[電源]電源ユニット選びで注意すべき5つのポイント
NVIDIAのGeForce RTX 30シリーズグラフィックスカードやAMDのRyzen 5000シリーズプロセッサーとRadeon RX 6000シリーズグラフィックスカードの発売は、高性能時代の到来を告げるものとなっています。これは、高出力電源ユニットの需要が徐々に増加していることを意味します。
現在、市場には多くの電源ユニットがあり、ブランドごとにさまざまな特徴やスペックを備えています。ゲーマーはどのように自分のニーズに合った電源を選べばいいのでしょうか？電源ユニットを購入する際には、いくつかの点に注意する必要がありますので、ご紹介します：
電源のワット数
電源ユニットの最も基本的な考え方は、ワット数から始まります。電源ユニットに記載されているワット数は、実際のワット数とは異なる場合があります。優れた電源ユニットには連続定格出力が表示されていますが、その他の電源ユニットにはピーク出力電力しか表示されていないことがあり、これでは十分な電力を供給することができません。各電源ユニットに貼られているスペックシールや、パッケージに記されたスペック表は、電源の真偽を判断するのに役立ちます。連続定格出力電力とピーク出力電力について、より詳しく説明します：
1. 連続定格電力
これは、任意の入力電圧と温度の条件下で、その電源ユニットが設計範囲内で継続的に供給できる最大電力値を指します。一般的に、電源ユニット背面のスペック表示ラベルは、安全規制の対象となるため、電源ユニットが供給できる総定格出力電力、すなわちワット数を表示する必要があります。
2. ピーク出力電力
ピーク出力電力とは、電源ユニットが保護メカニズムをアクティブにするまでの短い時間内（T < 10ms）に供給できる最大電力のことです。通常、電源ユニットは、定格電力の1.1倍のピーク電力で設計されています。ただし、ほとんどの電源ユニットのラベルやスペックには、ピーク出力電力が明記されていません。たとえば、850W電源ユニットのピーク出力電力は約935W（850W x 1.1 = 935W）です。
電源によっては、スペックラベルに記載されている総定格出力電力と、製品名や説明文に記載されているワット数が異なることがあります。そのため、電源を購入する際には、表示されている総定格出力電力を見て、正しいワット数を把握するようにしてください。
安全保護機能
電源選びのもう一つの重要な指標は、異常時に電源を確実に保護するために、その電源が持つ保護機能に注目することです。一般的な保護機能としては、OVP/OCP/OPP/OTP/SCPが挙げられます。以下に簡単な説明を記載します：
OVP（Over Voltage Protection：過電圧保護）
電源が正常に動作していない場合、出力電圧が異常に上昇します。その電圧がスペックで定められた電圧を超えると、電源の出力電圧は適切なタイミングで遮断されます。異常が解消された後、電源ユニットは再起動できます。そのため、コンポーネントやマザーボードの破損を防ぐことができます。
以下は、インテルのデザインガイドによる定義です：
OCP (Over Current Protection：過電流保護)
各電圧レールから供給される電流が、電源の許容する最大出力電流を超えると、安全のために電源は適切なタイミングで遮断されます。異常が解消された後、電源ユニットは再起動できます。一般的に、OCPは定格電力の1.2～1.5倍に設定されます。
OPP (Over Power Protection：過電力保護)
システムの消費電力が電源の定格電力を超えると、安全のために電源が適切なタイミングで遮断されます。一般的に、OPPは定格電力の1.2～1.5倍に設定されます。
OTP (Over Temperature Protection：過熱保護)
電源の内部温度が設計許容値を超えると（放熱不良やファンの異常による）、安全のために電源は適切なタイミングで遮断されます。内部温度が正常に戻った後、電源ユニットは再起動できます。
SCP (Short Circuit Protection：短絡保護)
出力回路がショートした場合、安全のため電源は適切なタイミングで遮断されます。異常が解消された後、電源ユニットは再起動できます。
電源レール設計と必要なワット数
電源のレール設計は、シングルレールとマルチレールに分けられます。それぞれのデザインには利点と用途があります。マルチレールとシングルレールの設計の違いは、電源が複数の+12V電源出力を備えていることです。+12Vはシステムのコア電源であるため、必要な電流は比較的大きいです。CPU、GPU、MBはすべて+12Vの電流で供給されています。一般的に、電源がシングルレールかマルチレールかは、スペック表から判断できます。
シングルレール設計
その名の通り、+12Vは1チャネルのみで、すべての電流はこのチャネルを通じてシステムコンポーネントに供給されることになります。シングルレールの利点は、使用可能なすべての電流が総電源下の同じ回路に集中するため、供給できる1つの回路のアンペア数が比較的大きくなることです。スペックシートには+12Vが1つだけ表示され、使用可能な最大アンペア数とワット数が表示されます。
マルチレール設計
マルチレール設計は、+12Vを複数のチャネルに分割しています。これにより、各チャネルのアンペア数を制限し、各チャネルにOCP保護デバイスを設置することで、過度の電流負荷による各チャネルの破損を防ぎ、ユーザーの安全性を向上させます。スペックシートには、+12Vのレールを複数に分割し、それぞれに使用できる最大アンペア数とワット数が記載されます。ただし、チャネル数がいくつであっても、合計ワット数は変わりません。MPG A850GFを例にとると、レールは4チャネルに分割され、それぞれMB、CPU、VGAに供給され、総ワット数は850Wです。
回路設計と保護メカニズムの設定が異なると、電源ユニットが耐えられる最大ワット数（ピーク出力電力に相当）に影響します。一般に、電源ユニットのピーク電力は、保護機構が作動する前に定格電力の1.1～1.3倍となるように設計されています。保護機構が作動した後は、各社が設定するOCPとOPPの保護値に依存します。通常、マルチレールの設計ではOCPの方が影響力が大きく、シングルレールの場合はOCPの設定はOPPの設定とほぼ同じになります。
MSI MPGシリーズ電源では、4チャネルのマルチレール設計が採用されています。各チャネルのOCP値は、定格電力の平均値の1.35倍に設定されています。MPG A850GFを例として説明します。各+12Vチャネルは、マークされた最高アンペアを基準としています。この数値にOCP設定値を乗じたものが、耐えられる瞬間的な最高電力を表し、通常はCPUやVGAの設定に依存します。また、インストール方法の違いにより、VGAとCPUがどれだけのワット数を得られるかが決まります。VGAはVGA1およびVGA2に接続することを推奨します。VGAが安全保護メカニズムの下でより大きな電流供給を受けることができるように、同じチャネルにインストールしないでください。
OCP 変換電力算出値
+12VCPU: 25A x 1.35 x 12V = 405W
+12VVGA1: 40A x 1.35 x 12V = 648W
+12VVGA2: 40A x 1.35 x 12V = 648W
ゲームベンチマークを使用し、4KやFHDの解像度設定でゲームをプレイする際に必要な消費電力をシミュレーションしてみました。また、AIDA64＋3Dmark D12Xのテストにより、最も負荷がかかる条件でどれくらいのワット数が要求されるかを確認しました。
テストに使用したコンポーネントの一覧は以下の通りです：
テストサンプル1
MB: MEG Z490 ACE
CPU: Intel i9-10900K (Turbo Boost on)
VGA: RTX 3090 Gaming X Trio
PSU: MPG A850GF
テストサンプル2
MB: MEG X570 UNIFY
CPU: AMD Ryzen™ 9 5950X (Game Boost on)
VGA: RTX 3090 Gaming X Trio
PSU: MPG A850GF
テスト結果によると、ゲーミングシミュレーションやCPUとGPUの同時ストレステストでも、平均消費電力（RMSワット）は600W未満を維持しています。さらに、ピーク出力電力（最大ワット）は、過電力保護（OPP）の範囲内にとどまります（MPG A850GFのOPP保護値）：850W x 1.35 = 1147W。NVIDIAはRTX 3090に750Wの電源ユニットを公式に推奨していますが、ピーク出力電力の対応に苦労する可能性があります。したがって、850W以上の電源ユニットを選ぶことを推奨します。
モジュラーケーブルの設計とカスタマイズ
電源ケーブルの設計は、フルモジュラー設計、セミモジュラー設計、アンモジュラー設計の3つに分類されます。主な違いは、ケーブルが取り外し可能かどうかです。フルモジュラー設計は、ユーザーがアセンブリ要件に基づいてケーブルを取り付けることができるため、スペースを節約し、ケーブル管理を簡素化できるという利点があります。また、カスタムケーブル構成も容易になります。現在、ハイエンドの電源ユニットは、主にフルモジュラー設計を採用しています。
フルモジュラー設計の着脱可能な性質により、ゲーマーは好みに合わせてケーブルをカスタマイズできます。たとえば、MSI MPGシリーズの電源ケーブルの設計においては、各電源ユニットメーカーが独自の設計を提供しています。したがって、購入した電源ユニットのケーブルポート設計を理解することで、ユーザーはカスタムケーブルを外部販売店に依頼できるようになります。
80 PLUS 電力効率評価
80 PLUSは、電源のエネルギー効率換算のための認証です。6段階に分かれています。レベルが高いほどエネルギー効率の変換率が高く、省電力であることを意味します。一般的に、良好な変換を実現するためには、電源にはより良い部材を使用する必要があります。以下は、80 PLUSのエネルギー消費スペックの変換効率要件をレベル別に示したものです。
市場に出回っているほとんどのハイエンド電源はゴールドランクで、より高いワット数にはプラチナやチタニウムのオプションも利用可能です。最初に購入する場合は、ゴールドランクのフルモジュラー電源から始めることを推奨します。プラチナ等級やチタニウム等級の電源は、優れた効率と品質を実現しますが、コストは高くなります。ゴールドランクの電源は、比較的優れた効率と、一般的な組立マシンの要件に見合う価格を提供します。
MSI MPG A850GF/MPG A750GF/MPG A650GF電源は、電源の安全性を高めるために複数の回路を組み込んだ、ゴールドランクのフルモジュラー電源です。使用要件に応じて、NVIDIA RTX 3090およびNVIDIA RTX 3080はMPG A850GFと、NVIDIA RTX 3070はMPG A750GFと、それに続く主流の下位RTXグラフィックスカードはMPG A650GFとの組み合わせを推奨します。今後発売されるAMD製カードの消費電力に関する情報は、後日提供されます。
NVIDIA RTX 40シリーズ
NVIDIA RTX 30シリーズ
