アンダークロック

アンダークロックはダウンクロックとも呼ばれ、コンピューターまたは電子回路のタイミング設定を変更して、指定されたクロック レートよりも低いクロック レートで動作するようにすることです。アンダークロックは、コンピューターの電力消費を減らし、バッテリー寿命を延ばし、熱放出を減らすために使用されます。また、システムの安定性、寿命/信頼性、互換性も向上します。アンダークロックは工場で実装される場合もありますが、多くのコンピューターとコンポーネントはエンド ユーザーによってアンダークロックされる場合があります。アンダークロックはオーバークロックの反対です。

マイクロプロセッサの場合、その目的は一般に、放熱デバイスの必要性を減らすこと、または電力消費を減らすことです。これにより、高熱環境でのシステム安定性が向上し、または、より少ないエアフロー（したがってより静かな）冷却ファンで、または冷却ファンなしでシステムを稼働させることができます。たとえば、通常 3.4 GHz でクロックされる Pentium 4 プロセッサは、2 GHz に「アンダークロック」することができ、その後、ファン速度を下げて安全に稼働させることができます。これは、必ずシステム パフォーマンスをいくらか犠牲にします。ただし、パフォーマンスはハード ディスク、 GPU 、ディスクコントローラ、インターネット、ネットワークなどの他のボトルネックによって制限されることが多いため、比例したパフォーマンスの低下は通常、クロック速度の比例した低下よりも小さくなります。アンダークロックとは、デバイスのエネルギー必要量を下げるために同期回路のタイミングを変更することを指します。意図的なアンダークロックにはプロセッサの速度を制限することが含まれます。これにより、操作の速度に影響する可能性がありますが、他のハードウェアや目的の用途に応じて、デバイスの能力が著しく低下する場合と低下しない場合があります。

多くのコンピューターやその他のデバイスでは、アンダークロックが可能です。メーカーがアンダークロックのオプションを追加する理由はさまざまです。アンダークロックは、パフォーマンスが低いとデバイス内部でそれほど熱が発生しないため、過度の熱の蓄積を抑えるのに役立ちます。また、デバイスの動作に必要なエネルギー量も削減できます。ラップトップ コンピューターやその他のバッテリー駆動型デバイスには、アンダークロック設定が備わっていることが多く、充電しなくてもバッテリーを長持ちさせることができます。

アンダークロック機能の提供に加えて、メーカーはマシンの性能を制限して効率を高めることもできます。縮小命令セット コンピュータ (RISC) モデルは、メーカーがより少ない電力で動作するデバイスを構築するのに役立ちます。

アンダークロックは、グラフィック カードプロセッサの GPUでも実行できます。通常は、熱出力を減らすことが目的です。たとえば、日常的なタスク (インターネットの閲覧やワード プロセッシングなど) を実行するときに GPU を低いクロックレートで実行するように設定すると、カードはより低い温度で動作し、ファンの回転速度は低く静かになります。その後、ゲームなどのグラフィックを多用するアプリケーションでは GPU をオーバークロックできます。GPU をアンダークロックするとパフォーマンスが低下しますが、グラフィックを多用するアプリケーション以外では、この低下は目立たないでしょう。

希少または製造中止になったメモリを低コストで交換する方法として、より新しく高速なRAM を古いシステムに合わせてアンダークロックすることがあります。これは、特にクロック速度の異なる複数のメモリ モジュールを搭載した PC で、高い設定で安定性の問題が発生した場合にも必要になることがあります。PC プロセッサがアンダークロックされ、クロック係数または乗数 (プロセッサとメモリのクロック速度の比率) が変更されていない場合、メモリもアンダークロックされます。

動的周波数スケーリング(自動アンダークロック) は、ラップトップ コンピューターでは非常に一般的であり、デスクトップ コンピューターでも一般的になっています。ラップトップでは、コンピューターがバッテリーで動作しているときは通常、プロセッサは自動的にアンダークロックされます。最近のノートブックおよびデスクトップ プロセッサのほとんどは ( AMD の Cool'n'QuietやPowerNow! ^[1]などの省電力スキームを利用して)、マシンの BIOS とオペレーティング システムがサポートしていれば、処理負荷が軽い場合に自動的にアンダークロックします。Intel も、SpeedStepと呼ばれる機能を通じて、多数のプロセッサでこの方法を使用しています。SpeedStep は、Core 2 Duoや一部の Pentium モデルなどのチップで最初に登場し、後に中位から上位の Core i3、i5、i7 モデルの標準になりました。

一部のプロセッサは、永久的な損傷を引き起こす可能性のある過熱を防ぐための防御策として、自動的にアンダークロックします。このようなプロセッサが安全な動作には高すぎると判断される温度レベルに達すると、熱制御回路が起動し、温度が安全なレベルに戻るまでクロックとCPU コア電圧を自動的に下げます。適切に冷却された環境では、このメカニズムが起動することはほとんど (またはまったく) ありません。

オーバークロックコンテストと形式が似ているアンダークロック コンテストがいくつかありますが、最高クロックではなく最低クロックのコンピューターを作ることが目標です。^{[どれですか? ] [引用が必要]}

• 電力消費の削減。特に、アンダーボルティング（コンポーネントの電圧を公称値より下げること）と組み合わせると効果的です。たとえば、Athlon XP 1700+ プロセッサを 1466 MHz から 1000 MHz にアンダークロックし、コア電圧を 1.75 V から 1.15 V に下げると、コンピュータ ユーザーは消費電力を 64.0 W から 21.6 W に削減できました。つまり、66% の電力削減で、パフォーマンスは 26% しか低下しませんでした。^[2]新しいプロセッサでも同じです。シングル コアの Intel CPU を 20% アンダークロックすると、PC のパフォーマンスは 13% しか低下せず、電力は 49% 削減されました。^[3]

一般に、周波数fと電圧Vで動作する静電容量 CのCPUの消費電力はおよそ^[4]

${\displaystyle P=CV^{2}f.}$

• 消費電力に正確に比例して発熱量が削減されます。
• 冷却ファンの速度を落としたり、ファンをなくしたりできるので、騒音が減ります。冷却ファンの効率は回転速度に比例しますが、回転速度が上がると騒音も大きくなります。
• ハードウェアの寿命が長くなります。
• 安定性が向上しました。
• バッテリー寿命が延びました。
• 古いアプリケーションとの互換性が向上しました。
• CPU タイミングに依存していた非常に古いコンピュータ ゲームの適切なパフォーマンス。

LinuxカーネルはCPU周波数変調をサポートしています。サポートされているプロセッサでは、cpufreqを使用してこの機能にアクセスすることで、システム管理者はCPUのクロックレートをさまざまなレベルで制御できます。カーネルには、Conservative、Ondemand、Performance、Powersave、Userspace、Schedutilの6つのガバナーがデフォルトで含まれています。^[5] ConservativeガバナーとOndemandガバナーは、CPU負荷に応じてクロックレートを調整しますが、それぞれアルゴリズムが異なります。Ondemandガバナーは、CPU負荷時に最大周波数にジャンプし、CPUアイドル時に周波数を段階的に下げます。一方、Conservativeガバナーは、CPU負荷時に周波数を段階的に上げ、CPUアイドル時に最低周波数にジャンプします。Performance、Powersave、Userspaceガバナーは、クロックレートを静的に設定します。Performanceは利用可能な最高周波数に、Powersaveは利用可能な最低周波数に、Userspaceはユーザーが決定して制御する周波数に設定します。Schedutilガバナーは、スケジューラのPer-Entity Load Tracking (PELT)メカニズムを使用して負荷を推定します。

アンダークロックは、 BIOSまたはWindowsアプリケーションで手動で行うか、IntelのSpeedStepやAMDのCool'n'Quietなどの機能を使用して動的に行うことができます。Windows 7および10では、アンダークロックは電源管理プランの「詳細」設定内で設定できます。^{[6] [7]}

Asus Eee PCの以前のモデルでは、 630 MHz にアンダークロックされた900 MHz Intel Celeron M プロセッサが使用されていました。

EFI でアンダークロックを実行できます。

Motorola Droid、Palm Pre、Apple iPhoneなどのほとんどのスマートフォンやPDAは、バッテリー寿命を最大化するために、より強力なプロセッサをアンダークロックし、より低性能のプロセッサをフルクロックしないで使用しています。このようなモバイルデバイスの設計者は、より低速のプロセッサでは、より強力なプロセッサでもクロックレートが低い場合よりもバッテリー寿命が短くなることを発見することがよくあります。彼らはプロセッサのワットあたりの性能に基づいてプロセッサを選択します。 ^[8]

クロックを下げたマシンのパフォーマンスは、予想以上に優れていることがよくあります。通常のデスクトップ使用では、CPU のフルパワーが必要になることはほとんどありません。システムがビジー状態のときでも、メモリ、ディスク、またはその他のデバイスからのデータを待つのに長い時間がかかるのが普通です。このようなデバイスは、はるかに低い帯域幅で動作するバスを介して CPU と通信します。一般に、 CPU の乗数(つまり CPU のクロックレート)が低いほど、そのパフォーマンスはバスのパフォーマンスに近くなり、待機時間は短くなります。

• 大きい。小さい

• CPU の「アンダーボルティング」と「アンダークロック」入門 - SilentPCReview.com より
• ゲームボーイのクラシックチュートリアル「アンダークロック」