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オーバークロック (Overclocking) とは、デジタル回路を定格を上回るクロック周波数で動作させる行為。消費電力や発熱の増加、信頼性・安定性の低下を受容しつつ、より高い処理能力を得るために行われる。

◆概要

主として、動作クロックの変更が容易なx86 アーキテクチャのパソコン用CPUに対して実施される。また、これを好んで行う人のことをオーバークロッカーと呼ぶ。

Intel 486以降のx86 アーキテクチャCPUでは、動作クロックはベースクロックとクロック倍率の積として設定でき、汎用的なマザーボードでは多種多様なCPUの品種に対応できるよう、あらかじめ二つの値を何らかの方法で変更できる機能が備わっている。この二つの要素を定格以上の組み合わせに設定することで過大なクロック周波数をCPUに与えることができる。

オーバークロックは、「クロックアップ」「ブースト」と呼ばれることもある。前者は和製英語の一つであり語句の意味としてはオーバークロックと全く同じである。後者はオーバークロックも含む、システムに過負荷をかけて高性能を得る行為全体を指す、広義の語句である。反対の概念はアンダークロックである。

定格とは違う速度で動作させることはCPUなどに限らずマザーボードなどにも負担がかかり、機器の破損等のリスクがある。万一それによって機器が故障しても保証の対象外とする店舗やメーカーが多いため、実行する場合は自己責任で行うものである。

オーバークロックには後述するようなリスクがあるため、自作パソコンのユーザー(ファン、マニア)が全てオーバークロックを肯定的に受け止めているわけではない。「まず安定性ありき」でオーバークロックを行わない人間も存在する。

◆ 方法

;半導体製品のマージンを見込む。

:CPUやメモリ等は工業製品であり、出荷した全ての製品が最悪の条件の下で所定の性能(定格)を発揮できるよう、ある程度の余裕(マージン)をもたせて製造されている。このマージンを期待し、定格以上のクロックを加えて動作させる。仕様で定められた動作条件の範囲において、温度が最高で、かつ電源電圧が最低の時でも、定格通りの性能を発揮する様に製造・選別されており、より低温、高い電源電圧であれば、マージンが広がる。そのマージン部分も使って動作クロックを上げる。

;商品が潜在的に持つマージンを抽き出す。

:半導体製品は同一規格の製品でも個々に特性が異なり、選別の過程を経て商品のランク(動作スピード)ごとに分けて出荷される。低ランクの商品の需要が急増した場合には、高い性能を持つ商品が、低ランクの性能試験のみをパスして、低ランクの商品として出荷される事がある。この様な商品を選んで、低ランクの定格に定められた仕様以上の高クロックを与える。商品の特性はロット単位でばらつきがあり、特定ロットの商品がオーバークロックしやすい(マージンが大きい)と評判になれば、それを指定して購入する事も行われる(歩留まりの項目も参照のこと)。

;CMOS半導体のスイッチング速度を向上させる(高電源電圧)

:CMOS半導体は、加える電源電圧が高いほどスイッチング速度が向上するという特性を持つ(「カツ入れ」を参照)。この特性を利用し、前述のマージン以上のクロックで動作させることが可能となる。ただし、スイッチング速度の向上と引き換えに消費電力が増大し、半導体素子の温度が急上昇するので、更に強力な冷却が必要となる。また、加速劣化試験を実施しているのと変わらない状況であるので半導体の寿命が短くなる。

;CMOS半導体のスイッチング速度を向上させる(低温)

:同じくCMOS半導体は、低温において動作速度が速くなる。そのため、大掛かりな冷却手段を講じて温度を下げ、動作クロックの向上を図る。冷却手段としては、空冷、水冷、液体窒素を用いた冷却などがある。更に、ペルティエ素子による冷却も組み合わせることがある。

◆ “カジュアルな”オーバークロック

半導体に詳しくない人でも可能な行為として、ハードウェア自体に特別な加工を施さず、安価なCPUとメモリを高クロックで動作させる方法がある。より高価なCPUに近い処理能力を得ることで得をした気分になることや、ベンチマークで好成績をおさめることを目的とする。

◇設定方法の推移

1995年頃に出回ったマザーボードでは、ジャンパピンの差し替えを行ってクロック周波数の変更を行った。その方法はマザーボードの説明書に明示されていたのでわかりやすい反面、抜き差しが面倒だった。1997年頃からはジャンパピンの代わりにディップスイッチを備える製品が主流となり、ジャンパピンより楽に変更できるようになったが、いちいちケースを開かなくてはならず、やはり面倒だった。これら二つの方法は、物理的なスイッチを介して設定を行う都合上、クロック周波数および倍率の設定できる組み合わせは限られていた。

1999年頃になるとBIOSの設定画面で変更できるようになり、面倒さは大幅に改善された。2000年頃からはWindows用のブースト支援ツールを同梱する製品が現れた。ブースト支援ツールではオーバークロックを安全かつ確実に行えるよう、クロック周波数・電源・冷却ファンの回転数などを統合して管理できるようになっている。また、CPUを製造しているAMDが「AMD OverDrive」と呼ばれるオーバークロック用ツールを用意している。そして、このような設定ツールに対応するマザーボードの増加に伴い、従来は「禁じ手」とされたオーバークロックが、むしろ一種のセールスポイントのように扱われるようになってきた。

もちろん、たとえこのようなツールを用いたとしても、すべての製品で一様にオーバークロックができるわけではなく、何らかの事故が起きても一切の補償は行われない。定格外で使用している以上、これらのツールはすべて自己責任において用いることが原則である。

◇リスク

カジュアルなオーバークロックは、上記いずれかの方法でFSBの周波数・CPU内部でのクロック倍率・CPUやメモリへの供給電圧を上げ、ヒートシンクやCPUクーラーを良く冷えると言われているものに交換する程度である。そのため、マザーボード上のDC-DCコンバータの能力不足やオーバーロードによるMOS-FETの焼損、温度上昇によるアルミ電解コンデンサの容量抜け、クロック上昇による消費電力の増大に伴う電源負荷の増大、PCIバスの規定以上のクロック動作に伴う信号化け等々の不具合を起こすことが多く、最悪の場合火災が発生する。また、加速劣化試験を行っているようなものなので、システム構築当初は問題なく稼働しているように見えても、数カ月後には破綻することもあり、場合によっては1日も持たないこともある。

少なくとも、半導体メーカが提供するCPUやチップセットのデータシートを参照し、オーバークロック状態で消費する電力を供給できる電源ユニットに交換し、筐体内に充分なエアフローを確保する程度の事は行うべきである。特に夏期においては、充分に冷房の効いた室内で行うのが得策である。冷却は大切であるが、過剰に行い、部品類に結露を生じさせると、それにより故障する可能性もある。

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