RTX 4090がついに対抗馬に出会った

RTX 4090はモンスター級のグラフィックカードです。トリプルスロットサイズと、600ワット以上を供給できる太い電源ケーブルにより、標準サイズのPCケースにさえも果敢に挑戦し続けています。私は反撃したいと思いました。究極のスモールフォームファクターゲーミング体験を実現するために、入手可能な最大のGPUを可能な限り小さなケースに収めたいと考え、まさにそれを実現しました。

もちろん、問題が山ほどあるわけではありませんが、RTX 4090を10.4リットルのPCケースで動作させています。ちなみに、Hyte Y40のようなミッドタワーでも50リットルあります。綿密な計画、試行錯誤、そして少しの労力を費やしましたが、ついに夢にまで見たスモールフォームファクターPCが完成しました。その方法をご紹介します。

ビルドに会う

このPCはゲーミング用に組み立てました。もちろんRTX 4090を搭載していますが、AMDのRyzen 7 7800X3Dも搭載しています。これは重要なコンポーネントです。GPUをMini-ITXケースに収めるのは難しくありませんが、パワフルなCPUを搭載するのは至難の業です。その前に、組み立ての様子をご覧ください。

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まずは底から始めましょう。なぜなら、このビルドが実現可能なのは底部だけだからです。Fractal Terraは美しいスモールフォームファクターケースでありながら、非常にユニークな点も備えています。Lian Li A4-H20と同様に、Terraにはグラフィックカード用のチャンバーと、その他のパーツ用のチャンバーがそれぞれ独立して配置されています。このようにパーツを分離することで、この小さなケースに全てを収めることができ、パーツは内部の背骨の両側に取り付けられています。

しかし、Terraの背骨は調整可能です。CPUクーラーのスペースを広くしたり、GPUのクリアランスを確保したりできます。RTX 4090を収めるためにGPUのクリアランスをほぼ最大限に広げる必要がありましたが、それでもかろうじて十分なスペースが確保できました。Terraのサイドパネルの角にあるクリップが、RTX 4090の端に引っかかってしまうのです。サイドパネルをきちんと閉じるには、ケースを無理やり曲げなければなりません。

GPUの問題はこれで解決しましたが、前述したようにCPUがここで重要な役割を果たします。小型CPUクーラーは数多くありますが、Ryzen 7 7800X3Dには対応していないものが多く、ID-Cooling IS-55は例外です。Founder's Edition RTX 4090とこのCPUクーラーを組み合わせると、サイドパネルを閉じるための隙間はわずか数ミリしかありません。非常にタイトなため、ケーブルをまとめるスペースはほとんどありませんでした。PC内部のスペースを無駄にすることなく、CPUクーラーをきちんと収まるように、ロープロファイルのPNY XLR-8メモリも使用する必要がありました。

組み立ては完了し、正常に動作していますが、もしやり直せるならやり方を変えたいです。Gigabyte B650i Aorus Ultraは間違った選択でした。クーラーと干渉し、CPUにしっかりと固定されませんでした。クーラーを裏返してTerraにギリギリ押し込むことはできましたが、明らかに本来の組み立て方ではありません。Asus ROG Strix B650E-iとMSI MPG B650I Edgeはどちらもクリアランスの問題なく動作するようです。

最後に、ThermalrightのASF-Blackブラケットについて触れておきます。Intelの最新CPUで、このタイプの曲げ防止ブラケットを見たことがあるかもしれません。Ryzen 7 7800X3Dでは曲げられる心配はありませんが、このタイプのブラケットは温度を数度下げる効果があるようです。CPUクーラーの設置スペースが限られていることと、ブラケットが約8ドルだったことを考えると、悪くないだろうと思いました。

組み立てはこれで完了です。問題なく動作しています（今この記事をこのPCで書いています）。しかし、問題はすべてが収まるかどうかではありません。収まることは分かっていました。重要なのは、このPCの実際のパフォーマンス、特に熱や温度変化に関してです。

曲線の最適化

騒音の大きいゲーミングPCは大嫌いです。小型フォームファクターのコンセプトに反するからです。さらに言えば、熱くなるゲーミングPCも大嫌いです。オフィス（改造ガレージ）が熱くなるだけでなく、ファンの騒音も大きくなります。そして、このPCを組むにあたって、最初から問題を抱えていました。

RTX 4090は問題ありませんでしたが、CPUファンの騒音と熱はひどかったです。アイドル状態でも70℃を超えることがあり、ゲーム中は熱制限の89℃に達することもありました。ノイズはさらにひどく、アイドル状態で最大50dB、大音量時には60dBに達することもありました。アイドル状態で15分以内、そしてDiablo IV をプレイ中の様子は以下でご覧いただけます。

これはCPUの最適化に集中した部分です。RTX 4090は全く問題なく動作しています。アイドル状態では35度程度まで下がり、フル負荷状態でも65度を超えることは一度もありませんでした。NvidiaのモンスターGPUを冷却するために、特に作業する必要もありませんでした。

CPUの解決策は？ アンダーボルティングです。アンダーボルティングとは、プロセッサを低速で動作させることではありません。むしろその逆です。CPUをオーバークロックし ながら周波数を制限するという考え方です。CPUに高いクロック速度で動作するように指示しながらも、そのクロック速度に到達できないようにすることで、電圧曲線全体が上昇します。つまり、CPUはより低い電圧で通常のブーストクロック速度に達することになります。例えば、プロセッサが1.2Vで5.2GHzに達する場合、同じ電圧で5.4GHzまでオーバークロックできます。この方法を適用すれば、より低い電圧でも元の5.2GHzに達することができます。

これは技術的な説明ですが、実際には非常に簡単に実行できます。特にAMD CPUの場合はそうです。マザーボードのBIOS内、またはRyzen MasterユーティリティでCurve Optimizerを使用すると、マイナスのオフセットを作成できます。これは基本的に、特定のクロック速度と電圧に対して、電圧を一定量下げる機能です。AMDは最大-30のオフセットを設定できますが、すべてのチップがそのレベルに到達できるわけではありません。私のRyzen 7 7800X3Dでは、-20のオフセットで安定していました。

オフセットを設定したら、次はクロック速度、温度、電力のいずれかに何らかの上限を設定します。Ryzen 7 7800X3Dの定格電力は120Wですが、実際にその値に達することは稀です。Cinebenchでフル負荷をかけても、プロセッサの消費電力は90Wを超えることはなく、ゲームでは50Wを下回ることも稀でした。これについては別の議論が必要ですが、私は電力制限を70Wに決めました。チップから50Wも削減しているように聞こえますが、実際にはそうではありません。

これには試行錯誤が必要でした。電圧を下げる予定がある場合は、ある程度の調整が必要になるでしょう。しかし、Cinebenchでフル負荷をかけると、その大きな違いが分かります。プロセッサがサーマルスロットリングをしていないため、実際にはクロック速度がいくらか回復し、最高温度も10度ほど下がりました。それでもパフォーマンスは1%低下しましたが、これは特筆すべきほどではありません。

さらに一歩進んで

CPUは最大のハードルでしたが、さらに最適化したいと考えました。まずはRTX 4090の電圧を下げることから始めましたが、思ったほど効果はありませんでした。最終的に95ミリボルト下げ、電圧を1.05Vから0.945Vまで下げ、ブーストクロックを2,775MHzにすることを目標にしました。RTX 4090のブーストクロックは技術的には 約2,500MHzですが、かなり幅があります。私のカードはフルロード時に2,775MHzで安定しました。

Cinebench R24のGPUベンチマークで、アンダーボルトの効果を確認できます。スコアはほぼ同じまま、消費電力と温度をわずかに抑えましたが、大きな変化とは言えません。10分間のCinebench実行では違いが確認できますが、長時間のゲームプレイでは意味のある違いは感じられませんでした。それでも、技術的には改善されており、パフォーマンスも低下していないため、アンダーボルトを有効にしています。

そこから、PCから出るノイズを抑えるために、適切なファンカーブの設定に注力しました。フル負荷時にファンが最大回転数まで回転するのは良いのですが、PCにそれほど負荷がかかっていない時は、たとえ高温になっても静音性を維持することを優先しています。

このタスクにはファンコントロールを使用しました。適切なファンカーブの設定については以前にも書きましたが、アンダーボルティングと同様に、試行錯誤のプロセスです。アンダーボルティング後のアイドル温度を確認し、その付近でファン回転数を低く抑えるようにカーブを設定しました。より負荷の高い動作に移行するまで、ファン回転数が急上昇しないようにするためです。CPUのカーブはまだ調整中ですが、現状の状態にかなり満足しています。

CPU と GPU の電圧を下げ、適切なファン カーブを設定した後、アイドル状態で Diablo IV を 15 分間プレイした結果は次のとおりです。 

大きな改善です。温度は以前と比べて大幅に下がり、騒音も大幅に軽減されました（特にゲーム中）。アイドル時の温度にはまだ満足していないので、今後はファンカーブを調整して騒音と温度のバランスを調整していく予定です。とはいえ、以前のPCの状態と比べると、これは大きな改善です。

このPCを組み立てて以来、こんなに小さな筐体にこれだけのハードウェアを詰め込めるのかと、驚嘆のあまり眺め続けています。標準的なミッドタワーから小型フォームファクターのケースへの移行は、特にノイズと発熱の点で大変でした。しかし、低電圧化に取り組んだ結果、このPCの完成度に満足しています。

パワーを犠牲にすることなく、デスクスペースを大幅に節約できました。これは現在自作できるゲーミングPCの中ではほぼ最高峰ですが、ゲーム機よりも省スペースです。これまでスモールフォームファクターPCにこだわったことはありませんでしたが、RTX 4090をFractal Terraに搭載した後は、すっかり虜になってしまいました。