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2011年7月

2011年7月 6日 (水)

ZOTACのZ68-ITXマザー

昨日、所用で秋葉原をうろついていたところ、以前から気になっていたZOTACのZ68 mini-ITXマザーが店頭に並んでいるのを見つけ、いったい何に使うのか用途が定まらぬまま、買ってしまいました。
買ったのは、オンボードにGeforce GT430が付いた、Z68 GT430 ITX-WiFiというモデルです。

Z68は(全てのモデルではありませんが可能性としては)OC可能でありながら、内蔵グラフィックスが付いていてコンパクトにまとめることも可能、ということで、「超小型・省電力でありながら高性能」という羊皮狼型のマシンを構成できるはずで、これのITXモデルが出てくるのは実は密かに期待していました。
実際、このZOTACマザーは注目度もそこそこ高かったようで、秋葉のドスパラには2ヶ月近く前からcoming soonの紙が貼られていたのになかなか現物を目にすることができませんでしたが、ようやく出回り始めたようです。
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早速、サブ2号機入れ替え用に待機していた2600Kを入れて、以前ディラックさんから賞でいただいた、クモ型ベンチ台にセットしてみました。
Zotav_z68itx

WiFiアンテナがクモの触手のようですね。
水冷でテストするのは、ベンチ台に既に水冷一式が仕込んであるからで、こうしておくとむしろ空冷よりもセッティングがお手軽です。

こちらは別のアングルから。

Zotav_z68itx_2

まあ、何故このベンチ台にラジエターやら熱交換器が仕込んであるのかは、話せば長くなりますので、今回割愛します^^
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さて組み立てようとしたところ、メモリーが一般的なデスクトップ用ではなく、SO-DIMM DDR3という、ノートPC等で使われるタイプであることが判りました。

これはさすがに予想しておらず、手持ちもなかったので、翌日秋葉原に寄って、Hyper-Xの204pin OCメモリーを入手し、仕切り直しました。

結果は以下の写真のようになり、無事起動しました。

Zotav_z68itx_3_2


.実は、このマザーに(SANDY Kモデルの場合の)TB倍率自由設定でのOC機能があるのか、とか、コア電圧等を適切に調整できるのか、とか、このマザーの魅力度を左右するような情報が、ネットにはマニュアルもアップされていないため殆どわからず、さらに購入して付属マニュアルを見ても、ほとんど解説されていませんでした。
そこで、まずは現物のBIOSを立ち上げて、確認することにしました。
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結果、一応OCに必要な最低限度の機能は備えていました。
写真がそれに関係する項目の"X-Setting"で、Advancedタブの中にあります。

Zotav_z68bios_setting01

(ちなみにこれはBIOS画面に見えますが、中身は(恐らく)UEFIと思われ、マウスも使えます。個人的にはこちらの方が使い易いです。ASUSなどで最近みられるGUIベースのUEFIは、マウスの操作が不可解でとても使いにくい・・)
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ここから、"CPU Performance"を選ぶと、CPU(およびメモリ)に関する、OCのための設定項目が出てきます。

Zotav_z68bios_setting02

以下がデフォルトの設定内容です。ここでTB倍率を設定し、また電圧を調整することになります。

Zotav_z68bios_setting03


ただ、このメニューで見ても判る通り、コア電圧に関する設定項目は"Additional Turbo Voltage" のみです。
つまりTBが効く(OC設定した倍率に上げる)際に、どれだけコア電圧を追加で盛るか、という設定のみで、ピーク時のCPU電圧を制御することになります。

この辺、OCの設定項目としてはかなり物足りない気がします。確かにSandyのOCでCPU電圧を調整しなければいけない項目は、Gulftownあたりと比べれば極めて少ないのですが、それでもLLCとか、OC時の電圧の安定にかかわる調整項目は結構重要でした。

更に言えば、この"Additional Turbo Voltage" は、記憶ではMaximus4 Extremeなどのマザーにもありましたが、負荷の急激な変化の時にシステムを不安定にすることがあったので、使っていませんでした。
今回のマザーではそれに頼らなければならないことになります。なので、ぎりぎりまでのOCではなく、CPUとしてはかなり余裕を持たせた範囲にとどめるのが賢明ですね。

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ところで、実際にやってみるとコア電圧の調整はこれだけではなく、本来は倍率の上昇の際に、マザーが勝手に判断して自動的に盛る仕様になっていることがわかりました。
つまりは上記の"Additional Turbo Voltage" は、それに更に追加する"微調整用電圧"というのが、正しい解釈になります。

それに気づかず、最初この"Additional Turbo Voltage" に150mV(=0.15V)などと入れたところ、TB倍率45倍でピーク時コア電圧が1.55Vを超え、焦りました。この場合、もともとマザーは自動でコア電圧を1.4Vあたりまで上げていたと思われます。

(ちなみに国内のレビュー記事を見ると、GT430なしのモデルですがここに200mVとか盛っている報告が少なからずありますが、CPU-Zは最新版の1.58以降に上げておかないとコア電圧は正しく表示されません。200mVも盛っていれば、ピーク時Vcoreは軽く1.55Vを超えると思われ、もれなくシステム不安定になると思います。)

マザーの電圧調整は定格あたりで使う限りは殆ど矛盾しませんが、OCを進めていくと無駄に高い電圧を盛ってしまったり、安定性を無視して急激に電圧を変動させたりして、悪さをするようになります。

そのため、普通はOCを突き詰めていく場合、そういった機能はOFFにして、手動の設定にしていくのですが、このマザーはそれをOFFにできませんので、そういった機能の振る舞いを見ながら、システムが不安定にならない範囲での設定を探っていくことになります。

このマザーの場合、自動で電圧を盛ったり下げたりするロジックはTB倍率に大きく依存しているようで、46倍以上になるとシステムを不安定にするような制御をしてしまうようです。

実際このマザーで、46倍=4.6GHzの設定でもテストしてみましたが、Prime等の負荷テストは通りそうな雰囲気だったものの、負荷を落とした瞬間に、(多分コア電圧の急な降下によってシステムが不安定になり、)画面が固まってしまう現象が発生しました。

よって、TB倍率は45倍くらいに留めておいてくのが妥当なのではないかと思います。以下ははTB45倍、ベースクロック100MHzでの設定です。

Zotav_z68bios_setting04_2

Additional Turbo Voltage" は、0mVだと僅かにシステムが不安定になりましたので、20mV=0.02Vとしました。その際のCPU-Zによる電圧の読みは以下の通りでした。

Zotac_prime_3

コア電圧は1.44Vとなっています。つまりCPU45倍の際、マザーが自動的にコア電圧1.42Vまで上げようとしたところに、調整値として0.02Vを加えている状態です。

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その後、ベースクロックでクロックを上げていくチューニングをした結果、現在は以下のセッティングで安定して動いています。
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ベースクロック: 105MHz(M4Eでは101MHzでも不安定だったCPUですが、z68のお蔭か、それともPCIeに何も挿していないからか、安定しています。但しこのクロックで、PCIeにRAIDカードを挿すと認識しないことがあるのは確認済。通常は何も挿さない予定ですのでこれで。。)
TB倍率: 45倍 
TB時CPUクロック: 4.72GHz
Additional Turbo Voltage = 40mV
この状態で、負荷ピーク(prime95)時のVcoreは1.45V前後です。
メモリークロック: 1680MHz(105x16) 10-10-10-30
  (Hyper-Xの1866 11-11-11-32 4GBx2のSO-DIMMを使用)

Primzo472_3hr

更にもうちょっと上のクロック、具体的にはベースクロック106MHz、CPUクロック4.76GHzでも常用テストをクリア可能です。それを超えると時々メモリーエラーで起動しない事がありますので、現状その辺をこのマザーの常用上限と判断して、普段はそこからちょっと落として、ベースクロック105MHzで運用しています。

ちなみにベースクロック106MHz、コアクロック4.76GHz時のシステム全体での消費電力は、写真のように、アイドル時:41W、ピーク時:232W(OCCT power supply test時)となりました。

Zotac_maxconsumpt_2

この時はGT430も若干OC(コア743MHz メモリー850MHz)させていますので、定格クロックと比べれば80~100Wのピーク電力増となりますが、一方で平時の消費電力の低さは、SandyBridgeの特長に加え、オンボードにGPUを載せたことによって、電力消費をいくらか効率化できているのではないかと思います。

いずれにしろ、今まで作ったいくつかの大型ハイエンド機と比べれば、極めて優秀な省電力特性を持っています。

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運用上の注意点としては、リンクのサイトによると、今回購入したGT430付きモデル(Z68ITX-B-E)は4PhaseのDrMOS、無しのモデル(Z68ITX-A-E)が8Phase DrMOSのようです。
http://forums.itxgamer.com/viewtopic.php?f=3&t=152

Phase数だけで単純に半分の電源容量、という訳ではありませんが、両製品は普及モデルと上位モデル、という関係ではなく性格分けされており、Z68ITX-B-Eはコンパクトなオンボードだけでゲームや3D Visionも楽しみながらそこそこOCもできる構成、Z68ITX-A-Eは機能的には割とオーソドックスながら、CPU OC時のマージンをもっと前面に押し出した構成(大きなVRMヒートシンクも結構効き目ありそうです)という感じでしょうか。

といってもこのくらいのCPU電力であれば、4PhaseDrMOSでも十分な能力がありまので、私のシステムではbigNGを使ってVRM周りの温度を監視し、VRMの温度が上がったらサイドファンを作動させて冷やす、という形で運用したいと思います。

構想としては、今の録画やファイルサーバー、水冷系コントローラーという現Fusionマシンの役割を引き継ぎつつ、録画単体での後処理エンコード、動画視聴、日頃のWebブラウジングや音楽鑑賞といった役割をこのマシンに持たせ、一方長時間の一括エンコードやゲームなど重い処理はGulftown機でおこなおうと思っています。、、って、3Dゲームやるとき以外、ほとんどGulf機の出番なくなるじゃん。。

私なりの、自宅PCエコ化プロジェクトです。

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いろいろ考えた結果、基本的にはこれを現行Fusion機と同じ位置づけにして、置き換える予定です。(もともとこれを狙ってISK-100の電源容量を300Wに強化してあったのですが、予想より早くモノが出てきて、しかもさっさと買ってしまった、この無計画性。。。^^;)。
常時ONで使いますので、できるだけ、少なくともアイドル時や軽い処理の時は静音化します。
そのためにCPUは水冷化しますが、オンボードのGT430がやっかいで、現状ではいかにも煩そうな小型ファンがついており、実際ピークになると相当な騒音です。

0711


しかも実際にGPUコア温度を見てみると、Furmark や 3DMark Vantage のピーク時は軽く80℃台に達しており、さすがは腐っても(?)Fermiコア、なかなかの爆熱仕様ですので、専用ファンを止めたり撤去するわけにもいきません。実際ネットで調べてみると、GT430単体のカードでもファンレス仕様は殆どなく、あっても大げさなヒートシンクをつけているようで、いかにピークで熱を持つ仕様かがわかります。
そこで、オンボードGPUコアも水冷化をトライしてみました。
まずは標準のヒートシンクを外します。

0711_2

するとGT430のコア(左)とチップセット(右)が出てきます。

チップセットはそれほど発熱しないと思われますが、ヒートシンクを外したままで使う訳にもいきませんので、この2つを冷やせるように水枕を付けます。

これに合うような汎用の水枕を選びたいのですが、装着のためにマザーに開いている穴は3箇所で、位置関係も3角形に並んでいてちょっと特殊なので、なかなか合いそうなものがありません。そこで、KoolanceのVRM用水枕を使うことにしました。

これはアームで取り付け位置をいろいろ調整できるようになっていて汎用性が高く、かつ上記2つのチップを両方冷やせるだけの十分な長さがあります。
http://www.jpcomputersolutions.com.au/koolance-mvr-40-mb-vreg-no-nozzles-regulator-block.html
しかしやってみると、VRMはそれほど発熱量は大きくないことを前提にしており(確かにフル水冷化した無風状態の環境なら熱くなりますが、本来は空冷CPUクーラーから漏れてくる風で十分冷える程度の発熱量)、それを冷やすためのVRM水枕では、爆熱GPU(Fermi)を冷やすのはなかなか大変で、プレートを挟んだり、取り付け場所が水流から離れていると、簡単に熱処理が破たんすることが判りました。(負荷をかけるとすぐに100℃を超える。)
いろいろやってみた結果、オプションプレートやコンパウンドは使わずシリコングリスのみを使って、水が流れている部分のできるだけ近くにGPUの中心を密着させると冷えが良くなることが判りましたので、アームを使って場所を調整して、なんとか冷えがよくなるようにしつつ、チップセットも冷却できる位置に装着しました。

0711_3


それでもGPU温度はFurmark時に80℃近くまで行きます(GT430はFurmarkリミッターがありませんので。。)

Zotac_furmarke


まあ、元からすれば同程度以上に冷えていて、GPUを余分に冷却するのではなく"黙らせる"のが目的なので、これはこれでよしとしましょう。

ちなみにプラグインにしたのは、できるだけ高さを低く押さえて、ISK-100にうまく収めたかったためですが、、うまく収まるかどうか、やってみなければ判りません。

0711_4


まあ、その辺から先は次のトピックに分けるべきですが、とりあえず続けます。

確認のため、ISK-100の筐体に入れてみました。

Zotac_in_isk100preview_2


無事、収まりそうです。サイドパネルも(正確にはCPU水枕のフィッティングがちょっとだけぶつかりますが)きっちり閉まり、サイドファンの回転も異音もなく、その辺の問題もありません。

(電源は150W AC電源x2の300W仕様に増強済み。過去記事のFusionマシンを参照)

そして組み上げた状態がこちらです。

Completed_zotacz68_in_isk100

え?バックパネルが入ってないって?

そうなんですが、一応平時ファンレス運用にした時に、VRMの発熱がどのくらいになるか判らないので、風通しのためにとりあえずバックパネルを開けっ放しにして、様子を見ようと思っています。

VRMには写真のように、BigNG接続のデジタル温度計をセットしました。

Photo

これでVRMが過熱してきたら、BigNGの制御でサイドファンを回す予定です。

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また、肝心の水冷系をどう回すか、ですが、率直に言って、こちらになります。

_
元の構成案(参照:サブ機の改装と、水道水冷却の最後の図)との変化は、ISK-100がZ68-ITXに替って、引き続き補助水冷系を制御しつつ、自分も補助水冷系のリングの中に入って、自身を直接冷やすようにしたことです。

まあ要は、番人の立場でありながら、ちょっとだけ自分も冷気をガメてると。。

FusionとZ68-ITXのケース内をちょっと比較してみます。

Fusion_in_isk100Fusion

Zotacz68_in_isk100_2Z68-ITX

意外とZ68のほうがすっきりしているように見えますね。

翌日、電源&LANと配管を繋げて、いよいよ電源を入れました。

Zotacz68_in_isk100on電源投入!

といっても派手なLEDがあるわけでもなく、見た目変わりませんね^^

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*ところで、ちょっと悩まれている方をネットで見掛けましたので、一応情報として書いておきますと、このマザー上のPower SWの端子にISK-100の電源SWを接続したところ、SWは効かず、電源繋いだ瞬間に電源入るようになってしまいました。(SWを接続しない状態も同じ)。

ただこの電源接続でPower Onになる部分に限れば大した話ではなく、BIOS(UEFI)で
ACPI Settings -- Restore From AC Power Loss
が、デフォルト"Power On"になっているためです。
これを"Power Off"に変えれば、電源スイッチを押すまで電源は入りません。ただしウチのこのPCの場合は家庭内サーバーと録画サーバーの役目も兼ねてますので、万一の停電の後でも自動で起動してくれるように、Power Onのままにしています。

しかし電源SWが効かない問題は、shutdown後、電源を入れるたびに一旦コンセントを抜差ししなければいけないなど、いろいろと不便です。

そういえばクモ型ベンチ台の電源SWでは、何故か極性があって逆挿しだとSWが効かない、という不思議な現象を確認していました。

どうやらこのマザーの場合、ケースによってはありがちなLED付きソフトスイッチのように、Power ONでGNDに接地させるタイプのSWではなく、単純にショートさせるタイプの電源SWでないと、スイッチとして動作しない模様です。したがって私は写真のような、「実験用スイッチキット(AINEX)」を別途買って付けることにしました。これで正常動作しています。

Zotacz68_in_isk100sw

同じ現象に遭われた場合、電源ボタン延長キットでも良いですし、似たようなものなら何でも良いと思います。

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さて、製品の性格の違いが甚だしいので、改装前(Fusionマシン)と比較するのも何なんですが、いくつかベンチを取ってみました。

Zotac_wei_2

Windowsエクスペリエンス グラフィックス関係以外は文句のない値ですが、GT430もオンボードグラフィックスとして見ると、かなり健闘している値です。

Zotac475_cb115_3CineBench11.5(4.76GHz)

Zotac475_pi1m_2pi 1M(4.76GHz)

この辺はOC 2600kとしては普通の値。

Zotac_ff14lcFF14B(Low)

Zotac_3dm113DMark11

この辺はオンボードのGT430(AfterBurnerで740MHzにOCしています。)に見合ったスコアで、ゲーミング環境としては(人によって)許容範囲、また動画再生等では全くストレスはないと思います。

次は4.76GHz設定でPCMark7のデータを取ったものです。

4core_zotac475_pcmark7_withvirtur

6000くらい行きたいところですがGT430との組み合わせですので、まあ十分じゃないでしょうか?

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また、ISK-100内蔵ディスクは、手元にあったC300とm4、いずれも128GBモデルの異種混合でRAID0にしてみました。

Zotac_cdmc300m4_256

スピードは十分ですが、256GBの容量ではファイルサーバーとしてはすぐに一杯になりますので、HDDを外付けで増設することを予定しています。

以上、CPUとしては4.7GHz 2600k+GT430に見合った性能の静音・省電力(?)マシンが、極小の場所を取らない大きさで完成しました。

といってもこのマシン、今までFusionでやっていた、BigNGによる水冷系の制御や、PX-W3U2・3波視聴・録画サーバーの設定など、本来のセッティングをこれからやらなければなりません。常時ONで使いますので、省電力設定ももう少し詰めていきたいと思います。

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が、使い方の制約がない環境は、やはり楽しいですね。

(Fusion Eマシンを否定するわけではありません。あれはiPadみたいな使い方や、ホームサーバー用途としては極めてバランス良くできていると思いますし、消費電力はアイドル時10W台、ピークでも30W前後ですので、改装後と比べると5~6分の1です。が、私は日用機ではエンコードのほか、VisualStudioやらいろいろ重い処理も走らせたくなり、そういう用途にはほとんど向いてません。)

うっかりすると、現在3機あるメイン機・サブ1,2号機の役割も兼ねてしまい、それらの電源を入れる時間を減らしてしまいそうですが、それはそれでエコになりますので、今の社会情勢に合っているかもしれませんね。なにしろ今は、それら3機のうちの1~2機は、帰宅後の夜の時間帯はずっと点けっぱなしですので。。

ともあれ、以上でマザーボード Z68ITX-B-E のセッティングは、ひとまず終了です。

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