「液体金属」と聞いて何を思い浮かべますか?溶岩?マグマ?どれも近いのですが、実は液体金属は安定した化合物として存在します。たとえばガリウムや水銀は常温で液体です。なかには熱伝導に優れたものもあり、コンピューティング、特にサーマルペーストの代替として活用されます。しかし、本当にサーマルペーストより優れているのでしょうか?検証していきましょう。
液体金属とサーマルペーストの違い
まず「液体金属」と「サーマルペースト」を整理しましょう。サーマルペーストは製品名で、液体金属は素材です。そのため両者を直接比較するわけではありません。ここで比較するのは、液体金属ベースのサーマルペーストとシリコンベースのサーマルペーストです。シリコンの誘導体は多くのサーマルペーストに使われる最も一般的な化合物です。シリコンはサーマルペーストの媒体(マトリックス)として機能し、金属化合物の粒子(たとえば酸化亜鉛)を保持し、ペーストに油脂のような性質を与えます。
一方、金属ベースのサーマルペーストには実質的に媒体がありません。つまり、金属自体が塗布時にすき間を埋める役割を担います。液体金属は熱伝導に優れる一方、電気伝導性も高いという特性があります。これが多くの利点と同時に、いくつかのリスクをもたらします。比較してみましょう。
液体金属ベースのサーマルペースト
メリット
· 驚異的な熱伝導率(約70W/mK)
デメリット
· 塗布手順が複雑
· 部品を故障させる可能性がある
まず液体金属ベースのサーマルペーストから見ていきましょう。念のためおさらいすると、サーマルペーストには2つの役割があります。1つは多くの人が知っている通り「熱伝導体」としての役割、もう1つは「すき間を埋める」役割です。CPUとヒートシンクの表面は完全に平らではなく、凹凸やすき間があり、そこに酸素が入り込むと熱伝導を妨げます。サーマルペーストの仕事はその空間を埋めることです。
前述の通り、シリコンベースとは違い、液体金属ベースのサーマルペーストは媒体を使わず、金属自体がCPUとヒートシンクの間の、本来なら酸素が入り込む隙間を埋めます。これと全金属組成とが相まって熱伝導率は大幅に高く、70W/mKに達することも珍しくありません。ただし、ほとんどの液体金属ベースサーマルペーストはガリウムやそれに類する金属を使っています。これらの金属は熱伝導に優れているだけでなく、偶然にも電気伝導性にも優れています。
ここで「それの何が問題なの?コンピューターは電気で動くんじゃない?」と思うかもしれません。「一石二鳥」のように聞こえます。
通常はその通りですが、電気がコンピューター内で有用なのは、意図した経路で流れる限りにおいてです。ガリウムが1滴でもあれば電流を予期せぬ方向に逸らし、マザーボード上の別の部品をショートさせ、マザーボード全体を…使い物にならなくしてしまう可能性があります。ハイリスク・ハイリターンですよね。さらに、ガリウムはアルミニウムと特に反応します。CPUやヒートシンクがアルミニウム製だったり、アルミ部品にガリウムが付着したりすると、アルミが脆くなり合金を形成してしまいます。
これらを踏まえると、液体金属ベースのサーマルペーストはシリコンベースのものよりも塗布作業がずっとリスキーで慎重さが求められます。
シリコンベースのサーマルペースト
メリット
· コスト効率が良い(約3ドル/グラム)
· 塗布が簡単で、部品を壊すリスクがない
デメリット
· 熱伝導率は低め(5-10W/mK)
液体金属ベースとは異なり、シリコンベースのサーマルペーストはずっとシンプルです。シリコンまたはその誘導体に加えて、熱伝導体として酸化亜鉛のような充填材(もしくは類似の無機化合物)を使うのが一般的です。一部のサーマルペーストは有機化合物を充填材に使いますが、信頼性はやや劣り、熱で早く劣化します。
シリコンベースのサーマルペーストの一番の強みは、その「売り」にあります。液体金属ベースのサーマルペーストは、標準的なシリコンベースチューブの2~3倍の値段がすることも珍しくありません。単純に製造コストが高いため、コスト面ではシリコンベースに軍配が上がります。
第2に、シリコンベースのサーマルペーストは塗布作業もずっと簡単です。サーマルペーストやパソコンの知識がまったくなくても、CPUに点で乗せるだけで済みます。仮にはみ出しても、シリコンベースのサーマルペースト内の成分は一般的に導電性がないので、マザーボードや他の部品にダメージを与える心配はありません。ペーパータオルか 専用ワイプ で拭き取るだけで大丈夫です。
「でも、デメリットについては?」
「デメリット」と言っても、熱伝導率が「低い」のはトップクラスの素材である液体金属と比較した場合の話です。デスクランプを工業用フラッドライトと比べて劣っていると言うようなもの。その主張自体は事実ですが、実用上は後者を欲しがる・必要とする場面はそうそうありません。
CPU/GPUの冷却にはどちらが最適?
場合によります。何を達成したいのでしょうか?通常、シリコンベースのサーマルペーストはどんな用途、たとえばゲーム、動画編集、多数のアプリの同時実行にも十分すぎるほどです。液体金属ベースのサーマルペーストは、プロセッシング性能や冷却性能を極限まで追求したい極端なハイエンドビルドや熱狂的ユーザー向けです。CPUやGPUを大幅にオーバークロックし、ハイエンドな空冷・水冷構成を持つようなケースです。
性能目標に加えて、もう1つの考慮点は漏れのリスクです。液体金属ベースのサーマルペーストがマザーボードや他の部品に付着すれば、それだけで大きなリスクになります。塗布技術に自信があるなら、液体金属ベースのサーマルペーストも選択肢に入るでしょう。ただし、どれほど熟練したベテランでも、完璧に塗布したつもりでもサーマルペーストが自然に漏れる可能性はあります。
先述の通り、シリコンベースのサーマルペーストの熱伝導率は液体金属ベースほど高くありません。しかし依然として業界標準であり、素晴らしい結果を出せます。先ほどのフラッドライトの例えを踏まえても、実際の性能差はそれほど大きくないのが実情です。
メリットがあるとはいえ、私たちはシリコンベースのサーマルペーストをおすすめします。例えば Kooling Monster KOLD-01 は、無機化合物で作られたプレミアムなサーマルペーストで、パソコンを効率的に冷却し、ピーク性能を引き出すサポートをしてくれます。
