▶ 오늘날, 우리가 살아가는 사회의 모든 분야에서 컴퓨터는 없어서는 안될 전자제품으로 자리 잡았고, 여기에 대한 관심들도 많아지고 있습니다. 컴퓨터에 사용되는 CPU(중앙처리장지, central processing unit)은 작동 시 열이 발생하고, 이 발열을 적절하게 해소시켜줘야 CPU의 정상적인 동작과 수명에 도움이 됩니다. 물론 컴퓨터 뿐만 아니라 노트북, 스마트폰 혹은 인터넷공유기 등에 들어가는 각종 반도체들도 똑같죠.

▶ 전자제품을 냉각하는 방식은 크게 두 가지로 나뉩니다. 흔히 알고 있는, 히트싱크에 팬을 장착해서 팬으로 공기유동을 생성시켜 냉각하는 강제대류(forced convection) 방식과, 히트싱크만을 부착해서 공기의 온도차로 인한 부력으로 공기유동을 생성하는 자연대류(natural convection) 방식이 있습니다. 강제대류는 냉각성능이 좋지만, 추가적으로 팬(fan)이 장착되기 때문에 소음과 진동, 그리고 비용이 더 소요된다는 단점이 있습니다. 반대로, 자연대류는 팬이 없기 때문에 소음과 진동이 발생하지 않지만 강제대류에 비해 냉각성능이 그리 좋지 못하다는 단점이 있죠.

▶ CPU 또한 사용자의 필요에 따라 강제대류 방식과 자연대류 방식을 선택하는데, 거의 대부분의 유저들이 히트싱크와 팬을이용한 강제대류 방식을 사용하고, 정말 소수만이 자연대류 방식을 택합니다. 자연대류방식으로 냉각을 하기도 한다는 사실을 전혀 모르는 분들도 많습니다. 자연대류 방식이라고 해서 특별한 건 없고, 그냥 히트싱크만 설치하면 모든게 끝납니다. 현재 시중에서 판매하는 제품으로는 많이들 사용하시는 타워형 히트파이프 형태가 있죠. 타워형 히트파이프 제품은 대부분이 직사각형의 형태이기 때문에(물론 정사각형의 모습도 있지만), 설치방향에 따른 방열성능에 차이가 존재 합니다. 오늘은 그 차이를 알아보기 위해 간단한 실험을 구성해 봤습니다.

▲ 사용된 제품은 써모랩(Thermolab) 사의 고요(GOYO) 입니다. 몇년 전 선보였던 제품인데, 아마 시중에서 판매하지는 않았던 걸로 기억합니다. 운이 좋게도 저는 어떻게 구하게 되었습니다. 3개의 구리 히트파이프와 15개의 알루미늄 휜(fin)으로 구성되어 있고, 무게는 290g 입니다. 제조사에서 설명하는 열저항은 0.5 ℃/W 이하 입니다.

▲ 측정에 사용된 CPU와 메인보드(마더보드)는 LGA775 플랫폼인 Intel 프레스캇 540J 와 ASUS P5B-E PLUS 입니다. 오래된 제품을 사용하는 이유는, 첫 번째로 저렴하기 때문이고, 두 번째로는 코어의 형태가 정사각형이기 때문에 방향에 따른 성능차이를 측정하기 좋다는 점입니다. 접촉식 온도계는 사진과 같이 히트스프레더에 붙였습니다.

[ 실험장치 구성 ]

▲ 실험장치의 구성은 윗 사진과 같습니다. 케이스를 제거한 채로, 메모리(DDR2, PC2-6400) 만을 장착했습니다. 파워서플라이는 마이크로닉스의 클래식2 500W 입니다. 케이스가 없기 때문에 드라이버로 전원을 넣습니다. 현재 히트싱크는 수평으로 설치되어 있습니다.

▲ 똑같은 조건으로, 방향을 수직으로만 바꾼 사진 입니다. 이렇게 두 가지의 경우를 비교하겠습니다. 한가지 염두에 둘 점은, 케이스가 없는 상황이기 때문에 케이스 후면 혹은 상단에 여러개의 팬이 장착될 경우와 파워서플라이가 설치되는 위치에 따라 조금씩 다른 결과가 나올 수도 있습니다.

▲ 전력측정계에 나타나는 소비전력은 약 93W 입니다. 마이크로닉스 클래식2 500W 제품은 로드율 10% ~20 % 에서 약 82% 정도의 효율을 보이기 때문에, 실제 메인보드에 공급되는 전력은 약 76W 입니다. 램과 노스브릿지, 사우스브릿지 등에서 조금씩 소모되는 전력을 제외하면 CPU에는 약 70W 의 전력이 공급된다고 가정할 수 있겠습니다. 물로 아주 정확한 건 아니고 대강 그정도로 예측된다는 얘기입니다. 써모랩 고요 제품은 60W 의 TDP를 목표로 만든 제품이기 때문에 공급되는 열량이 조금 초과하겠습니다.

▲ 간단히 측정한 결과는 윗 그래프와 같습니다. 컴퓨터에 전원이 공급된 후 대략 20분 정도면 온도의 변화가 발생하지 않습니다. 그래프는 온도가 아니라 온도의 변화 입니다. 수직으로 설치한 경우는 온도의 변화가 33.2 ℃ 로 나타났고, 수평으로 설치한 경우는 29.8 ℃ 로 나타났습니다. 약 3 ℃ 정도 낮게 나왔습니다. 따라서, 수평으로 설치를 하는 것이 조금 더 냉각성능이 좋다는 것을 알 수 있습니다. 대략적인 열저항을 계산해보면, 29.8/70 = 0.42 ℃/W 정도가 나오겠네요. 물론 제조사에서 실험한 결과와는 조금 다를 수 있습니다.

이렇게, 히트파이프 히트싱크의 설치방향에 따른 냉각성능 차이를 간단히 실험해 봤습니다. 자연대류방식으로 CPU를 냉각하시려는 분들께 좋은 참고가 되길 바랍니다.