【4Gamer.net】－ゲーマー向けメモリ「HyperX」でゲーム環境をアップデート

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　ゲーマー向けオーバークロックメモリモジュール「HyperX」（ハイパーエックス）について明らかにしていく本連載。第1回では，HyperXを開発，製造するKingston Technologyというメモリモジュールメーカーについて説明してきた。

　それを受けた第2回では，メモリモジュールの品質を左右する要因を明らかにしつつ，本連載の主役，HyperXそのものについて解説していきたいと思う。HyperXならではという開発工程から，Kingston Technology製品全般にいえる製造，チェック工程の詳細について，写真と解説を中心に紹介していこう。

上がDDR，下がDDR2メモリモジュールの例。似ているが，よく見ると，メモリスロットに差し込むピンの数が異なっており（DDRが184ピン，DDR2が240ピン），メモリモジュールに物理的な互換性はない

　2005年12月現在，PCのメインメモリとして主流を占めるのはDDR SDRAMと，それをさらに高クロック化したDDR2 SDRAMだ。DDRはDouble Data Rateの略。動作クロックに対して，文字どおりダブルのデータレート（2倍のレートでデータをやり取りできる）という意味で，DDR2ではさらに2倍，つまり動作クロックの4倍のデータレートを持つ。PCのメインボードである「マザーボード」に用意された「メモリスロット」（もしくは「DIMMスロット」）に差してメインメモリとして利用するため，第1回で説明したようなメモリモジュールとなっている点はどちらも同じである。

　メモリの説明で，よく「DDR400」「DDR2 667」とか「PC3200」「PC2-5300」とかいった表示を見るが，あれはいずれも速さを示す数値だ。DDR～/DDR2～で示される値は，メモリチップが1秒間に転送できるデータ量（＝データレート）を，Mbit/sという単位で示したもの。一方PC～/PC2～の数字は，メモリモジュールが1秒当たりに転送できるデータの量「帯域幅」を，MB/sという値で示したものである。

図1

　（途中を全部カットして説明する暴挙に出てみると）データレートを8倍すれば，だいたいの帯域幅を求められるが，その結果は以下のような感じだ。

表　メモリチップとメモリモジュールの対応関係

　このDDR333とかDDR2 533とかいった，一見中途半端な値は，第1回にも出てきた業界団体，JEDECによって決められている。PCには過去とのしがらみから，33.333……MHzの倍数で動作しなければならない決まりがあるので，人間には中途半端な感じのスペックになるのだ。
　またJEDECは，メモリの「レイテンシ」も規定している。Latency，とアルファベットで書けば想像がつく人も多いと思うが，メモリには「待ち時間」が存在する。CPUが○番めから○番めのセルにあるデータを読み出そうとするとき，実際に読み出しが可能になるまでには一定の時間がかかる。これがレイテンシだ。第1回で説明したように，1GBだと85億個以上もメモリセルがあるわけだから，メモリセルの場所を「何番地の～」などと指定するにも時間がかかる。とはいえ，あまりにも遅いと問題なので，JEDECが基準となるレイテンシを決めているというわけである。

　繰り返すが，動作クロックやレイテンシは，あくまでJEDECが決めているスペックだ。「業界で一致団結してこのスペックの製品を出したり，このスペックに対応したりすれば，問題は起こりませんよ」といったレベルのものなので，とくに法的な拘束力があるわけではない。
　もちろん，PCメーカー（≒マザーボードメーカー）は，JEDECのスペックで作られたメモリモジュールが動作するようにPC（やマザーボード）を設計しているので，JEDECのスペックとは異なるメモリモジュールを利用すると，正しく動作しないかもしれない。しかし，逆にいえば，そのリスクを負えるのなら，JEDECのスペックに従う義務は必ずしもないのだ。もし，もっと高い動作クロック，低いレイテンシで“きちんと”動作すれば，より快適にゲームが動作するようになり，Windowsの反応だって機敏になる。

図2

メモリセルからデータが読み出されるまでの流れをまとめてみた。一つのメモリセルからデータを取り出すには，（1）～（3）の順番で，場所を指定する必要がある。また，電気的な話になるので詳細は後回しにするが，データを読み出すごとに，（5）でメモリセルに電気を送らねばならない。そして，この作業にはそれぞれ時間（レイテンシ）がかかるというわけである

　「オーバークロックメモリモジュール」と呼ばれるメモリモジュールは，こうして生まれた製品である。JEDECのスペックとは異なる動作クロック，レイテンシで作られている。JEDECのスペックよりも高い動作クロック，もしくは低いレイテンシを実現したメモリモジュールがオーバークロックメモリモジュール。だから，厳密にいえば“オーバークロック”というのは正しくないが，分かりやすいこともあって，言葉として定着しているというわけだ。

　では，オーバークロックメモリモジュールは，どうやって開発されているのだろうか？

　メモリチップメーカーで生産されたメモリチップは，まず量産前サンプルという形で，数十個～数百個がメモリモジュールメーカーへ納入される。するとメモリモジュールメーカーは，ひとまずそれを適当な基板に載せて組み立ててみる。問題なく動作するか，するとしたら，オーバークロックできたり，レイテンシを詰めたりできるのか。熱への耐性はどうか。こういったことを，メモリモジュールとしてチェックしていくわけだ。
　メモリチップに関しては，事前に「このメモリチップはオーバークロックできるらしい」という情報が業界内に流れることもあり，その場合は，初めからオーバークロックメモリモジュールにする前提でテストしてみたりもする。

　案外ざっくりとしたテストだと思ったのではないだろうか。それでオーバークロックのテストになるのか，そもそもメモリモジュールのテストとして大丈夫なのか，疑問を感じる人もいると思う。だが，大半のオーバークロックメモリモジュールメーカーが行っているのは，おおよそここで述べたとおりの作業なのである。

　それに対して，Kingstonの採る方法は異なる。Kingstonは本社工場に専用のラボ「HP83000 Lab」を構え，ここでサンプルに対し，チップレベルの検証から行っているのだ。HP83000というのは，Hewlett Packard製の汎用LSI（IC）テスターで，日本円で1台3億円ほど。ラボの中には，それが数台設置されている。
　HP83000は，動作クロックだけでなく，レイテンシや供給電圧を細かく変えられるようになっており，メモリチップ一つ一つの特性を厳密にチェックできるようになっている。Kingston独自開発の「ロードボード」（LOAD BOARD）を変更することで，DDRやDDR2をはじめとしたさまざまなチップのテストが可能であるほか，局所的な温度変化状態を作り出せる「T-2500」という装置を併用して，チップレベルで温度や湿度に対する耐性検証も行える。
　Kingstonは，このHP83000を利用して，同社のメインストリーム向けメモリモジュール「ValueRAM」（ヴァリューラム），あるいはHyperX用のメモリチップを選別しているのだ。チップレベルで，動作クロックのマージンなどが判明したら，そのデータを基にして，やはりKingstonの本社にある基板設計部門が，適切な基板設計を行っていく。

HP83000（左，中央）。右はT-2500と組み合わせて設置されていた別のHP83000

左がロードボードだ。ロードボードの中心にメモリチップを置いてテストする。中央の写真を見ると分かるように，テストに当たっては上からしっかりと固定することになる。ちなみに，写真撮影はできなかったが，某次世代メモリチップ/モジュール用のロードボードももちろんあり，IntelとKingstonの関係の深さがうかがえた。右はメモリ基板設計中の様子

DDR2 SDRAMモジュール用のロードボード

　しかも，ロードボードを変更するだけで，HP83000はメモリモジュールの汎用テスターに早変わりする。基板が完成したら，基板にメモリチップを取り付けてテストするわけだ。取材時にはちょうど，サーバー向けメモリモジュールの量産前テストが行われていたのだが，なぜこういったことをするかというと，チップのときに見られた特性が，実際にメモリモジュールになってみると，微妙に変わる場合があるからである。

　HyperXに絞って話をしてみよう。あるメモリチップが，個体差を考慮してもチップレベルなら確実にDDR500で動作するとHP83000で確認できたとする。この段階でKingstonは，その特性を生かす基板を設計する。基本的にはJEDEC規定の基板を使う方向で進めるが，もし，そうでない基板のほうが，安定して高クロック動作できるという想定が成り立てば，JEDECの規定にはこだわらない。

　基板が完成したら，再度HP83000で，今度はメモリモジュールレベルのテストを行う。そして，特性に変化がないことを確認できた段階で，ようやく，市販のマザーボードを利用した実地テストに入るのである。

取材時は，レジスタードタイプのDDR2 SDRAMモジュールをテスト中だった。ロードボードにかけられている青いゴムシートは，ショートを防止するためのもの

無理を言って，テストルームから持ち出してきてもらったテスト環境の一つ。ちょうどHyperXのテスト中だった。ちなみにテストルームには――比較対照用と思われるが――他社のオーバークロックメモリが置かれていたことも付記しておきたい

　もちろんテストといっても，チップもモジュールも厳密なテストが済んでいるのに，ただ起動してメモリ負荷テストを実行したのでは，たいした意味はない。そうではなく，実際にゲームやそのほかの実アプリケーションを動かして，厳密な検証を行うのだ。
　どのマザーボードでどういったテストを行っているかについては，企業秘密ということで撮影できなかったが，テストルームの中には，比較的マイナーなメーカーのものも含め，各社のマザーボードがズラリと並んでいた。右の写真は，その代表として撮影が許可されたテスト用マザーボードの1枚だが，DFI製のRadeon Xpress 200P CrossFire Edition搭載マザーボード「LANPARTY UT RDX200 CF-DR」である。「なんとなくIntelのチップセットを搭載したマザーボードでテストしている」のではないわけだ。各社のさまざまなマザーボードでテストされているのである。
　チップのサンプルが入荷してから，ここまで最低でも1か月近い時間が，HyperXの動作テストには費やされるという。

Louis Kaneshiro氏

　今回取材に協力いただいたKingstonのHyperX担当シニアテクノロジーマネージャー，Louis Kaneshiro（ルイス・カネシロ）氏は，メモリモジュールのオーバークロック耐性検証を，量産前にどれだけしっかりできるかで，オーバークロックメモリモジュールの品質，要するに安定性や個体によるバラツキは，ほとんどが決まるという。「量産前にチップ，モジュール，マザーボードの組み合わせのすべてでしっかり検証すれば，ターゲットの動作クロックで確実に動作するか，量産時にどういう問題が生じやすいのか，そして，量産品でどうテストすべきかが見えてきます」（Kaneshiro氏）。
　メモリモジュールによっては，量産段階でマザーボードではなく，別のテスターを使ったほうが，いいことさえある。ノートPC用のMicroDIMMと呼ばれるメモリモジュールの場合，モジュールの寸法やピンの幅のチェックを行ったほうがいいと，このタイミングで分かったことで，問題を回避できたこともあるそうだ。だから，量産前のテストにKingstonはコストを惜しまないのである。

　ターゲットとなる動作クロックで確実に動作することを，完璧に確認されて出荷されるHyperXと，「とりあえずサンプルで組んでみたら，オーバークロックできたので」と市場に出てくるオーバークロックメモリモジュール。どちらが信頼できるかは，あらためて説明するまでもないだろう。

　店頭市場向けのメモリモジュールについて詳しい人の中には，なぜHyperXに超高速モジュールがないのか，不思議に思っている人も多いのではないだろうか。例えばDDR SDRAMだと，HyperXはDDR533（PC4300）までだが，ほかのメモリモジュールメーカーは，DDR600（PC4800）といった製品を市場に投入していたりする。数億円の検査設備を持っているなら，DDR600どころか，DDR700だって出せそうな気がするのに，どうしたことだろう？

Mark Tekunoff氏

　実はこれには，明確な理由がある。きちんとテストをしてから製品を作るKingstonは，非現実的な動作クロックをサポートしないのだ。
　Kaneshiro氏と同じく，HyperX担当のシニアテクノロジーマネージャーであるMark Tekunoff（マーク・テクノフ）氏は「HP83000などのテスト機材を利用すれば，チップレベルやモジュールレベルでDDR700動作するかどうかのチェック自体は容易です」と言う。実際，DDR500で動作するHyperX用として考えていたメモリチップのテスト中に，DDR700で動作するマージンを持つものは，もちろん見つかるとのこと。
　ただし，とTekunoff氏は続ける。「それはそれこそ，チップレベル，モジュールレベルでしかない。マザーボードにそんな設定はないから，本当に動作するかどうかを証明できないのです。私達は，一般のユーザーが入手できるマザーボードで，オーバークロック動作させたときに，きちんと動作すると確認できないものを，無責任に販売することは絶対にしません」。

　特定のマザーボードとの組み合わせでしか動かないようなオーバークロックメモリモジュールは，オーバークロックという行為自体が好きな人のためのものでしかない。誰でも入手できるマザーボードで，きちんとオーバークロック，もしくは低レイテンシ動作するメモリモジュールこそ，ゲーマー向けであるというわけだ。
　「モジュールの用意はできますから，マザーボードを改造して，さらにガスか何かでCPUをマイナス何十℃とかに冷却すれば，メモリがDDR700で動作するシステムを実現できるかもしれません。でも，そんなシステムを使って，世界中から集めたわずか数人のプレスの前で何分かだけ達成できたようなDDR700なんて，何の意味があるでしょう？」（Tekunoff氏）。

　ちなみに同氏によれば，最近，容量1GBを実現でき，オーバークロック動作も可能なチップを確認できたとのこと。近々，DDR500（PC4000），あるいはDDR2-1000（PC2-8000）の1GBモジュールが，HyperXブランドから登場することになりそうだ。

　第1回で，メモリモジュールの品質を左右する要因として，メモリチップ（＝メモリセル）品質の話をした。このため，HyperXを作るときに，メモリチップのテストを厳密にした後で，わざわざモジュールレベルでテストしたり，マザーボードに差してテストしたりするという行為が必要なのかどうか，疑問を持った人もいると思う。

　そこで今回は，少し“そもそも論”を展開してみたい。
　メモリモジュールは電子部品なので，電力の供給を受けて動作する。もっといえば，メモリモジュールのうち，基板はあくまで基板だから，「電力の供給を受けて動作する」のは，メモリチップである。そして，メモリチップの各メモリセルは，電力の供給を受けると帯電する（＝電気を帯びる）。帯びている電気のことを「電荷（でんか）」というが，この電荷の量が一定量を超えているかいないかで，メモリセルは0，もしくは1というデータを持つ。このデータがまとまると，それこそ第1回で挙げた「サブマシンガンの効果音」のようなものになる。

　気をつけておきたいのは，一定の電力をメモリセルに供給するためには，一定の電圧で一定の電流を流す必要があるという，理科の基礎だ。どんなにメモリチップの品質が良くても，正しい電圧で適切な量の電流が流れなければ，メモリセルに必要なだけの電荷は溜まってくれない。そうなると，メモリセル自体には問題が何一つなくても，テストするとエラーになってしまう可能性が生じる。

図3

　この対策としては，言うまでもなく，正しい電圧で適切な量の電流を流してやればいい。しかし，それを言い出すと，もうメモリチップとかメモリモジュールの話ではなくなってしまうのだ。
　メモリモジュールは，マザーボードに用意された「メモリスロット」（もしくは「DIMMスロット」）というスロットに差すのだが，マザーボード側がいつも正しい電圧/電流を供給してくれるかどうかは分からない。マザーボードの品質が高くても，そもそも電源の品質が悪ければどうしようもないのである。

　だから，この問題をどう回避するのかが，メモリモジュールメーカーの腕の見せどころだったりする。もしマザーボードや電源に何か問題があったとしても，メモリセルに流れる電流量を一定に保てるように基板を設計しておく。そして，設計どおりに間違いなく製造する。これを実現できれば，あとはそれこそ第1回で説明したように，メモリチップ（≒メモリセル）の品質にだけ注意しておけばいい。
　これは極端な例で，実際には，どんなにメモリモジュールの品質がよくても，本当に粗悪なマザーボードや電源を使ってしまうと，どうにもならない場合はある。とはいえ，基板設計の適切なメモリモジュールが，そうでない製品よりも，電気の不安定な状態に対して強いのは確かだ。

　基板側から電流量を一定に保つためのアプローチとしては，基板設計や実装する部品の取捨選択がある。電流を整える「チップコンデンサ」や「抵抗」といわれる電子部品を，回路上に配置するテクニックなどは，その最たるものだ。
　また，配線に対するアプローチもある。メモリモジュールの基板は1枚の板に見えるが，実際にはデータや電流の流れる層と，信号を安定させるためのアースの層を組み合わせて作られている。それも，2層ではなく，たいていは6層だ。この6層というのは，前述のJEDECが想定している設計。データや電流の流れる信号線は，線と線の間隔が短くなると，お互いが出すノイズによって相互干渉してしまい，メモリモジュール全体に悪影響を及ぼす危険がある。そこで，ある程度のスペースを確保するため，基板の層を厚くしていくわけだが，現在のメモリモジュールに関していえば，問題を確実にクリアできるのが6層というわけである。

　ただ，本誌読者のようなエンドユーザーに安価なメモリモジュールを提供することを目的とするメーカーの中には，そのテクニックをコストダウンのためだけに利用するところもある。安価な部品を使いつつ，なんとか安定させることで，コストダウンを実現するというわけだ。
　こうなると，メモリモジュールとしての品質はどうしてもギリギリの綱渡りになる。仮に品質のいいメモリチップを搭載していれば，Windowsを普通に使っているときには何の問題も起こらないかもしれない。しかし，ゲームをプレイして，PC――細かくいえばマザーボードや電源――に負荷がかかって，供給電圧が不安定になると，途端に動作がおかしくなったりする。

　こういった問題がやっかいなのは，メモリモジュールそのものと同じく，基板の品質を見分ける方法がほとんどないことにある。DDR SDRAMが登場した直後くらいまでは，明らかに実装部品の数が少ないものや，品質の低い4層基板があって，分かりやすかったのだが，最近では，粗悪なチップコンデンサなどを大量に搭載し，見た目の実装点数“だけ”は多い製品が存在したりする。逆にKingstonは，4層でありながら高品質のメモリモジュールを製造し，実際にそれがDell製PCに採用されたりしているのだ。
　メモリの品質を見分ける方法として，実装部品点数の多寡や，基板の枚数を基準にする方法というのは，比較的よく知られている。しかし，2005年末においては，必ずしも当てはまるものではないということは，知っておくべきだろう。第1回で何度も繰り返したように，そのメーカーの信頼度で，メモリモジュールは選ぶべきなのである。