導入
オーバークロックはかつて、平均以上のハードウェア知識とちょっとした冒険心を持つ愛好家の領域でした。コミュニティは、CPU周波数の限界に挑戦するベンチマーク競技者、老朽化したマシンの性能を最後の一滴まで引き出そうとするゲーマー、あるいはシステムの非公式かつ宣伝されていない限界に挑戦したいパワーユーザーなどで構成されていました。オーバークロック／改造にまつわるこうした精神の典型的な例として、2006年にTom's Hardwareで展示した「DIY Cooking Oil PC」が挙げられます。
時代は変わりました。水冷システムのようなシステムパフォーマンスのニッチな「微調整」と同様に、ベンダーはオーバークロックを積極的に取り入れ、自社ハードウェアの性能を熱心に宣伝し、オーバークロックをはるかに容易にするソフトウェアやファームウェアツールを提供し、2000年代には多くの人がうっとりするようなスペックを備えた、オーバークロック済みのプレビルドシステムを高額で提供しています。
オーバークロックの主流化は、ゲームだけでなく、通貨マイニングやBOINC、タンパク質フォールディングといった分散型科学計算など、数多くの新しいアプリケーションの登場によっても後押しされています。近年、オーバークロックのプロセス自体は大幅に簡素化されましたが、盲目的なものではありません。多くの場合、オーバークロックとは、特定のコンポーネントを限界まで追い込むだけでなく、システム全体を検討し、ボトルネックを解消することです。
たとえば、一部の Core i7-3770K は 5.1 GHz 以上で動作させることができます (電圧設定は約 1.45 V 程度)。ただし、システムを科学計算 (または大規模なデータ セットの操作が必要なその他のアプリケーション) に使用する場合、メモリのデータ レートがパフォーマンスのボトルネックになる可能性があります。
この記事ではCPUに焦点を当てていますが、システムメモリとグラフィックプロセッサもオーバークロック可能です。多くの初心者は、パフォーマンス向上のためにプロセッサをオーバークロックする代わりに、システムの冷却システムをアップグレードするだけで、高負荷時にプロセッサ内蔵のサーマルスロットリングが作動するのを防ぐことができることに気付くかもしれません。
ハードウェアの性能は近年大きく変化していますが、オーバークロックの根底にある概念は変わりません。クロック（発振器）を搭載したコンポーネントには、ヘッドルームと呼ばれるパフォーマンス（周波数）の余裕があり、これは宣伝されているデフォルト設定を超えて利用できます。ヘッドルームの一部は、公称システムの熱性能と利用可能な電圧制約に基づいて、ハードウェアに安全マージンが設計されているためです。つまり、量販品のコンポーネントは、上位5%のPCしか冷却能力を発揮できないほどの熱を放出してはなりません。これは「意図的なガードバンド」と呼ばれます。極端なオーバークロックは、このガードバンドだけでなく、ハードウェア設計とシリコン製造プロセスにおける保守性も損ないます。
ヘッドルームのもう1つの部分は、標準値がメーカーテスト中に決定された安定した設定値であるためです。例えば、特定のCPUとシステム構成では、利用可能な最大値より2.5GHz低い周波数で動作させた場合に、クラッシュの発生頻度が最も低くなる可能性があります。
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最後に、メーカーは、オーバークロッカーに実質的に無料のパフォーマンス向上を料金を請求せずに提供することを嫌がります。Intel の乗数ロックおよび乗数ロック解除 CPU はその良い例で、同一のチップが人工的な周波数上限ありとなしで販売され、オーバークロック機能にはプレミアムが課金されます。
コンポーネントの周波数は様々な方法で上げることができますが、高い周波数で必要な強力な信号を供給するために、コンポーネントの電圧を高く設定することがよくあります。このガイドでは、オーバークロックに「適した」プロセッサについて議論するものではありません。オーバークロッカーにはそれぞれ好みがあり、CPUを推奨する際にはバイアスが影響します。ただし、数年前のトッププロセッサの状態を比較したい場合は、ボトルネックについて解説した以前の記事（AMD FX-8350とIntel Core i7-3770Kの比較記事）がありますので、そちらをご覧ください。
熱、安定性、損傷、保証に関する考慮事項
システムをオーバークロックすることで標準を超えるパフォーマンスを実現するのは、単なる小さな調整ではありません。HWBot メンバーの just_nuke_em は、比較的安価なクアッド モジュール AMD FX-8120 を標準クロック レート 3.1 GHz から 8.3 GHz にオーバークロックしました。これは、AMD が公表している仕様より 250% 以上も向上したことになります。
ほとんどのオーバークロックはこの世界記録よりは控えめですが、パフォーマンスの向上には物理的な限界が伴います。チップのクロック速度と電圧が上昇すると、システムの廃熱出力も急速に増加するため、この熱を何らかの方法で除去する必要があります。多くの場合、ビルドの冷却能力は、コンポーネントの理論上の最大周波数に達するずっと前に最大になります。また、CPU の冷却は、時が経つにつれて効率が上がるのではなく、むしろ低下し続けます。CPU の各世代は、以前の世代よりもトランジスタ密度が高くなっています。Intel は、2008 年の 45nm Nehalem ダイから 2015 年の Skylake で 14nm ダイに移行し、Cannonlake (2017 年リリース予定) は 10nm プロセスで製造される予定です。AMD も同様の進化を続けています。
新しいアーキテクチャが登場するたびにトランジスタ数は増加する傾向にあるものの、ダイサイズは変わらないため、従来の冷却ソリューションでは熱エネルギーの発生速度に対応することが非常に困難になっています。実際、ダイが小さくなるにつれてCPUとヒートスプレッダーの接触面積が減少し、冷却効率が低下します。こうした要因すべてが、現在のチップにおける「ホットスポット」の発生頻度を格段に高めています。もちろん、よりアグレッシブなオーバークロックを安定させるために（うまくいけば）電圧を上げると、消費電力は急激に増加します。周波数を少しずつ上げると、コア温度は急上昇する傾向があります。
オーバークロックは、システムの安定性にも悪影響を与えることがよくあります。愛好家は、システムクラッシュの増加やパフォーマンスの一貫性の低下を我慢しなければならない場合もあります。ただし、オーバークロックしたすべてのシステムが標準設定よりも安定性が低いわけではありません。多くのオーバークロッカーは、標準設定よりも高いクロックレートで、新たな、より優れた動作ポイントを発見したと報告しています。しかし、工場出荷時の仕様を超えて動作させたCPUは、負荷がかかるため、寿命が短くなる可能性が高くなります。
オーバークロックをためらう理由としてよく挙げられるのは、損傷や保証の無効化です。熱や電圧の過負荷によるコンポーネントの損傷は昔は容易でしたが、今でも起こり得ます。しかし、メーカーはサーマルスロットリングなど、様々なフェイルセーフ対策を講じており、実際には短期間のテストランで恒久的な損傷が発生する前に、システムが不安定になりクラッシュする可能性の方がはるかに高いのです。
しかし、オーバークロックはシステムコンポーネントの寿命を縮めます。プロセッサだけでなく、マザーボード、メモリ、そしてオーバークロックされたプロセッサと共に設計動作点を超える負荷がかかったその他の部品も含みます。電子機器において、摩耗の最大の原因はエレクトロマイグレーションと呼ばれる現象です。これは、電流の力によってイオンが構造から隣接する構造へとゆっくりと移動する現象です。主な要因としては熱と電圧の上昇が挙げられますが、熱と電圧の限界は材料、製造技術、そしてコンポーネントの想定寿命によって異なります。特に熱負荷はICのエレクトロマイグレーションを加速させる傾向があります。
保証に関しては、GPUメーカーやマザーボードメーカーは最近オーバークロックに積極的になっていますが、IntelとAMDの両社はCPUのクロックレートを変更すると保証が無効になります。Intelは「パフォーマンス・チューニング・プロテクション・プラン」を提供しており、対象となるプロセッサがIntelの仕様範囲外になった場合、交換を行います。一方、AMDは、AMD独自のOverdriveソフトウェアを使用してオーバークロックを行った場合でも、公表されている仕様外で動作させたプロセッサの保証は行いません。
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ジーン・ファブロンは、Tom's Hardware USのアソシエイト寄稿ライターです。彼は様々なコンポーネントに関する参考資料を執筆しています。
