コンピューターのパフォーマンスを左右する重要な設計要因の1つは、冷却設計です。コンピューターを構築する際にどのような熱設計を実装するかを決定するにあたり、空冷、水冷、パッシブ冷却は最もよく知られている冷却方法です。これらの方法のいずれも、コンピューターで最も熱を発生するコンポーネントである中央処理装置（CPU）を効果的に冷却できます。空冷、水冷、パッシブ冷却にはそれぞれ利点と欠点があります。ただし、パッシブ冷却、つまりファンレス設計は、堅牢性、耐久性、小型の機能を必要とするアプリケーションに最適なPC冷却ソリューションとして知られています。
ファンレスPCは、産業用アプリケーション、スペースに制約のあるソリューション、電力効率の高いシステムなどに最適です。他の2つの冷却方法と比較して、ファンレス設計でPCを構築すると、汎用性、耐久性、信頼性、柔軟性、長寿命という点で、システムがより多くのことを実行できます。このブログでは、ファンレスPCの構築方法に関する重要なガイドを提供します。
ファンレスPC構築の7ステップ
ステップ1：適切なCPUを選択する
ファンレスPCを構築する前に、まず、特定のアプリケーションの要件に合ったCPUの種類を把握する必要があります。適切なCPUを選択することで、パッシブ冷却を実装する際に、より優れたファンレスシステムを設計できます。
ファンレスPCを構築するためのCPUを選択する際には、TDP、T-ジャンクション、サーマルスロットリングの3点に注意する必要があります。
TDP（熱設計電力）：いくつかのアプリケーションを実行している際のCPUの消費電力と発熱量を表す値です。TDPはワットで測定され、CPUが消費する電力量を示します。熱はエネルギーの副産物であるため、TDPはCPUが熱限界を超えずに発生する熱量も表します。
T-ジャンクションまたはTj：CPUシリコンチップ上で直接測定される温度を表す用語です。一方、最大T-ジャンクションは、CPUがサーマルスロットリングを開始する前に到達できる最高温度です。
サーマルスロットリング：CPUが過剰な過熱を避けるために電力とパフォーマンスを低下させることです。CPUは、処理周波数を下げることで、自己を冷却し、通常の動作温度内に維持しようとします。
そうは言っても、ファンレスPCを構築するには、さまざまなTDPを持つ広範なCPUが利用可能です。通常、プロセッサ市場では、CPUはパフォーマンスレベルに応じて10Wから130WのTDPに及ぶことがあります。ファンレスPCの構築は、パフォーマンスとワット数の間のバランスがすべてです。たとえば、95WのCPUを使用すると、コンピュータは非常に要求の厳しいプログラムを実行できますが、システムを冷却するためにアクティブ冷却が必要になるというトレードオフがあります。対照的に、ファンレスPCを構築するには、10Wから65WのTDPを持つCPUを使用することをお勧めします。65Wを超えるTDPを持つCPUは、信頼性の高いパフォーマンスを維持するためにアクティブ冷却が必要です。
ステップ2：HDDをSSDに交換する
ファンレスPCを構築する際に考慮すべきもう1つのコンポーネントは、ストレージソリューションです。従来のHDD（ハードディスクドライブ）は複数の可動部品と潜在的な故障箇所で構築されているため、SSD（ソリッドステートドライブ）に置き換える方が良いでしょう。SSDは、HDDと比較して、はるかに耐久性があり、コンパクトで、高速で、電力効率に優れています。したがって、SSDを実装することで、ファンレスPCはよりソリッドステートになります。ファンとHDDを排除することで、コンピューターの故障箇所が減り、耐久性と信頼性が大幅に向上します。
ステップ3：超伝導ヒートシンクを活用する
ファンレスPC構築の3番目のステップは、より効率的な熱放散のために超伝導ヒートシンクを利用することです。ファンレス設計の本質は、CPUからコンピュータの外郭エンクロージャへ熱を放散することで、内部の熱をパッシブに冷却する方法です。ヒートシンクは、発熱プロセッサとシャーシ間の架け橋となります。したがって、ヒートシンクは超伝導性である必要があります。アルミニウムや銅製ヒートパイプなどの超伝導材料のヒートシンクは、コンピュータが発熱プロセッサからファンレスPCケースへ効率的に熱を放散できるようにします。さらに、より良い熱設計のために、一部のファンレスコンピュータは、PCH（プラットフォームコントローラハブ）や追加モジュール、アクセラレータなどの他の高熱プロセッサに補助ヒートシンクを取り付けます。また、最適な熱伝導のために、ヒートシンク、プロセッサ、シャーシの間にサーマルペーストまたはサーマルパッドを塗布することを忘れないでください。
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ステップ4：ファンレスPCケース
ファンレスPCケースは、CPUとヒートシンクから伝わる熱が周囲の気流に放散される前の最終的な停留所です。ファンレスPCのケース構造は、ファン冷却デスクトップとは異なります。ファン冷却コンピューターケースは通常、プラスチックと薄いアルミニウム板でできており、滑らかな表面を持っています。これに対し、ファンレスPCはケース設計を別のレベルに引き上げています。ファンレスPCケースは、押し出しアルミニウムと頑丈な金属でできており、信じられないほど堅牢です。たとえば、Premioのファンレスコンピューターケースは、内蔵の銅製ヒートパイプを備えた一体型シャーシに押し出し成形されており、耐久性と効率的な放熱を実現しています。一体型設計により可動部品が排除され、ファンレスPCを真にソリッドステートにすることができます。さらに、ファンレスPCケースには、表面に専用のヒートシンクフィンがあり、ケースの表面積を広げています。ヒートシンクフィンとより広い表面積により、ファンレスPCケースは、可能な限り多くの熱を可能な限り迅速に周囲の気流に放散することができます。
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ステップ5：パフォーマンスアクセラレーションのためにEDGEBoostノードを選択する
Premioの堅牢なファンレスPC、例えばRCO-6000-CML 第10世代Intel Coreシリーズは、モジュール性が高く、パフォーマンス重視のビルディングブロックである設定可能なEDGEBoostノードを搭載しています。RCO-6000-CMLシリーズの基本モデルは、ファンレスで堅牢なコンピューティングソリューションであり、過酷な環境条件に耐えながら、エッジで強力なコンピューティングを実行できます。
しかし、エッジでのリアルタイムかつ詳細な応答性を促進するために、いくつかの最適化された技術が収束しました。ここでEDGEBoostノードが活躍します。EDGEBoostノードは、Premioの高性能ファンレスコンピューターの主要な差別化要因です。EDGEBoostノードのモジュール設計により、ユーザーはアプリケーションのニーズに基づいて特定のアップグレードを選択できます。さらに、ユーザーは、高速NVMeストレージ、高密度SATAストレージ、さらには堅牢なGPUアクセラレーションを含むさまざまなパフォーマンスアクセラレーターでEDGEBoostノードを構成できます。さらに、ユーザーはSSDストレージとGPUを組み合わせて、単一のEDGEBoostノードにまとめることもできます。
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ステップ6：すべてを組み立てる
ファンレスPC用の適切なCPU、SSD、ヒートシンク、ケース、パフォーマンスアクセラレーターを選択したら、次のステップは、完全にファンレスのコンピューターのためにすべてを組み立てることです。ファンレスシステムの主な利点は、衝撃や振動に耐える能力です。ファンレスPCは、耐久性、コンパクト性、低消費電力だけでなく、非常に静かです。ファンがないため、ファンレスPCは密閉されており、標準のデスクトップコンピューターと比較してはるかに小型です。すべてのアプリケーションにファンレスPCが必要なわけではありませんが、PCアーキテクチャにファンレス設計を採用すると、ファン冷却コンピューターと比較して、数多くの利点が得られます。
ステップ7：環境試験と検証
ファンレスPCを構築する7番目のステップは、システムが真に堅牢で、耐久性があり、信頼できることを確認することです。ファンレスPCを設計および構築した後、産業環境での成功または失敗を診断するために、システム全体の設計は厳格なテストおよび検証プロセスを経る必要があります。これらの特殊なテストは、コンピューターを極限まで、しばしば破壊の点まで追い込みます。テストおよび検証では、製品の破壊は、全体的な設計の優れた指標ですが、最も重要なのはその限界を示します。メーカーが極限までテストしない場合、コンピューターの全体的な信頼性または平均故障間隔（MTBF）は産業グレードの基準を下回る可能性があります。その結果、より多くの産業用コンピューティングメーカーは、さまざまな環境設定で設計をテストおよび検証するために、資本試験装置に投資しています。
しかし、DIYファンレスPCを構築する個人にとって、システムを適切にテストおよび検証しようとすると、非常に費用がかかる可能性があります。さらに、一部のPCメーカーも、ハードウェアを直接テストするだけの資金がないため、第三者のテストラボにテストを依頼する必要があります。これは、産業用ハードウェアのプライベートテストラボを設立するための莫大な初期費用が原因です。しかし、第三者のテストラボでのプロセスを綿密に監視することは困難です。その結果、直接検査されていない場合、品質管理が望ましい基準を満たさない可能性があります。
そのため、Premioは社内テストラボを構築し、当社のファンレス産業用コンピュータの実際の展開における信頼性を確保するための包括的なテストおよび検証プロセスを行っています。これは、Premioのファンレス産業用PCが組み込みの耐久性、信頼性、長寿命を確保するために不可欠なステップです。Premioの社内ラボは、実生活の状況を模倣し、ハードウェアを限界までテストするための特殊なテスト機器で構築されています。これらの社内テスト機器には、温度・湿度チャンバー、熱衝撃チャンバー、多軸衝撃・振動テーブル、IR熱センサー、EMI信号完全性、および規制順守機関向けの事前認証手順が含まれます。
これらのテストには以下が含まれます。
- コンプライアンステスト：ECおよびFCC認証のための電磁両立性（EMC）テスト。
- 信号測定：最適な設計属性を確保するための高速周辺機器の信号完全性。
- ストレステスト：通常の基準を超えて動作したり、最大仕様を満たしたりしたときの結果を観察します。
- 機能テスト：基本的なI/O機能テスト、起動テスト、OS、電源保護、消費電力、パフォーマンステスト、フルローディングテスト。
- BIOSセットアップテスト：システムがすべての機能とデバイスを適切に検出し、設定を構成し、初期化することを確認します。
- 互換性テスト：CPU、DIMM、ディスプレイカード、その他の周辺機器がシステムと互換性があることを確認します。
- 環境テスト：四隅を含む熱テスト、動作中および非動作中のテスト、起動テスト、衝撃および振動テスト、IP等級のシーリング、熱衝撃テスト
ファンレスPCのメリットの概要：
- 静音動作
- 衝撃・振動耐性
- 防塵・防塵性
- 高い信頼性と耐久性
- 小型フットプリント
- 環境適合性
よくある質問（FAQ）
ファンレスPCは作れますか？
はい、ご自身でファンレスPCを構築することは可能です。ファンレスPCを構築するために必要なコンポーネントには、10Wから65WのTDP CPU、超高伝導ヒートシンク、専用のファンレスPCケースなどがあります。
ファンレスPCは良いものですか？
ファンレスPCは、コンパクトなサイズ、高い耐久性、低いメンテナンス性、長いMTBF（平均故障間隔）、電力効率、衝撃・振動耐性、防塵性、静音動作など、幅広いメリットを提供します。
ファンレスミニPCの作り方は？
ファンレスミニPCは、コンピューティングアーキテクチャにSoC（System on Chip）を利用した小型フォームファクタのSBC（シングルボードコンピュータ）を組み込むことで実現できます。これらのSoCの一部はメモリとGPUを統合しています。これにより、電力とファンレス設計を維持しながら、より小さな設置面積を実現できます。
ファンレスコンピュータはどのようにして冷却を保ちますか？
ファンレスコンピュータは、CPUから外部エンクロージャに伝導された熱を自然に放散することで冷却を保ちます。ケースに伝導された熱は、コンピュータを通過する空気の流れによって冷却されます。したがって、ファンを使わずにシステムをパッシブに冷却します。
DIYまたは既製のファンレスPC？
ファンレスPCは空冷式または水冷式のコンピュータよりもコンポーネントが少ないかもしれませんが、ファンレス設計を効果的かつ確実に機能させることは難しい場合があります。幸いなことに、ご自身でファンレスPCの構築を試すこともできますし、手間を省いて既製品を購入することもできます。プレミオでは、当社のエンジニアが米国で30年以上にわたりファンレス冷却ソリューションを設計してきました。さらに、プレミオのファンレスコンピュータは、最も過酷な産業用途向けに専用設計、テスト、検証されています。その結果、信頼性と堅牢性の高いファンレスシステムを構築するための時間、エネルギー、費用を節約できます。ファンレス産業ソリューションと入手方法の詳細については、お問い合わせください。
