アンダーボルティング(低電圧化)で熱とバッテリー消費を抑える方法

パソコンやスマートフォンが、より涼しく動作し、しかも消費電力まで少なくできるとしたら、信じられますか?「アンダーボルティング(undervolting)」と呼ばれる手法を使えば、大きなデメリットほとんどなしにCPUの効率を高められます。正しく実行すれば、デバイスの発熱は減り、バッテリー持続時間も向上するのが一般的です。

ただし、この作業には相当な忍耐と自信が求められます。失敗すれば取り返しのつかない事態に陥る恐れもあるため、挑戦するのは覚悟のある人だけに限られます。もっと手軽にバッテリー消耗を抑えたい方は、パソコンを冷やす一般的な方法をまとめた記事を参考にしてみてください。

本記事では、アンダーボルティングを初めて知る方に向けて、その仕組み、実行手順、対応ハードウェア、利用できるソフトウェアについて解説します。より詳細な手順を知りたい方は、専用のチュートリアル記事も併せてご覧ください。

アンダーボルティングとは?

『Call of Duty』や『Modern Warfare 3』などを長時間プレイした後、パソコンやグラフィックプロセッサが異常に熱くなっていることに気づいたことはありませんか?これは、デバイスの動作速度と温度の間にシンプルな相関関係があるためです。CPUに負荷のかかる作業を行うと、パソコンはアイドル時よりも高い周波数で動作し、その分多くの熱を発生させます。

電気工学では、この関係を説明する公式が使われています。残念ながら筆者はエンジニアにはなれなかったので理解は浅いのですが、「P = V²/R」、つまり電力 = 電圧の2乗 ÷ 抵抗という式です。

この式からわかるように、電圧を下げることは電力に絶大な影響を与えます。しかし疑問が残ります。どうすれば性能を維持したまま電圧を下げられるのでしょうか?押さえておきたいポイントは3つあります。

• CPUはすべて同じではない:プロセッサの製造は極めて複雑で、まったく同じ2つのCPUは存在しません。CPUはそれぞれ電圧に対する許容範囲(マージン)が異なります。そのため、プロセッサメーカーは大多数のCPUが問題なく動作できる基準電圧を設定しています。ところが、この基準電圧は実際に必要な値より高めに設定されていることが多く、余分な廃熱を生む原因になっています。つまり、大多数のCPUは実際には各周波数において、より低い電圧でも動作できるのです。
• CPUの速度変化は線形ではない:パソコンの動作速度は、通常ギガヘルツ(GHz)単位で表される最高クロックから最低速度まで変化します。最高速と最低速の間の遷移は連続的ではなく、段階的に行われます。この「段階」の呼び方はアーキテクチャによって異なり、PC(x86)では「P-state」と呼ばれます。ARMには同様の命名規則はないようです。
• CPUの電圧は下げられる:CPUは周波数ごとに一定範囲の電圧許容値を持っています。専用ソフトを使えば、各周波数の電圧(「VID」と呼ばれることもあります)を下げられます。ただし下げすぎるとクラッシュやブルースクリーンの原因になるため、注意が必要です。

デバイスをアンダーボルトする3つのステップ

• データをバックアップする:最悪の事態が起きると、端末が永久にブートループに陥る可能性があります。だからこそ、必ず事前にデータのバックアップを取っておきましょう。
• 電圧は少しずつ変更する:電圧を下げるときは、常に再起動がかかる可能性があります。一部のモバイル端末は「スリープ・オブ・デス(sleep of death)」と呼ばれる状態に陥り、ハードリセットが必要になります。不安定な電圧のまま保存してしまうと、起動不能になることもあります。電圧は必ず少しずつ下げ(決して初期値以上に上げないこと!)、各段階で入念にストレステストを行ってください。なお、高クロック帯ほど発熱量が大きいため、高速側の倍率の方が低速側よりもアンダーボルティングの効果が大きい点にも注目しましょう。モバイルデバイスでは、消費電力と発熱の両面で特に顕著な改善が期待できます。
• ストレステストを行う:倍率を1つ分だけ電圧を下げたら、入念にストレステストを実施します。Android用とPC用のストレステストソフトがあり、これらを使えば作業は格段に楽になります。テストでは、CPUを最高速または一連の周波数範囲で強制動作させます。アンダーボルトの値を設定したら、あとはストレステストソフトを起動するだけです。

デスクトップPC・ノートPCの場合

一部のデスクトップPCやノートPCでは、BIOSから電圧を変更できます。ただし、マザーボードメーカーによって用語が異なる点には注意が必要です。「voltage offset(電圧オフセット)」という項目は、全ての段階の電圧を一律に下げます。一方、最高クロック時の電圧のみを下げる方式のマザーボードもあります。自分のマザーボードの型番と「undervolt」「voltage offset」というキーワードで検索してみましょう。

筆者のEFI(BIOSのようなもの)でのアンダーボルト設定例:

Intel CPU:残念ながら、Sandy Bridge以降のIntelチップセットは、電圧を下げても大きなメリットが得られません。筆者の経験では温度にある程度の影響がありましたが、専門家の見解は異なるようです。旧世代のIntel CPUをアンダーボルトする最も一般的な方法は、Windows向けのThrottleStopです。

ThrottleStopは幅広いCPU周波数帯の電圧を下げられます。「Set Multiplier」にチェックを入れ、「VID」の数値を減らすだけで電圧を下げられます。

AMD CPU:特にBrazos、Llano、Trinityシリーズは、アンダーボルティングの効果が非常に高いことで知られています。代表例がBrazosシリーズのCPU/APU向けアンダーボルトソフトで、電圧を操作するソフトとしては「BrazosTweaker」や「FusionTweaker」があります。ユーザーの報告では、最大30%の温度低下とバッテリー駆動時間の着実な向上が見られたとのことです。

AMDチップセットには、PSCheckやAMD Overdriveといった他の電圧操作手段もあります。ただし、PSCheckは最良のプログラムである反面、入手が最も難しいことでも有名です。筆者は結局、見知らぬ他人のDropboxからzipファイルをダウンロードしてインストールしました。これは常にひどい発想であり、絶対に真似しないでください。……筆者のように常日頃から判断ミスを繰り返している人間なら、怪しいソースからのファイル導入など、取るに足らない問題に思えるかもしれませんが。

ストレステスト:ストレステストは、電圧を1段階だけ下げてからストレステストソフトを起動するだけです。筆者の経験では、5〜10分程度のテストで十分です。クラッシュやフリーズが発生した場合は、次の倍率(P-stateとも呼ばれ、下図参照)に進む前に、電圧を少なくとも1段階戻してください。これを各段階で繰り返し、不安定になる直前まで電圧を下げていきます。周波数が上がるにつれて必要な電圧も上がっていくことに注目してください。

ストレステストに最適なソフトはPrime95です。Prime95は複雑な数式計算をパソコン上で実行し、CPUを強制的に高温状態にします。電圧の設定が低すぎればパソコンがクラッシュするため、プロセッサの電圧耐性の限界値がわかります。5〜10分程度のストレステストで、不適切な電圧設定はほぼ洗い出せます。

Prime95の「Run a Torture Test」では、必ず「Small FFTs」を選択してください。

タブレット・スマートフォン・Android端末の場合

端末のアンダーボルティングに挑戦する前に、root権限を取得し(SuperOneClickなど)、アンダーボルティングに対応したカスタムROMをインストールしておく必要があります。厳密にはUV(Undervolt)対応のカスタムカーネルさえあれば十分ですが、ほとんどのカスタムROMにはカスタムカーネルが含まれています。

カスタムカーネルと適切なソフトウェアがあれば、ほとんどの携帯電話でアンダーボルティングが可能です。ただしそのためには、OSよりも上位のレイヤーで動作する特別なファームウェア、あるいはそれに相当するソフトウェアが必要です。ファームウェアは、エンドユーザーが通常アクセスできない領域のフラッシュメモリに保存されています。適切なファームウェアがあれば、専用ソフトでCPUへの供給電圧を調整できます。

筆者のお気に入りのアンダーボルトソフトはIncrediControlでした[現在は配布終了]。アプリを起動し、上部メニューバーから「SVS」タブを選択します。そこから先は細心の注意が必要です。電圧は必ず1段階ずつ下げてください。おすすめは、上位2〜3個の周波数の電圧だけを下げることです。電力の式が示すとおり、高周波数帯の電圧を下げる方が、全体の発熱削減に大きく寄与します。

ストレステスト:ストレステスト用アプリとして筆者の知る限り価値があるのはStabilityTestだけです[現在は配布終了]。「Classic Stability Test」か「Scaling Stability Test」のいずれかを選択します。最高クロック帯のみアンダーボルトするならクラシックテストで十分ですが、複数の値をアンダーボルトする予定ならスケーリングテストを選びましょう。

まとめ

デバイスを冷やしてバッテリー駆動時間を伸ばすのに必要なのは、たった3つのステップです。第一に、デバイスをバックアップする。第二に、電圧を少しずつ調整する。第三に、電圧を調整するたびにストレステストを行う。Android端末ではroot権限とカスタムROMの導入が前提となり、パソコンではLlano、Brazos、TrinityなどのAMDチップセット、IntelシステムならCore 2 Duoあたりの世代が対象となります。

そして何より、電圧を初期値以上に上げないことを忘れないでください。電圧を上げれば、パソコンを破壊しかねません。

アンダーボルティングを愛用している方はいませんか?ぜひコメント欄でお聞かせください。

画像クレジット:Lightning via MorgueFile.com / Motherboard via MorgueFile.com