空冷式CPUクーラーで採用されている冷却機能

ゲーミングデスクトップPCでは簡易水冷タイプのCPUクーラーが常に注目されていますが、空冷式CPUクーラーも未だに多くの製品がリリースされ続けています。

メンテナンスフリーで静音かつ強力に冷却できる簡易水冷に対し、大型化や様々な冷却技術で対抗している空冷式CPUクーラーは製造コストの安さもあってメーカー製パソコンなどでは圧倒的なシェアを誇ります。そこで今回は空冷式CPUクーラーで採用されている冷却機能についてご紹介します。

ヒートシンクの大型化だけでは十分に冷却できない現在のCPU

マルチコア化と高クロック化が進み、Intelが一部の上位モデル以外はソルダリングを廃止したことによりCPUの発熱は増え続けています。冷却が間に合わなければCPUのブーストクロックに達しないばかりかダウンクロックして本来の性能を発揮しなくなります。

さらにCPUをはじめとする半導体の発熱は瞬間的に発生するため、熱をすぐにヒートシンクまで伝達させる必要があります。そのため従来のアルミ製ヒートシンクを大型化しただけでは熱伝達が遅すぎて能力を発揮しにくくなったという経緯があります。

最もポピュラーなヒートパイプ

ヒートパイプは文字通り金属製パイプをヒートシンク内に組み込んだタイプです。ヒートパイプの中は特殊な液体が封入されており、CPUの熱で片側では蒸発・ヒートシンクで冷却されて片側では凝縮して液体に戻るという流れが生まれます。

ヒートパイプは加工が容易でコストも安い上に熱移動が早いため、大型ヒートシンクへCPUの熱を隅々まで届ける目的で採用されています。高性能なCPUクーラーほどヒートパイプが太く、本数も多い傾向にありますが、封入されている液体の交換不要なためメンテナンスフリーです。なおヒートパイプはノートパソコンやグラフィックボードでも多用されています。

高価なCPUクーラーで採用されるベイパーチャンバーはヒートパイプよりも高性能

ベイパーチャンバーはヒートパイプ同様に特殊な機体を封入して熱輸送を行いますが、ヒートパイプは一本一本が個別に熱輸送しているため非効率な面があります。

ベイパーチャンバーはCPUクーラーの土台である金属ベースを空洞化・液体を封入することで無駄なく一気に熱輸送できるようにしています。もちろん製品ごとに専用設計であるため価格はヒートパイプタイプよりも高額ですがその分、高性能です。

従来は平面的なベイパーチャンバーとヒートパイプの組み合わせが主流でしたが、U字型など立体的な構造を採用してヒートパイプを廃止するハイエンド製品が登場しています。

一世を風靡したペルチェ素子は癖の強さから採用製品が激減

ペルチェ素子は電圧をかけると右から左に熱を移動させる性質があり、一時期はオーバークロック用途やハイエンド製品で使われてきました。ペルチェ素子を複数枚重ねれば移動できる熱量も増え、オーバークロックによる通常では発生し得ない熱量を逃がす手段として注目されました。

しかし、熱移動させすぎると結露してマザーボードがショートするリスクがある上にペルチェ素子自体の電力消費が多く、その電力はペルチェ素子動作時に廃熱に変わるという癖の強い面もありました。

実際にペルチェ素子を運用するにはCPUの熱量+ペルチェ素子の熱量を逃がす工夫と、結露対策が不可欠と言うこともありペルチェ素子を採用したCPUクーラーは少数派でした。現在では一部のノートパソコン用冷却台などで採用されるにとどまっています。

まとめ

空冷式CPUクーラーの性能はヒートシンクの大きさと熱輸送手段でほぼ決まってしまうため、どれだけ大きく高効率な仕組みかが命です。最近では直径6mmのヒートパイプを6本以上採用した製品が主流であり、ハイエンド製品では本数の増加や特殊形状のベイパーチャンバーの採用が目立ちます。

簡易水冷と違ってメモリやCPU周りのコンポーネントと干渉するかどうか製品サイズや適合チェックは欠かせませんが、高性能な空冷式CPUクーラーなら静音化も期待できるため製品選びの際は熱輸送の方式についてよく確認することをお勧めします。

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