銀河はるかに

パソコンやワークステーションのヘビーユーザーは、常に高速な処理を求めて止まないものであり、私など３Ｄゲーム等全くやらない人間でも、３ＤＣＡＤ（３次元設計製図）やＣＡＥ（応力解析計算）ＣＡＭ（数値加工プログラム生成）等を使用するエンジニアには、常にもっと速い処理速度を求めて、最新の高速マシンを求めたがる傾向にある。

そこで、現在出回っている普通のＣＰＵを氷点以下まで冷却することで熱暴走を防止し、オーバークロックで１．５倍ほどの処理速度を目標に、安定して連続使用が出来るように考えてみたい。

例えばｉｎｔｅｌのCore 2 Quad Q9650 といったコンシューマ向けのクワッドコアプロセッサを使って４ＧHz程度で動作させることに成功している報告は多く、しかも空冷で達成しているものも多いので、ＣＰＵの温度を最高負荷時に30度未満になるような冷却が可能ならば、ＣＰＵとしては４ＧＨＺ以上のクロックで動作させ続けることも可能のように思われる。

冷凍機の液化ガスをＣＰＵのヒートシンクの中で気化させて熱を奪うと言う、ガス冷却システムと言う商品もあるが、熱交換器であるエバポレーターが大きくＣＰＵの冷却しか出来ないうえ、結露対策はユーザーの自己責任で施す必要が有るので、結露が起きて漏電や回路ショートが起きて失敗するケースも少なく無いだろう。

そこで、私は多数の発熱部品を冷やし得る方法と言うことで、外部に置いた家庭用冷凍庫をクーラントの冷却器に使い、エチレングリコール系不凍クーラントを冷して2次冷媒として用いる方式を構築すれば、ＣＰＵやノースブリッジチップセット、さらにＩＣＨチップ、ＧＰＵ等を、単一のシリーズライン冷却でも上手く冷し得ると考えて、ハイブリッド式氷点下2次冷媒直列多点クーリング方式とも呼べる方法を提唱し、その問題点を考えてみたい。

氷点温度以下のクーラントで直接ＣＰＵやチップセット、ＧＰＵなどを冷却するときに最も注意すべき点は、ガス冷却システムや周囲気温よりも低い冷却を行うペルチェクーリングシステム等と全く同様に、結露による回路内の漏電やショートである。

結露を最も確実に防止する方法は、周囲の空気から水分を完全に無くしてしまう事であるが、実際に完全にドライな空気を継続的に得ることは、非常に困難であり、通常の空気乾燥機などでは到底得られないものだから、事務所や家庭では空気を完全に乾燥させて結露を防ぐと言う方法は、ほぼ選び得ない選択肢になる。

湿気さえなければ・・・と考えると、真空中にシステムを設置する方法も考えられなくは無いが、真空容器を用意し真空ポンプで内部の空気を排気してしまうのだが、ＰＣに使用されている部品が全て真空中と言う環境に対応しているとは考えにくく、空気を介した放熱は全く行えないからクーラントで冷やしていない部分の冷却が問題となる他、コンデンサなどの内圧が相対的に上昇するなどのリスクも有るし、電源スイッチやＤＶＤドライブは外に出さねばならないし、ＨＤＤドライブは真空中で使えばピックアップヘッドがディスクに接触して、たちどころに壊れてしまう・・・。
それに真空容器の制作費も高価であるうえ、重く、かさばっていけない。

そして空気に触れていなければと言う考えから、絶縁オイル中に浸漬する方法があるが、これは重くなりはするが、ＰＣの大きさにピッタリとした容器をＳＵＳの板金溶接で作れば案外安価で確実なものが作り得るから可能性は高いが、ＨＤＤやＤＶＤドライブなどは、絶縁油に浸けることは出来ないから別置きにせざるを得ないし、電源スイッチやＵＳＢなどのポート類も外部に移動しておかねばならない。回転するファンも全て取り外さねばならないし・・・何よりメンテナンスがほぼ不可能になることを覚悟せねばなら無いし、油塗れのＰＣと言うのも遠慮したいものでは有る。

以上のような例の様に、結露が起きることを本質的に抑制することは困難が有り過ぎるので、別のアプローチが必要であることが解る。
色々と考えてみた結果、現在最も私が可能性を感ている方法は、全ての部品を取り付けた状態で２液硬化性シリコンゴムを使ってディッピングしてしまい、マザーボード全体を薄いゴム膜でコートすることで、仮に結露が起きても回路を濡らさない構造にしてしまう方法ということになる。（シリコンゴムは絶縁性も高く熱を伝え易いので、回路基板の放熱性を上げるためにシリコンゴムコートを施すという方法も有るくらいだから、そのことが原因で熱のこもりによる障害は出ないと考えている。）
この方法は上手くディッピングが成功すれば結露対策もほぼ不要と言えて非常に有望なのだが、万が一を考えて結露の防止も同時に行う方が確実性ははるかに増すと言える。

結露の防止対策は、第一にクーラントの配管は断熱材できちっと被ってパイプの表面結露を防ぐ、その断熱材の上に凍結防止用のテープ状のヒーターを巻きつけてやや温度を上げられる構造にすれば更に完璧だろう。

そうした処置をした上、ＣＰＵなどとの熱交換器は、ヒートスプレッダーとの接触面以外は、全て断熱材で２重３重に包んで、周囲の空気中の水分を決して冷却し過ぎないようにし、液冷しない電源ユニット部分やメモリーの発する熱を導熱銅板と銅線などでそれらの液冷熱交換器表面の断熱材部分に導いて、断熱材が外気と触れる部分にその端部を巻きつけて、暖めるなどの工夫をするのが良さそうに思える。まあ、シリコンラバーディッピングが上手く行けば、そこまではしないで済むかもしれないが。

おおむね以上のような熱対策と結露対策をすれば、発熱の大きな熱源は氷点以下のクーラントで充分冷やされ、マザーボードの温度はあまり上がらないと考えられるので、ＰＣケース内の気温も外気に比べてさほど上がらないと思われるから、メモリーの冷却も導熱デバイスを取り付けた上に、風をよく通すファンの設置があれば充分であるかもしれない。

これで氷点下冷却システムはほぼ完成すると思われるのだが・・・・、不安な部分があるか？と言えば・・・・実はＣＰＵとＬＧＡ７７５ソケットの電極部分に残るであろう僅かな量の空気に含まれる水分が気になるところだが、この部分の除湿と密閉が、現実問題としてはかなり難しそうなのです。
もしかしたら、新生児保育器のような容器を作って、内部にＰＣを入れ充分乾燥した空気で満たし、湿気を失わせた上で、外からシールされたゴム手袋で作業して、シリコンゴムでソケットの脇のスキマを全て埋めてしまうなどの工夫が要るかもしれません。ピン部分を絶縁性のジェルのようなもので満たして、ソケットのバネ力で通電が確保できればそういう方法で空気の介在をなくすことが出来ればそれも方法である。

事後、グラフィックスボードなどの交換は多少難しくなるかもしれませんが、使わないソケットなどはダミープレート等を装着した後にディッピングするようにすれば、後の増設時への機能拡張性は確保できるし、拡張後にその部分を再度コートすれば絶縁性も維持できるでしょう。

最初に組む時には、現存する最も進んだ部品を選び、事前に普通のシステムで初期不良などが無いことを確かめた上使用し、なるべく後の部品の交換などはあまり行わないように考えれば、かなり現実的なものと言えるのでは無いだろうか。

私は、氷点下冷却システムで、静かで安全なオーバークロックを実現して、より快適に生産性を上げることを目論んでいるのです。

今回は家に有る冷凍庫を利用することを前提にしましたが、小型の冷凍機を専用に使ったユニットを構築し、単体で販売できると面白いなと感じますね。

アフターレポートをご期待下さい。