AIO水冷クーラーでNVIDIA製グラフィックカードのポテンシャルを最大限に引き出す方法

かつて新しいGPUの購入はシンプルなものでした。希望する性能帯のGPUを選び、そのひとつ下のランクのモデルを買ってオーバークロックすれば、上位モデルに匹敵する性能を引き出せたのです。しかし残念ながら、最近ではそう簡単にはいきません。

NVIDIAもAMDも、製品ラインナップが緻密に構成されており、GPU同士の価格差はわずか30ドル程度しかありません。2018年に120億ドルもの売上を達成したNVIDIAが、オーバークロッカーに足元をすくわれるはずがありません。一見不可解に見えるNVIDIAの戦略には、しっかりとした意図があるのです。

液冷でGPUブーストを活用する

ここで登場するのが「NVIDIA GPU Boost」です。表面的には、自動オーバークロックの恩恵を一般ユーザーに提供する機能ですが、同時に電圧や消費電力といった重要なオーバークロックパラメータへの制御を厳しく制限することで、オーバークロッカーの自由を奪う側面もあります。その結果、Pascal(GTX 10xxシリーズ)やTuring(RTX 20xxシリーズ)GPUで到達できる最大クロックは、利用できるサーマルヘッドルーム(温度余裕)に大きく依存する仕組みになっています。

要するに、苦労して設定した手動オーバークロックも、GPU Boostが温度パラメータに基づいてクロックを制御してしまうため、あまり意味を持ちません。だからこそNVIDIAは、前世代とほぼ変わらない性能しか持たないTuringグラフィックカードを堂々と発売できたのです。GPU Boostのおかげで、単純なオーバークロックだけで世代間の性能差を埋めることはできないようになっています。

しかし、前世代のPascalカードをお持ちなら、新しいTuring GPUを購入せずに済む、より安価な選択肢があります。その発想は、GPUの冷却を大幅に改善し、温度余裕があるときにGPU Boostが高い持続クロックを許容する性質を活用すること。これは低価格のAIO水冷クーラーをGPUに搭載することで実現できます。

20%の高速化、いかがですか?

新しいTuring GPUへのアップグレードで損をする代わりに、私はCorsair H80i v2 AIO水冷クーラーをNZXT Kraken G12マウントキットを使って、1年使用したGTX 1070 Ti Founders Editionに取り付けました。3DMark Time Spyグラフィックスベンチマークで、純正冷却・オーバークロック・水冷化の3つの状態を比較したところ、驚くべき結果が得られました。

純正冷却のままGPUを限界までオーバークロックしても、性能向上はわずか5.7%にとどまりました。これはNVIDIAのGPU Boostが厳しい温度制限によって、オーバークロックの本来のポテンシャルを発揮させないためです。一方、AIO水冷クーラーへの換装では、純正状態と比較してなんと20%もの性能向上を達成しました。実際、改造後のGPUは3DMark Time Spyで7900ポイントを記録し、7600ポイントのRTX 2060を大きく上回る成績を叩き出しています。

アップグレード費用のごく一部でRTX 2060以上の性能が得られるなら、この改造を行う十分な動機があると言えるでしょう。

必要なもの:基本アイテム

作業を始める前に、市販のAIO水冷クーラーでGPUを冷却するために必要なアイテムをリストアップします。なお、このガイドではPCの組み立てや分解にある程度慣れていることを前提としています。ドライバーをGPUに向けることに不安があるなら、この改造はおすすめできません。

• NZXT Kraken G12マウントキット
• 互換性のあるAIO水冷クーラー
• PH1およびPH00サイズのビット付きプラスドライバー
• 4mm六角ソケットドライバー
• アルコールワイプまたはイソプロピルアルコール(純度70%以上。90%、99%推奨)
• サーマルグリス(熱伝導ペースト)
• 不織布ワイプまたはマイクロファイバークロス

AIO水冷クーラーは、NZXT Kraken G12の互換性リストに掲載されているものであれば、メーカーやモデル、サイズは問いません。実際には公式リスト外の製品でも、Kraken Xシリーズと同じAsetek製マウントシステムを採用していれば動作します。このガイドで使用したCorsair H80i v2は公式サポート対象外ですが、まったく問題なく機能しました。

AIOクーラーのメーカーやモデルによっては、サーマルグリスを別途購入する必要がある場合があります。PH1とPH00のプラスドライバービットや4mm六角ソケットドライバーは単体でも購入できますし、iFixit Mako精密ドライバーセットなどに他の便利なビットと一緒に収録されていることもあります。

あると良いオプションパーツ

以下のパーツは完全に任意です。予算が厳しければ、これらをスキップしても問題ありません。これらは主に見た目の向上と、オーバークロック余裕のさらなる拡大のためのものです。M2.5六角ナットはGPUバックプレートの固定に役立ちます。GPUファンアダプターとY字分岐ケーブルは、AIOクーラーのラジエーターファンとVRMファンの両方をGPU自身で制御したい場合に必須です。そうでなければ、これらのファンをマザーボードのファンヘッダーに接続してコストを抑えられます。

• M2.5六角ナット
• GPU用4ピンPWMファンアダプター/分岐ケーブル
• VRAMヒートシンク(14mm x 12mm x 5.5mm)
• MOSFETヒートシンク(22mm x 8mm x 5mm)
• PWMコントローラーヒートシンク(10mm x 10mm x 10mm)
• 3M 8810放熱両面テープまたはArctic Silver熱硬化エポキシのいずれか
• 静電気防止リストストラップ
• 結束バンド

VRAM、MOSFET、PWMコントローラー用のヒートシンクは、オーバークロックをさらに高めるのに役立ちます。これらの小型ヒートシンクをVRM(電源供給)部品に取り付けるには、3M 8810放熱テープが便利です。ただし、このテープでは導電性のあるヒートシンクが剥がれてケース内に落ちるリスクが常に伴います。特に、軽量なアルミ製よりも効果の高い銅製ヒートシンクを使う場合は顕著です。

その場合は、Arctic Silverなどの熱伝導エポキシで恒久的に固定することをおすすめします。ただし注意してください。エポキシでヒートシンクを固定すると二度と外せなくなるため、保証は諦める覚悟が必要です。

準備が整ったところで、実際の改造作業に移りましょう。

注意:PCケースなど、十分に大きな導電体にアースされた静電気防止リストストラップを必ず着用してください。ラグの上に立つのは避け、可能であれば裸足で作業して静電気の蓄積を防ぎましょう。

作業手順

1. PH00ドライバービットを使って、バックプレートを固定しているすべてのネジを外します。バックプレートを取り外し、ネジと一緒に安全に保管しておきましょう。後で必要になります。

2. PH1ドライバービットに持ち替え、純正ヒートシンクをGPUに固定している大きなネジを外します。矢印で示した、リアI/Oシールドにヒートシンクを固定している2本のネジを忘れずに外してください。

3. バックプレートのマウントポイントとなるスタンドオフと、ヒートシンクをPCBに固定しているネジを外すには、4mm六角ソケットドライバーが必要です。

4. 純正ヒートシンクをPCBから慎重に引き離します。ここで無理に引っ張ると、GPUファンやロゴLEDのケーブルを破損する恐れがあります。両方のケーブルを優しく外してから、ヒートシンクをPCBから分離してください。

5. VRMモジュールに市販のヒートシンクを追加せず、Kraken G12キット付属のVRM冷却ファンに頼る場合は、次のステップへ進んでください。

3M 8810放熱テープでVRMヒートシンクを取り付けるのは簡単です。テープをサイズに合わせてカットし、モジュールに貼り付け、ヒートシンクをしっかりと押し込むだけです。すべての表面(ヒートシンクとVRMモジュール)をイソプロピルアルコールで清掃し、数分間乾燥させてから作業しましょう。

Arctic Silver熱硬化エポキシのような恒久的な方法を使う場合は、少し手間がかかります。エポキシの2剤を小分けにして入念に混ぜ、素早く塗布する必要があります。このエポキシは比較的早く硬化するため、ヒートシンクの取り付け作業を小さなバッチに分けて行いましょう。少量のエポキシを垂らし、PCBに溢れて部品をショートさせないよう注意してください。

ヒートシンクは薄く熱効率の良い層を作るため、数分間VRMモジュールに押し付ける必要があります。少なくとも最初の15分間はクリップなどでヒートシンクを固定し、良好な接着と薄いエポキシ層を確保することをおすすめします。

6. GPUバックプレートを再装着しない場合は、このステップをスキップできます。ステップ3で外したバックプレート用スタンドオフを取り出し、PCBの裏面から挿入して、表面からM2.5六角ナットで固定します。これでバックプレートをPCBに再び取り付けられます。

7. 写真のように、付属のばね式ネジを使ってNZXT Kraken G12マウントブラケットをPCBに取り付けます。

このタイミングで、古いサーマルグリスをイソプロピルアルコールと不織布ワイプまたはマイクロファイバークロスで綺麗に拭き取っておきましょう。AIO水冷クーラーのGPUブロックにグリスが事前塗布されていない場合は、米粒ほどの量のサーマルグリスを塗ります。

8. AIO水冷クーラーのGPUブロックをKraken G12マウントブラケットの正しい位置にねじ込みます。AIOクーラーのブランドやモデルによっては、GPUブロックから一部のマウントブラケットを取り外す必要があるかもしれません。AIOクーラーとKraken G12のマニュアルを参照すれば判断できるはずです。Kraken G12には92mm VRM冷却ファンが最初から付属しています。

9. ここでGPU用4ピンPWMファンアダプターを取り付けるのがよいでしょう。Y字分岐PWMファンケーブルでこのファンヘッダーを2つに分割すれば、GPUがラジエーターファンとVRM冷却ファンの両方の速度を制御できるようになります。

10. AIOクーラーのGPUブロック周囲の4つのマウント穴を、ステップ7でPCBに取り付けたブラケットの対応する穴と位置合わせします。アセンブリ全体をGPUの上に載せます。正しく行えていれば、AIO水冷クーラーのGPUブロックがGPUダイに接触しているはずです。

GPUブロック周囲の4本のばね式ツマミネジでアセンブリを固定します。まだ完全に締め込まず、まずは遊びをなくす程度にします。対角方向にネジからネジへと移動しながら、指で優しく締め、4本のネジにかかるトルクが偏らないよう注意してください。対角のネジを交互に指で締められる限界まで締めたら、同じ対角経路を辿りながらドライバーでさらに締め上げます。

92mm VRM冷却ファンを、ステップ9で設置したY字分岐PWMファンケーブルの空いているヘッダーに接続します。この段階で結束バンドを使ってケーブルを整理しておくと良いでしょう。まだ可能なうちに、すべてのファン接続を再確認することも忘れずに。

11. GPUをマザーボードのPCI-E x16スロットに装着し、AIOクーラーのラジエーターとファンをPCケースに取り付けます。ラジエーターファンをY字分岐PWMファンケーブルの最後のヘッダーに接続するのを忘れないでください。あるいは、GPUファンアダプターを使わない場合は、ラジエーターとVRMファンをマザーボードのファンヘッダーに接続しても構いません。GPU電源ケーブルを接続すれば完成です。

GPUの真のポテンシャルを解放する

Kraken G12によるAIO水冷化改造により、私はGTX 1070 Tiの純正状態からなんと20%もの追加性能を引き出すことに成功しました。さらに注目すべきは、この改造なしで到達可能な最大オーバークロック時と比較しても、13.5%高速だという点です。

数時間ゲームをプレイしても、GPU温度は50°Cを超えませんでした。だからこそ、GPUブーストクロックは純正GPUより200MHz以上高く、この改造なしのオーバークロック時より180MHz高く維持されました。これは、新型Turing GPUへのアップグレードで約束される10〜15%の性能向上に容易に匹敵し(私の場合はそれすら上回り)、100ドル未満の改造コストを考えれば決して悪い話ではありません。