フクロウの羽に自動車の技術を-- 2019年のThinkPadで生まれ変わった冷却技術

「フクロウの羽といえば？」という問いに「ThinkPad！」と返せる人は意外と多い。このことが示すようにThinkPadにとって冷却機構は重要な位置づけにあり、そのことを評価するノートPCユーザーはこれまた多い。

その冷却機構はバッテリー駆動時間とトレードオフの関係にある。そのため、電源管理のデザインもノートPCの開発にとって重要な意味を持つ。もちろん、ThinkPadの開発陣も冷却機構と共に電源管理機能を重視している。

2019年に登場したThinkPad X1 Carbon 2019年モデル(以下、X1 Carbon 2019)とThinkPad X1 Yoga 2019年モデル(以下 X1 Yoga 2019)では、冷却機構と電源管理で新しい技術を取り入れた。この記事では、レノボ大和研究所で開発に携わった当事者が語る、新技術の特徴を解説する。

ThinkPad 2019年モデルで導入した新世代冷却機構について話を伺った中村厚喜氏(左)、内野顕範氏(中央)、瀬戸裕一郎氏(右)

高熱化するのに薄型化、それでも温度を下げるために

冷却機構について解説したのはレノボ Thermal＆Performance designに所属する中村厚喜氏と同所属内野顕範氏だ。中村氏は、X1 Carbon 2019、X1 Yoga 2019の熱設計において影響した外部要因として、「ボディの薄型化」「CPUの高性能化」「ファン騒音」「ボディ表面温度」を挙げる。本体の厚さは、全機種のThinkPad X1 Carbon 2018年モデル(以下 X1 Carbon 2018)の15.95ミリからX1 Carbon 2019では14.95ミリと薄くなり、搭載するCPUのターボブーストにおける供給電力(CPUの熱設計で使う言葉としては「PL2」)はX1 Carbon 2018が採用していたCPUのKabylake-R世代で44ワットだったのが、X1 Carbon 2019が採用するWhiskeylake-Rでは51ワットまで増加している。

厚さは6％程度削減されたのに供給電力(＝発熱量)が1割以上増えているのだから、熱設計としては非常に厳しい状況になる。加えて、X1 Carbon 2018ユーザーからのファン騒音とボディ表面温度に関するフィードバックでは、「ファンがすぐに回る」「ファンの風切り音がうるさい」「表面が熱い」「設定が選べない」という意見があった。その意見に応じるためには、ファンは静かで、回る頻度は少なく、それでもボディ表面は熱くならず、かつ、処理能力重視、静音重視などユーザーの利用場面と目的に合わせて設定を選べるようにする必要がある。

それらの相反する要求に応えるべく、レノボでは、ソフトウェアとハードウェアのそれぞれで新しい技術を用意した。ソフトウェアでは電源管理プランに改良を加えた。レノボでは、Windowsが用意する電源管理プランユーティリティとは別に、独自に開発したユーティリティをThinkPadシリーズに導入している。ユーザーインタフェースとしてはWindowsのユーティリティと同じく複数のモードを用意し、フォームに表示したスライダーでパフォーマンス重視モードからバッテリー駆動時間(＝静音重視)重視モードを設定できる。

従来はパフォーマンスモードが初期設定だったが、2019年モデルからはバランスモードが初期設定になっている

レノボのユーティリティでは従来(X1 Carbonシリーズでは2018年モデルまで)全てのモードでパフォーマンスを重視した設定としていたが、2019年モデルではバランスを重視するモードを用意した(これまでのモードは全てパフォーマンス重視モードにまとめてしまった)。それぞれのユーザーにおける利用目的やそのときの状況に合わせて「ユーザーが選択できる」ことを重視した結果だ(別な言い方をすれば、望ましい処理能力やファンの音量、ボディ表面温度をユーザーが状況に合わせて選択することが前提となる)。

ボディ表面温度と電源管理の設定では、PCを使用している場所を机の上か膝の上かを自動で判断し、場所に合わせて供給電力の設定を変更する技術を独自に開発して導入している。X1 Carbon 2019とX1 Yoga 2019では、この技術でも改良を加え、机の上で使用している状態(以下、机上状態)で、従来と比べて15％の処理能力向上を可能にした設定を導入している。

この設定を可能にするには、机上状態と膝の上で使っている状態(以下、膝上状態)を的確にシステム側で判断する必要がある。これは、ボディ表面温度による不快感を防ぐためで、膝上状態のボディ表面温度は長時間使用でも低い温度にレノボ自ら定めており、その範囲に収まるようにCPUへの供給電力も抑える必要があった。しかし、レノボが開発した机上状態膝上状態を自動で検知する機能を導入して「明らかに膝の上で使っていない状態」を確定できることで、机上状態におけるCPUへの供給電力をこれまでより高く設定して処理能力を高めることが可能になった。

X1 Carbon 2019とX1 Yoga 2019の設定において、机上状態の供給電圧は51ワットから机上における安定供給電力に移行し、膝上状態が検知された時点でより低い値に設定した膝上における安定供給電力に移行する。ここでいう「机上における安定供給電力」と「膝上における安定供給電力」に対して、レノボでは、第三者認証機関のUL Japanに依頼して、それぞれの値を定めている。レノボでは、自動で机上状態と膝上状態を検出できることで、膝上状態より机上状態で安定供給電力を高く設定できるようになり、それが、15％の処理能力向上を可能にしたと説明している。