、NVMe SSDをその近くに置くのは絶対に避けるべきです。

ヒートシンクの悩みが解決したところで、CinebenchでCPUベンチマークを試してみたり、GPUのストレステストにはFurMarkの使い方ガイドをチェックしてみてはいかがでしょうか。