P5WD2 Premium, CPU Pentium4 660でover clockを行ってみた。とりあえず。FSB1000までを目指したが、CPU電圧を上げるだけで、あっさり到達した。問題は温度。CPUはソフト読みで22度、表面センサーで19度、冷却水設定温度は17度、ケース内温度は19度、空冷温度は13度。室温25度、戸外は23度だった。これでπ104万桁が31秒で完走する。Over clockを行うと、冷却水設定温度とソフト読みのCPU温度差が5度くらいに達する。通常は3度以内。それだけ発熱量が多いに違いない。
　CPUの倍率は18倍で固定していて、Lock Freeを使っていない。このマザーはまだまだいけそうだが、FSBは900程度で常用している。この条件だと、WinDVD6のTrimensionDNMは、CPU利用率10～20％程度で、快適に動作する。

Figure legends
Cooling water: Water temperature of internal thermometer of chiller water-cooled device. CPU(AIbooster): Core temperature of CPU with overclock software of mother board. CPU(Water block): Temperature of water-cooled block. Air Cooling Duct: Temperature of air cooling duct. Temperature in Case: Temperature in mother board case.
The temperature was measured on DVD-PC1 (Asus P5WD2 Premium, Pen 4:660,FSB1000,4,5GHz). DVD-PC1 was "Over clocked" to FSB1000 and 4.5GHz. The preset temperature of the chiller water-cooled is 20 degrees. The temperature of cooling water changes according to "on/off "of the thermostat of the chiller water-cooled device. It is shown water cooling and cooling off in the table. Similarly, the air cooling temperature changes according to the operation situation of the air conditioner. The preset temperature of the air conditioner is 25 degrees. Having shown "air cooling" in the table operates and the air conditioner is operating. 2005.05.15
Refer to here for details of water-cooled and the air cooling system. The cold air taking from the air conditioner is here.

チラー水冷の設定温度は20度。cooling water:チラー水冷装置の内臓温度計による水温。FSB900,4GHzで測定。CPU(AIbooster)：マザーボード付属のoverclockソフトによるCPU温度。CPU(Water block)：水冷ヘッドの温度。Air Cooling Duct：空冷ダクトの気温。Temperature in Case：マザーボードケース内の気温。チラー水冷装置のサーモスタットのon/offに応じて,cooling waterの温度が変動する。表ではwater cooling,cooling offと示している。同様に、空冷温度はエアコンの作動状況に応じて、変動する。エアコンの設定温度は25度。表ではair coolingと示したのが、エアコンが作動している状態。水冷および空冷システムの詳細はこちらを参照。エアコンからの冷気取り込みはこちら。

　約50分間、温度の記録を取った。1分間隔で、表示を目視で読み、記録紙に残した。準備から表作成終了まで約５時間かかった。

　今回はDVD-PC1(P5WD2 Premium, Pen4:660, RAID:10) , FSB1000, 4.5GHzの無負荷の状態で、温度経過に注目して計測を行った。チラー水冷クーラーの冷却水の設定温度は20度としたが、結果的に２度の範囲内で変動した。エアコンの設定温度は25度としたが、これはエアコンが効き始めると、噴出し温度は１１度まで低下する。

　上のグラフでは、AIboosterのCPU温度は、冷却水温度に対して約６度高い。CPUに関連した温度は、AIbooster、water block共に、cooling waterの温度の推移に相関している。約５分の周期でクーラーのサーモスタットが作動するが、それと同期して変動する。エアコンからの冷気の温度はかなり低いが、この推移とはほとんど関係ない。Water blockの温度は、若干空冷温度の影響を受け、エアコンが効き始めると、冷却水の設定温度に近づく。
　
　結露は、ケース内温度が冷却水の温度を上回った時に起きる可能性があるが、今回の測定では、開始２分から１１分の間の９分間と、41分以降が、それに該当する。この温度差が、５度以上ある期間が長期持続し、かつ湿度が高いと危険だ。　DVD-PC１の詳細はこちらを参照。　結露の実際はこちら。

表面温度はAINEXのBurn Protectorで計測。NorthChip:水冷ヘッドのアクリルトップ。SouthChip：ヒートシンク表面。System(AIBooster):AIboosterの表示温度。VGA:周辺チップの裏面。SounCard:メインチップの裏面。PowerUnit:マザーボード上の電源部のヒートシンク。Air Cooling Duct：空冷ダクトの気温。Temperature in Case：マザーボードケース内の気温。

　同時に、マザーボード上のパーツの表面温度も計測した。AIboosterのシステム温度を含め、こちらは空冷温度と相関している。計測点は、各部位の表面温度で主要なチップの裏、あるいはヒートシンクの温度を計測している。

　AIboosterのCPU温度は、冷却水温度に対して約６度高いが、冷却水の推移に忠実に追従しているのは面白い。冷却水のチラー冷却は、強力かつ安定している。また、他のパーツの表面温度は、概ね空冷温度に左右される。
次回はDVD再生常用時の経過を計測する予定。それにしてもデータロガーがほしい。

　　　冷却水および空冷温度とコア・表面温度の相関関係

　データの相関関係を解析してみた。単回帰で独立変数は冷却水温度と空冷温度。デジタル温度計を読んでいるので、本来はnon-parametricだが、結果は変わりないので、parametric解析を示している。回帰グラフは上の表の中の実測水温とCPU温度の相関とその有意性を示したもの。

　掲載したものは、N.chip-Cooling WaterとSound Card以外はすべて、有意の正の相関関係を認める★。NorthChipとVGAは水冷ブロックを装着しているが、計測点はボード上の、ブロックよりやや離れた部位なので、冷却水温との相関はなく、空冷温度との相関のほうが強い。冷却水温度とCPUのコアの温度とは強い相関関係にある(r=0.773)。

　チラー水冷の設定温度は20度。FSB900, 4.05GHzの常用環境で測定。cooling water:チラー水冷装置の内臓温度計による水温。CPU(AIbooster)：マザーボード付属のoverclockソフトによるCPU温度。System(AIB):AIBoosterによるシステム温度。GPU(Catalyst):Catalyst5.4によるGPU温度。VPU clock 574MHz。CPUutility(AIB):AIBoosterによるCPU利用率。Air Cooling Duct：空冷ダクトの気温。Temperature in Case：マザーボードケース内の気温。FSB900,4GHz. チラー水冷装置のサーモスタットのon/offに応じて,cooling waterの温度が変動する。空冷はエアコンの作動状態で固定。エアコンの設定温度は25度。(Fig1参照）

　WinDVDによるDVD再生という負荷をかけて、温度測定を行った。WinDVD6はハードウエアアクセラレーションの場合と、TrimensionDNMでの再生の場合を測定した。上の図では50分の観察時間のうち、前半は無負荷、15分からハードウエアアクセラレーションによる再生、30分からはTrimensionDNMによる再生を行っている。

　ハードウエアアクセラレーションではCPU利用率は上昇するが、ケース内の温度が若干上昇する他、測定データに変化はない。TrimensionDNMではCPU利用率が３０％台に上昇し、CPU温度も若干上昇する。冷却水温は安定している。その後の終了時点まで、CPU温度が更に上昇することもない。常時これだけの負荷をかけても、温度上昇は数度に留まる。次回はベンチマークテストで更に高負荷をかけて、測定を行う予定。

チラー冷却温度の設定を15度と2０度で、温度のデータを取ってみた。水温設定を下げると、すべてのコア温度と表面温度が低下する。FSB900,4GHz,DVD-PC1.

　水温設定を５度下げて、その影響を最も受けるのはCPU。26.9から20,8へ6.05度下がっている。これは単純な引き算ではなく、統計量。当然有意差がある(p<0.0001)。次いでGPUの-4℃。またCPUと冷却水温との差は、１５℃の方が小さい(6.33 vs 5.27,p=0.014). 冷却水温設定が１５度から２０度の間では、CPU温度は約５度高いといえる。CPU温度は、冷却水温設定によく追従する。ヒートシンクを追加したサウスチップとVRM(PWR)は、更にエアーの流れを工夫したら（整流版）、以前に比べ随分冷えるようになった。

　この環境なら水温設定10度、CPU温度は15度程度まではいけそうだ。それ以下だと多分、水温よりケース内温度が高くなり、結露の危険性が出てくる。

　冷却水温の設定温度が10度から35度までの間で、コアおよび表面温度を測定した。横軸は冷却水の実測温度。チラークーラーの設定温度は10度、15度、20度、25度、30度、35度の５つ。5度おきとしているので、その部分だけデータが集中している。しかし、全体の解析には問題ない。縦軸はコアおよび各パーツの測定温度。FSB900,4GHz無負荷の状態で測定した。各部位ごとに実測冷却水温と各パーツの温度の単回帰も同時に示している。傾きが大きいほど、冷却水温の影響を強く受けていることになる。10度以下に関しては、回帰直線からの類推が可能だ。

　水温の影響を最も受けるのは、ＣＰＵコア温度（青）。その他、冷却ブロックを実装しているGPU,NorthChip,Power(VRM)なども同様の傾向を示している。それに対して、ヒートシンク空冷を行っているSouthChipやCase内温度などは、それほど強い関係を持たないものの、やはり冷却水温に影響されている。Ｔａｂｌｅ５にも示したが、冷却水温を下げるほど、水温とＣＰＵコア温度の差が小さくなる（茶）。尚、図には示していないが、RAID10を構成しているHDDの表面温度は、ケース内温度(Case Temp.)とほぼ同じ値を示す。

　これで、結露の危険域も推定できる。Ｃａｓｅ温度が各パーツの回帰直線と交差する6度が限界点であろう。すなわち、このシステムの冷却限界点は、冷却水設定6度、ＣＰＵコア温度9度あたり。水温が15度以上は、結露の心配なく動作可能と思われる。常用温度は、冷却水設定15度、ＣＰＵ温度20度あたりが適当か。ちなみに、冷却水温設定が35度以上になると、水冷クーラーも作動しなくなる。空冷温度が低いので、逆に冷却水が、ＰＣ内で冷却される。

　Caution: 注意すべきはDuct TempとCase Temp.　このシステムでは、空冷はエアコンの冷気を使用している。チラーの設定温度が室温以下の低い値の場合、室内温度が下がったのを感知して、エアコン動作が「送風」のみに切り替わったとたん、結露が起こる可能性がある。これまで示した一連のデータは、エアコンの温度設定は25度で、送風を「弱」にし、連続冷却動作状態を作り出した上での検証だ。室温は常に26度を示していた。すなわち、空冷温度がパーツ温度を上回らないような配慮が必要。チラー設定温度を室温以上にしておけば、この心配もなくなる。

　この結果が、このシステムの特性をよく示していると思う。負荷をかけると、それぞれの回帰直線は数度から5度、上方に移動すことになる。

The concept chart showed the relation between the preset temperature of cooling water and the temperature of CPU of the chiller cooling. A horizontal axis is a temperature of cooling water. This can be set to the given value . The spindle is a temperature of CPU.

In this system, it divides into three phases by the temperature of cooling water. The block of the center functions effectively the chiller cooling, and keeps the temperature of CPU constant. The block of the left is too low the temperature of cooling water, and phase in which the be dewy happens. The right is a phase that is cooled the heat of cooling water by air cooling, and reaches the stationary state. The trigger by the rise in heat doesn't function, and at this time, the chiller refrigerator doesn't trigger the thermostat, and enter the state that the cooling operation is not done.

　このシステムは、チラー水冷の設定温度によって三つのフェーズに分かれる。設定温度の低い方から、結露相、チラー有効冷却相、空冷相。設定温度が高くなると、熱の移動が、逆になるという興味深い現象が認められる。すなわち、空冷相では冷気が水温を下げ、チラークーラーは自動的に機能しなくなる。空冷システムに移行する。

リザーバーを容量の多いものに交換した。ここでは、リザーバーの容量の違いによる、チラー水冷の温度推移の相違を検討してみた。FiG.12にリザーバー容量7リッター（左）と15リッター（右）の温度推移を示した。サーモスタットのon、offからみた、一周期を示している。水量が多いとその周期が長くなり（1.8倍）、温度変化も少ない。緩やかな変動になる。

統計量を比較してみた（Fig.13）。リザーバー容量が多いほうが温度が低い傾向はあるものの、冷却水温度、CPU温度ともに統計量には有意差がない。容量が大きいほうが分散が小さいが、これが温度の変動幅の小ささを表している。
以上はチラー有効冷却相 (Effective Chiller Cooling Phase) での変化だが、空冷相 (Air Cooling Phase) では更に違った面白い変化になる。(Fig.11参照)