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1. 개요
컴퓨터에 사용하는 냉각기를 말한다.컴퓨터를 사용하면 줄 발열로 인해 열이 발생하게 된다. 이러한 열은 특히 CPU처럼 소자를 고도로 집적시킨 IC에서 많이 발생[1]하는데, 이 열이 일정 수준을 넘게 되면 기기 작동에 문제가 생기다가 최후에는 자체 보호를 위한 셧다운이 실시된다.[2] 게다가 과열에 대한 보호기능이 없는 경우 부품이 타는 경험을 하게 된다. 이렇게 되면 당연히 부품을 교체해야 한다. 이러한 전자기기들의 과열에 대한 문제점을 해결하기 위해 물리적으로 온도를 낮추는 시스템을 쿨링 시스템이라 하고, 이러한 장치들을 쿨러라고 한다. 즉, 컴퓨터의 라디에이터 라고 생각하면 된다. 컴퓨터뿐만 아니라 어항에도 물고기가 익어죽는 걸 막기 위해 많이 설치한다.
개인용 컴퓨터의 수요가 매우 크고 다양해지면서 시스템 쿨러를 만드는 회사들도 늘어나다보니 쿨러라는 명사를 흔히 시스템 쿨러와 동일시하여 부르고 있다. 학술적 의미와는 다르게 실제 PC분야에서 상업적으로 시스템 쿨러라는 말은 쿨링팬만을 의미한다. 대다수의 커뮤니티에서 시스템 쿨러라는 단어보단 쿨러라는 단어를 더 많이 사용하는 편.
시스템 쿨러에는 가장 대중적으로 공랭식( 히트싱크만을 이용한 패시브 쿨링과 쿨링팬까지 이용한 액티브쿨링)이 있으며 조금 더 강한 쿨링을 원하는 사람들은 수랭식을 이용한다.[3] 그보다 더 나가면 드라이아이스, 액체질소 등을 이용하여 상온 이하까지 쿨링을 하는 등 생각보다 많은 종류가 있다. 또 이런 시스템 쿨러를 보조하는 악세서리들 또한 그 종류가 다양하다.
현재 잘만테크를 비롯한 국내외 많은 기업들과 개인들이 자체적으로 개발한 시스템 쿨러들을 내놓고 있으며 수요 또한 꾸준히 늘고 있는 추세라 앞으로의 전망은 좋아 보인다. 가격은 몇 천 원 하는 저가 쿨러에서 부터 수십만 원을 호가하는 고급 쿨러까지 다양하다. 가격에 따라 냉각 성능과 정숙함이 향상되는 건 맞지만, 오버클럭을 하지 않고 팬 소음에 민감하지 않다면 일반적으로 기본 OEM 쿨러로 충분하다.[4]
매니악한 쿨링을 하면 할수록 쿨러라는 단어는 잘 사용하지 않는다. 당장 공랭 시스템들만 보더라도, 쿨러라고 말하면 쿨링 팬(Fan)을 지칭하는 것인지, 방열판인 히트싱크(Heatsink)를 지칭하는 것인지, 혹은 두 개를 함께 한 세트로 지칭하는 것인지 애매하기 때문이다. 예를 들어 수랭을 사용하는 유저에게 쿨러라는 용어는 사용하기 굉장히 애매하다. 일체형 수랭모델의 경우엔 단일 제품이라 쿨러라는 말을 쓰기도 하지만, 커스텀 수랭까지 들어가면 기본적으로 워터블럭, 펌프, 라디에이터, 냉각수, 호스등 굉장히 많은 부품이 들어가서 단일한 쿨러라고 하면 무엇을 지칭하는지 전혀 알 수 없게 된다. 통째로 지칭할 경우엔 단일한 쿨러라는 표현보다는 '수랭 시스템'이라고 부르는 경우가 많다.
액체질소를 사용하는 쿨링까지 오면 '쿨링'이란 단어는 쓸지언정 쿨러라는 지칭을 할 이유가 완전히 사라진다. 아래에서 서술된 내용 또한 엄밀하겐 쿨러에 대한 내용보다는, PC의 쿨링방식에 대해서 서술하고 있다.
쿨러라는 단어가 주는 어감 때문인지, 커뮤니티를 막론하고 주기적으로 '쿨링 효율이 좋은 쿨러를 장착했더니 방 안이 시원해졌다'는 식의 주장을 하는 이들이 나타나고는 한다. 당연하게도 이는 고등학교 교과 과정에 포함된 열역학 법칙에 위배되는 주장이며, 컴퓨터 속의 열에너지를 에어컨처럼 집 밖의 실외기로 배출하지 않는 이상 좋은 쿨러가 방 온도를 낮춰주지는 않는다. 오히려 컴퓨터 내의 더운 열기가 컴퓨터 밖(방)으로 빠져나가기 때문에 약간이지만 더 더워지는게 더 말이 된다. 루리웹 수랭 대첩
CPU의 연산속도인 클럭을 함부로 높힐 수 없는 이유도 쿨링 성능의 한계가 존재하기 때문이다. 클럭을 높힐수록 발열도 커지므로, 오버클럭을 시도하는 CPU에는 고성능 쿨러를 필수적으로 장착하는 이유이다. 마찬가지로 그래픽카드 크기가 계속 커지는 것도 GPU 칩셋 자체의 크기가 커져서라기 보다 높은 클럭을 실현하기 위해 방열판이나 쿨링팬이 커지기 때문이다.
2. 종류
2.1. CPU 쿨러
2.2. 시스템 쿨러
컴퓨터 케이스 내부의 뜨거운 열을 배출하는 쿨러. CPU 및 GPU 쿨러는 결국 케이스 내부로 방열하게 되므로 케이스를 잘 냉각해 주어야 전체적인 냉각 효과도 높아진다. 사실 좀 거창한 표현으로 쓰긴 했지만 그냥 케이스 적절한 곳에 고정해서 돌리는 팬이다. 좀더 구체적으로 말하면 바람의 방향이 통일되어야 냉각 효과가 높아지는데, 대체로 케이스의 전면부와 바닥으로 공기를 빨아들여서 후면부와 상판으로 배출하도록 쿨러를 배치하는 게 일반적이다.2.3. GPU 쿨러
GPU를 냉각하기 위한 냉각기. GPU의 성능이 높아지면서 쿨러의 크기도 커졌다.3. 냉각 방식
3.1. 수동적 냉각(패시브 쿨링)
냉각에 별도의 에너지를 쓰지 않는 방법. 보통 어떤 부위에 직접적인 쿨링 솔루션을 사용하지 않고 간접적으로 쿨링을 하는 방법. 국소적으로 패시브 쿨링을 사용하는 경우도 있고 무팬 쿨링처럼 전 시스템에 팬을 사용하지 않는 경우도 있다.국소적 부위의 패시브 쿨링은 굉장히 자주 그리고 많이 이용되고 있다. HP의 마이크로 서버나 아톰(Atom) 시스템의 경우 CPU 쿨링에 자주 사용되고. 국소적 패시브 쿨링이 가장 많이 사용되는 컴퓨터 부품은 메인 메모리일 것이다.
저사양 부품에만 채택된다고 생각할 수도 있지만, 의외로 엔비디아 테슬라나 쿼드로 같은 산업용, 데이터센터용 고성능 그래픽카드에도 패시브 쿨링 시스템을 채용하여 팬이 전혀 없는 제품도 존재한다.
3.1.1. 방열판 냉각
팬을 사용하지 않고 방열판만을 이용한 쿨링 방식. 무팬은 보통 좁은 의미에서 공랭 패시브 방식만을 지칭한다. 따라서 유랭 방식에서 펌프랑 라디에이터를 이용하지 않더라도 좀더 넓은 분류인 패시브 쿨링으로 분류된다.쿨링은 열 전달율이 높은 금속매체를 칩셋이나 전원부 등에 달아서 열을 식히는 공랭쿨링의 방법이다. 저사양의 그래픽카드 칩셋, 보드의 전원부, 메인보드의 칩셋, 노트북 등 열이 적게 발생하는 부품이나 라즈베리 파이 등 각종 소형 시스템에서 사용되는 편. 음악 계열에서 사용중인 컴퓨터에는 소음 등의 문제로 인해 CPU 쿨러로 많이 사용하고 있다.[5][6] 보통 나사나 다른 고정수단이 없는 경우가 많아 히트싱크에 써멀 스티커를 붙이는 경우가 많다. 문제는 써멀 페이스트와 비교할 때, 써멀 스티커는 열 전달율이 굉장히 비효율적이라 안 그래도 안좋은 냉각효율을 더 떨어뜨린다는 점이다.
따라서 일단 처리가능한 열량에 제한이 많이 따르며, 허용치 이내라도 팬 없이 방열판만 사용된 경우 장기적으로 볼 때 냉납현상[7]이 발생할 수도 있기 때문에 제한적으로 사용되는 편이다. 일정 TDP를 넘어가는 부품들은 히트싱크 만으로 쿨링을 하는건 좋지 않다. 당연한 일이지만 오버클럭 같은 것은 돈이 많거나 외계인이라도 잡아먹지 않는 한 금기사항이며, 주변의 공기가 원만하게 순환되어야 하므로 부품 개조나 추가 역시 금기사항이다. 다만 무소음이란 장점이 있기 때문에 HTPC 유저들은 수랭 또는 무팬 시스템을 선호하는 편. 특히 FSP와 시소닉 같은 메이저 파워서플라이 제조사는 아예 히트싱크만 달린 무팬 파워를 출시함으로 자사의 기술력을 과시하기도 한다.
시스템 전체에 팬을 사용하지 않은 무소음 PC는 많은 쿨링덕후의 꿈이지만, 상당한 저전력, 저발열 시스템에 오픈 케이스나 준 오픈케이스여야 한다. Fan이 하나도 없으면 쿨링 성능이 가뜩이나 저하되어있는데, 일반적인 케이스에 팬을 다 떼낸 채로 사용하게 될 경우엔 케이스 내부에 뜨거운 공기가 차게 돼서, 케이스 내부의 온도를 상승시키고, 더욱 쿨링 성능이 저하돼서 무소음용 부품들로 구성했더라도 결국 온도를 못 견디고 셧다운된다. 또한 CPU 쿨러의 경우 그야말로 히트 파이프로 황룡사지 9층 목탑을 쌓으며[8], 가격도 비상식적인 수준.[9][10]
무팬으로 시스템을 구성할때 팬 소음에 묻혀 있던 미세한 고주파음이 들리는 아이러니한 경우가 나오기도 한다. 당연히 고주파음이 팬소음보다 귀를 자극하기 때문에, 여러가지를 희생(?)해서 무팬 시스템을 만들었음에도 고주파음을 묻어버리기 위해 어느 정도의 팬을 달기도 한다.[11]
3.1.2. 서멀 패드
MacBook Air와 같이 극단적으로 얇은 노트북이나 스마트폰, 태블릿에서 많이 사용하는 방식으로 후면에 검정색으로 된 패드를 말한다. 흑연 패드라고도 말하며 열전달 효율은 히트파이프보다 많이 떨어지나 공간적으로나 비용적인 장점을 가지고 있다. 하지만 몇몇 제조사는 이걸로만 냉각할려고 했다가 발열로 성능저하가 발생하기도 했다. 대표적으로 아이폰 시리즈와 함께 갤럭시 S21 시리즈와 S22 기본 모델이 있다. [12]3.1.3. 히트 파이프
냉매의 대류 현상을 이용해 열을 신속하게 옮겨주는 열 전달기. 항목 참조.일반적으로 단독으로 쓰이는 경우는 드물고 열전달 속도와 효율을 높이기 위해 부속으로 사용된다.
3.1.4. 베이퍼 챔버
히트 파이프의 단점을 극복하기 위해 나온 열전달 체계. 자세한 내용은 항목 참조.NVIDIA와 AMD의 레퍼런스 그래픽 카드들이 애용하는 방식이다. 이 방식은 상술한 히트 파이프에 비해 모든 면에서 우위를 지녔지만, 훨씬 비싼 가격 때문에 보통 고급형 모델들에만 쓰이는 편이다.
노트북 중에서는 삼성 노트북 오디세이 Z와 Razer Blade 2018년형이 이 방식의 쿨링 시스템을 사용한다. 또한 엑스박스 원 X와 엑스박스 시리즈 X도 이 쿨링 방법을 채택하였다.
3.2. 능동적 냉각(액티브 쿨링)
냉각을 위해 별도의 에너지를 쓰는 방식. 유랭식이나 특수 물질의 기화 방식을 쓰는 게 아닌 이상 팬이 반드시 사용된다.3.2.1. 공랭
3.2.2. 수랭
3.2.2.1. 관련 문서
3.2.3. 유랭
유랭은(는) 여기로 연결됩니다.
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| 사진 출처. |
영문으로 Liquid Submersion Cooling 또는 Immersion Cooling이라고도 한다. 열밀도가 부담스러운 본체를 통째로 비전해성을 가진 유동식 파라핀 같은 기름이나 불화탄소 계열 냉매와 같은 비전도성의 액체에 담가서(Immersion) 냉각하는 방식이다. 이 중에서 가장 대표적인 것이 기름에 담그는 것으로, 유랭이라 한다. 보통 유랭 혹은 Mineral Oil Cooling이란 단어가 일반적이다. 메인보드 및 주요 부품 전체를 고르게 냉각해 줄 수 있으며 시스템의 형태에 크게 구애받지 않기에 설계하기에 따라서 단위면적당 아주 많은 시스템을 욱여넣을 수도 있으며, 전원부나 메모리 등 일반적으로는 쿨러가 제대로 커버하기 힘든 파츠들까지 포함한 시스템 전부를 완전히 커버할 수 있다.[13]
유랭의 경우는 소비전력이 크지 않은 시스템은 그냥 본체가 들어갈 만한 수조에 본체를 넣고 절연체 기름을 부으면 끝이다. 기름이 자체적으로 열을 품고 대류를 하며, 외부와 접촉할 때 어느 정도 냉각이 되기 때문에 따로 팬이나 펌프를 달 필요가 없고 거의 모든 시스템 소음이 차단되어 사실상 무소음 PC를 만들 수 있다는 것이 장점이다. 이는 수랭과 달리 파워까지 모두 기름에 담겨 있고, 미세한 전기음까지 액체 속에 있기 때문에 모두 차단되기 때문이다. 또한 컴퓨터가 외부 공기, 먼지와 접촉할 일이 아예 없기 때문에 안정적이고 청소도 필요없다. 단, PC에서 배출하는 발열량이 일정한 수준을 넘어서면 유랭 역시 발열을 해소하기 위해 라디에이터와 펌프 같은 부수적인 장치가 필요하다. 기름은 냉매가 아니라 열을 품는 버퍼일 뿐이다. 대류와 전도를 통해 열이 빠지긴 하지만 미미한 양일 뿐이고, 열이 해소되지 않아 기름의 온도가 기준치를 넘어서면 PC가 통째로 튀겨질 수 있으니 주의할 것. 다만 무조건 라디에이터니 하는 걸 갖출 필요는 없고, 좀 더 간단한 방법을 추구한다면 에어레이션이라는 방법도 있다. 물고기를 키우기 위한 수조처럼 공기를 에어스톤을 통해 아래쪽으로 펌핑해 주면 곱게 분사되는 공기가 위로 떠오르며 기름을 휘젓기 때문에 엄청난 쿨링 효율을 얻게 된다. 다만 이렇게 하면 무소음은 아니게 되는 문제가 있다. 물론 에어펌프를 방 밖으로 빼버리면 소리가 거의 안 들리긴 할 것이다.
이런 장점들이 있는 반면 단점도 만만찮은데, 우선 다른 방식보다 초기 설치비와 노력이 훨씬 많이 필요하다는 점이 있다. 그리고 기름에 담겨있기 때문에 이후 USB나 LAN, 오디오 케이블 연결 등이 매우 힘들어지고 유지보수를 위해 재정비할 때마다 기름을 제거하는 등의 번거로운 작업들이 추가되므로 정비 및 관리에 애로사항이 꽃핀다.[14] 거기다가 본래 이런 유랭 시스템을 전문적인 목적에서 구축할 경우에는 진공펌프로 공기를 모두 뽑아낸 뒤에 밀폐하는데, 이렇게 해야 하는 이유는 시간이 지나면서 공기 중의 수분이 응축하여 물이 되어 케이스 밑바닥에 깔리기 때문이다. 하지만 일반 사용자 수준에서 완전히 밀폐된 케이스를 구해서 진공펌프로 공기를 뽑아내기는 매우 곤란하다. 그뿐만이 아니라, 라디에이터와 펌프가 없으면 고성능 시스템을 못 물린다는 점 역시 유랭의 큰 단점이다. 따라서 하드코어하게 냉각성능을 찾는 유저들이 유랭 대신에 커스텀 수랭을 택하는 이유가 된다. 라디에이터와 펌프를 물리는 순간, 유랭 최고의 장점인 무소음이란 점이 날아가버린다. HDD가 주력으로 사용되었던 시기에는 이걸 기름에 담그느냐 마느냐라는 문제가 있었다. HDD 자체의 구동음과 발열량 때문에 냉각할 필요성은 있지만, 플래터 회전 등에서 생기는 기압 문제를 해소하기 위해 존재하는 숨구멍이 막힐 때 영향받을 수도 있다는 의견도 있었다. 2010년대 이후 SSD가 보급되면서 HDD와는 다르게 SSD째로 기름에 담가도 문제가 없어졌다.
그런데 이게 수랭에 비해 가성비가 좋냐고 하면 그것도 아니다. 상대적으로 저소음을 유지하면서 고성능을 맞추는 것은 수랭으로도 충분히 달성이 가능하다보니 유랭이 하드코어 쿨링유저들에게도 외면받는 원인이 되었다. 펌프를 달고 나서 성능을 최적화하기 위해선 워터블럭 같은 물건이 있어야 하는데, 이걸 집어넣으면 사실상 수랭이랑 구조가 동일해진다. 유랭에 쓰이는 미네랄 오일은 비전도성이므로 누수걱정이 없다는 꽤 큰 장점이 있지만, 수랭처럼 쓰자니 유랭에는 수랭과 비교해서 치명적인 문제가 하나 있다. 바로 오일의 점성이 냉각수에 비해 매우 높다는 점. 미네랄 오일의 경우엔 종류에 따라 다르지만 물의 약 10~20배 가량의 점성을 지니고, 어지간한 오일은 물에 비해 수백 배나 되는 점성을 지닌 경우도 흔하게 찾아볼 수 있다. 그렇다보니 펌프를 돌려도 충분한 유량이 안나와서 성능을 올리기가 힘들어진다. 일반적인 수랭용 펌프를 갖다가 쓰면 펌프 수명에도 굉장히 안 좋다. 그렇다고 강력한 오일용 펌프를 구하자니 PC 쿨링용으로는 발매되는 모델이 없으니 적당한 걸 찾기도 힘들고, 찾더라도 소음과 규격이 문제이며,[15] 비쌀 뿐만 아니라 소음이나 펌프 자체의 발열 문제 등 예상되는 문제가 너무 많다. 그렇다고 그냥 기름을 순환시키는 수준에서 그치자니 성능이 공랭보다 낫다고 말하기 힘든 수준에 불과해진다. 무엇보다 펌프를 달아버리는 순간 볼만한 무소음이라는 유랭의 최고 이점이 사라지다보니 실질적으로 유랭을 할 이유가 뽀대를 제외하곤 없어진다.
또다른 단점으로, 어떤 기름을 사용하든 상관없이 유랭을 오래 사용하게 되면 컴퓨터 부품에 붙어있는 플라스틱이 엉망이 돼버리는 문제가 있다. 단지 장식용만을 말하는 것이 아니라, 커넥터와 케이블 피복 또한 해당이 된다는 게 문제다. 기름, 즉 물과 섞이지 않고 전기가 통하지 않는 액체라는 것은 무극성 액체인데, 소량으로 짧은 시간 동안 묻는 것은 아무런 문제가 없지만 이런 액체가 플라스틱과 오랜 시간 닿게 되면 플라스틱에 침투하거나 플라스틱에 들어 있는 가소제를 녹여내게 된다. 그리하여 케이블 피복이 탄성을 잃어 쩍쩍 갈라지거나 플라스틱이 조금만 힘을 받아도 뚝뚝 부러져버리는 상태가 돼버리는 것이다. LinusTechTips에서 유랭 컴퓨터를 제작했다가, 수조에 생긴 실금으로 자꾸 오일이 새서 해체해버린 다음 3여 년 후에 부품을 꺼내 본 영상
게임 관련 기기를 만드는 레이저에서 모듈 방식 컴퓨터의 컨셉아트를 공개했는데
3.2.3.1. 불화탄소 냉매
여기서 한발 더 나아가 상대적으로 저렴한 미네랄 오일 대신 3M 등의 업체에서 나오는 고가의 불화탄소 계열의 비전도성 냉매에 담가버리는 경우도 있다. 냉매에 담가놓으면 냉매가 부품에서 열을 기화열으로 흡수하며 증발하면서 기판 전체를 고르게 냉각시켜주고, 이렇게 증발한 냉매가 기기 상단부의 방열판 등의 냉각부위에 도달하면 열을 잃고 응축하여 되돌아가며 순환하는 방식이다. 이쪽도 일반적인 특성은 유랭과 많은 부분을 공유하지만 상위호환이라고 보아도 될 정도로 장점이 더 많다. 냉매의 증발열로 식히기 때문에 이론적으로 단위 면적당 감당할 수 있는 열량이 유랭에 비해서도 극단적으로 높고, 유랭과 달리 냉각을 별도의 라디에이터와 펌프를 갖추지 않더라도 일정 수준까지는 대형 방열판과 쿨링팬과 펠티어의 조합 수준으로 간단히 해결할 수 있으며 심지어 그냥 수돗물이 흐르는 관으로도 가능하다.(속슬렛을 생각해보자.) 그리고 냉매의 점성이 오일보다 훨씬 낮기 때문에 펌프를 이용할 때에도 단순 유랭에 비해 효율이 훨씬 높으며 미네랄 오일과 달리 그냥 꺼내면 냉매가 그 자리에서 바로 증발하기 때문에 부품이 지저분해지지 않는 것 역시 훌륭한 장점. 이러한 장점들로 인해서 좁은 공간에 많은 칩을 몰아 넣어야 하는 비트코인 채굴기나 데이터 서버의 냉각 방식으로 주목받고 있는 방식이다. 실제로 인텔과 3M이 협력하여 연구하고 있는 방식이기도 하다.
단점은 역시 유랭처럼 초기 비용이 매우 많이 드는데, 유랭을 능가할 정도로 살인적인 비용을 자랑한다. 냉매가 쉽게 새어나가지 않을 정도로 단단히 밀폐시킬 수 있는 케이스와, 그 케이스에 맞춰 만들어진 방열판이나 라디에이터가 필요하기에 이걸 갖추는 것 만으로도 큰 지출이 발생하는데 이걸로도 모자라서 사용되는 냉매의 가격이 흉악할 정도로 비싸다. 주로 많이 사용되는 3M의 Novec 7000(1-메톡시헵타플루오로프로페인, 화학식은 (CH3)O(C3F7))[16]의 경우 해외 포럼의 시행기에선 갤런당 250 달러에 달한다고 한다. 이걸로 데스크탑 한 대 사이즈의 수조를 채우면 왠만한 사양으로는 데스크탑보다 냉매값이 더 나오는 배보다 배꼽이 큰 상황이 된다. 거기다가 한 번 만드는데서 끝나는게 아니라 냉매가 새나가는 만큼 계속 보충해 주어야 하는데다가 '일반적인 사용자' 기준에서라면 더더욱 고려해야 할 안전문제도 있다. 일반 사용자에게는 주로 개인 공간이나 가정집이 될텐데 본체의 밀폐상태에 문제가 있다면 냉매가 무독성이라고는 해도 새어나간 냉매로 인해 무산소 상태를 만들기 쉬워 만에 하나 누수가 될 경우 사용자가 무방비 상태라면 질식의 위험에 노출 될수도 있다. 에어컨이나 냉장고와는 달리 양이 제법 되기 때문이다. 이를 방지하기 위한 부차적인 환기 및 공조 시스템을 갖춰야 하므로 추가적인 비용이 무지막지하게 들어가기에 일반 사용자들은 물론, 하드코어 쿨링을 추구하는 엔드 유저라 할지라도 가볍게 접근할 수 있는 방식은 아니다.
일단 서버냉각방식으로 발매된 물건이라 맞춰 만들어진 방열판과 라디에이터를 구하기부터 힘들고, 아직 일반유저들은 사용해본 유저가 극단적으로 적은 냉각방식이다보니 커스텀 수랭 대비 성능 비교도 제대로 이루어지지 않은 것이라 이 불화탄소 냉매의 경우엔 그 성능이 미지수인 상태.
이 냉매를 사용해서 CPU냉각을 잠시나마 한 동영상.[17] 3분 20초에 사용한 냉매에 대한 설명이 나오고 4분 55초에 실제로 사용하는 영상이 나온다. 데스크톱 실사용 동영상. 냉각시스템 구축비용으로 1500유로(한화 약 200만원)가 들었다고 한다. 작동 중 CPU 온도 테스트
3.2.4. 액화된 기체
컴퓨터 냉각 방식 중 가장 극단적인 방식으로, 일반적으로 가격이 가장 적절한 액체 질소를 사용한다.극단적인 오버클럭을 할 때 공랭식은 고사하고 수랭식이나 유랭식조차 순간적으로 발생하는 엄청난 발열을 감당할 수 없게 되어 버린다. 때문에 액체질소를 이용해서 냉각을 하는 방식을 쓰는 것이다. 액체질소라는 물건이 애초에 평범한 상황에서 사용할 수 있는 물질이 아니며, 일단 기화하면 추가적으로 액체질소를 부어줘야해서 소모성이므로[18] 오버클럭 대회와 같이 극오버가 필요한 경우에만 사용한다.
당연히 컴퓨터에 액체질소를 들이붓는다고 해결되는 것이 아니다. 원래 반도체는 일반적으로 최소 -20~+80도 아니면 -40~+120도 정도에서 이상이 발생하지 않도록 설계 및 제조되므로 -40도 이하로 떨어지면 저온버그라고 불리는 에러가 발생한다. 괜히 극지방용 기기나 우주 탐사선에 히터가 달리는 게 아니다. 덤으로 결로와 결빙이 발생하기 때문에 각 부품 전체에 방수처리를 해야 한다. 설상가상으로 CPU 하나만 액체질소로 냉각한다고 해도 저온버그가 안일어나는 특수한 녀석을 구입해야 한다.[19] 한마디로 돈지랄. 따라서 일반적인 상황에서는 사실상 이 방식이 이용될 일이 없다.
결국엔 액체 헬륨을 이용, 8 GHz(!!!)[20]를 넘긴 사례도 나왔다. 참고로 헬륨의 끓는점은 섭씨 영하 268.9도이므로, 액체 헬륨의 온도는 아무리 높아도 영하 268.9도이다. 게다가 극도로 낮은 온도에서는 점성이 없어져 벽을 타고 오르는 초유동 현상도 보인다.
3.2.5. 히트펌프
3.2.5.1. 증기압축식
물질의 상을 액체에서 기체로 변화시키면 열이 흡수된다. 이것을 이용한 증기압축식 히트펌프를 사용하는 냉각 방식이다.기화 쿨러 또는 칠러(chiller)라고도 하며, 주변에서 쉽게 찾아볼 수 있는 냉장고와 에어컨의 기본 원리가 이 상변화 과정에서 발생하는 기화열을 이용한 것이다. 쉽게 말해 소형 냉장고 냉각기를 컴퓨터에 붙이는 것. 부피가 커서 케이스 보통 외부에 따로 붙이지만, 이런 식으로 본체에 수납된 상태에서 나오는 경우도 있다. 규모에 걸맞게 본문에 소개된 냉각장치와 비교했을 때 보통 가장 많은 전력을 소비한다. 그리고 토출온도가 너무 낮으면 물컵에 이슬이 맺히는 것처럼 결로가 일어나니 주의. 가격도 10만원부터 시작하기 때문에 현재는 마이너해졌다. 물론 마음만 먹으면 영하로까지 자유자재로 냉각시킬 수 있고, 주위환경 온도 이하를 향해서 냉각하는 것이 가능한데다, 무엇보다 액체질소와는 다르게 지속 냉각이 가능하기 때문에 메리트가 아주 없지는 않다. 만약 구하고 싶거나, 제품을 보고 싶다면 "Phase Change Cooling PC"라는 키워드로 찾아보면 된다.
3.2.5.2. 펠티어 소자
펠티어 소자라고 하여 서로 다른 두 종류의 금속을 맞대고 직류 전류를 흘러주었을때 한쪽에선 열을 흡수하고 한쪽에선 열을 방출하는 소자가 있는데, 이를 쿨링에 이용하기도 한다. 서버용으로는 정착이 되었지만, 가정용으로는 잠깐 소개되었다 도태된 방식이다.
압축기니 뭐니 하는 복잡한 설비 없이 단순히 전기만 넣어주는 것으로 온도를 영하까지 내릴 수 있긴 하지만 소모전력이 많고, 온도를 지나치게 내리면 결로현상이 생겨서 주변 회로를 다 날려먹을 수 있기 때문에 방수처리는 필수. 또한 반대편에서 발생하는 다량의 열을 식히기 위해서는 굉음을 내는 쿨링팬을 설치하거나 수랭을 구성해야 하는데, 이러면 일반적인 냉각 방식과 별 차이가 없어진다. 보통 수랭을 하게 되는데, 발열을 못잡으면 열 역전현상이 일어나서 뜨거운 면과 차가운 면이 뒤바뀌기 때문이다.
결로방지를 위한 씰링 과정이 복잡하고, 펠티어가 필요로 하는 적정 출력을 이용하기 위한 변압과정 등 발열계산이 난해하다. 특히 오버클럭을 하게 될 경우엔 오버클럭한 특정 부품의 전력소모가 어느정도 되는지 정확하게 모르는 경우가 대부분이라, 정확한 발열 계산을 하기가 난감하다. 설상가상으로 쿨링 대비 소모하는 추가 소비전력으로 인한 비효율성 등 여러가지 복잡한 이유로 한때 유행으로 끝나게 되었다.
3.2.6. 그 밖의 방식
공식사이트
관련 논문
http://www.tomshardware.com/news/cpu-cooler-sandia-heatsink-fan,16100.html
미국 에너지부 아래의 산디아 국립 연구소(Sandia)에서 히트싱크 자체가 쿨링팬이 되어 돌아가게 만든 쿨러.
리뷰 사이트에서는 특수한 재료가 필요한 것도 아니므로 개당 제작비는 약 10달러 정도로 예상된다고 했다.
현재 저 쿨러 연구 결과를 바탕으로 MIT에 다닌 사람들이 회사를 만들어 상용화를 연구했으며, 2016년 하반기에 나올 예정이라고 했다. 영상과 개발한 쿨러를 연구한 자료도 일부 있으니 궁금하면 방문해 보는 것도 나쁘지 않다. 시제 양산품의 사진. 인텔 번들 쿨러보다 작다고 했다.
실제로 소비자용으로서 써멀테이크(아스크텍 유통)에서 <Engine 27>이라는 쿨러로 출시하였다. 쿨러 높이는 극단적으로 낮지만(27 mm), 가격이 무려 6만 7천 원이고, 성능은 인텔 번들 쿨러랑 엎치락 뒤치락 하는 수준이라고 했다. 일반 선풍기 날개도 회전하면 조금이나마 열을 내는 마당에, 히트싱크 팬은 반대로 열을 받기도 해 가격보다 메리트가 낮을 수밖에 없을 것이다. 현재로서는 극단적으로 작은 폼 팩터에서 어느 정도의 성능을 사수할 수 있다는 수준이고, 규모가 커지면 답이 없는 단계.
비슷한 가격으로 최소한의 높이로 높은 쿨링을 구현하는 플라워형 공랭 쿨러들이 있긴 하지만 이러한 높이가 낮은 쿨러를 주로 사용하는 ITX 시스템 구축에는 30~40 mm 정도의 적절히 낮은 높이를 가지고 있는 어지간한 LP 쿨러들로도 공간이 모자라지 않으며, 히트싱크 방식 쿨링팬이 LP 쿨러들에 비하면 성능적 우위가 없고 정작 쿨러 높이를 열심히 줄여봤자 다른 부품에서 까먹으면 쿨러 장착의 의의가 사라지므로 유효하게 사용할 상황이 극단적으로 적다. 그렇다고 일반적인 ITX 시스템보다 더한 극단적으로 얇게 구성하려 함을 생각해 보면 차라리 노트북 팬을 마개조해서 달거나 고사양 노트북을 사는 게 낫다 할 수 있다. 괜히 성공하지 못한 방식이 아니다.
MSI에서는 다른 방식으로서 스털링 기관을 이용해 팬을 돌리는 쿨러를 만들기도 했다. # "Stirling CPU Cooler"를 검색하면 동영상과 그림이 많이 나온다.
4. 기타
Apple의 전 CEO인 스티브 잡스가 매우 싫어하던 물건으로, 옛날에 이걸 없앴다가 모델 하나 절단낸 적도 있다.[21] 그때도 무쿨러의 꿈을 버리지는 못했는지 Mac의 쿨러는 RPM이 굉장히 낮게 잡혀있어 발열이 심하다. 발열에 가장 민감한 MacBook은 재질을 플라스틱에서 열 전도도가 매우 좋은 알루미늄으로 바꾸면서까지 낮은 RPM과 저소음의 쿨러를 실현했다. 덕분에 흰둥이 이후 세대들은 타 노트북보다 발열이 꽤 적은 편이다. 하지만 고성능을 요하는 작업(패러럴즈를 돌리거나 렌더링을 할 때)을 할때에는 7000 rpm을 육박하며 소음이 발생한다. 이 정신은 쿨러를 극단적으로 줄인 Mac Pro(2013년 후반 모델)로써 현재도 계승된다.[22] 근데 맥북 모델들에서 OS X 밖의 운영체제를 깔면 쿨러가 동작하지 않는 일이 있다. 그러면 운영체제 바로 깔자 마자 관련 패키지를 설치하지 않으면 키보드 옆에만 잡아도 엄청 뜨거워진다.컴퓨터를 쿨러 없이 켜서 무슨 작업을 하려고 하면 보통 몇 분 안에 셧다운된다. 옛날 386시대 컴퓨터야 쿨러 없이도 돌아가지만, 지금은 CPU의 성능이 그 당시와는 비교할 수 없게 발전했고, 성능 향상과 공정 집적화로 인해 발열량 역시 상승곡선을 그렸기 때문. 물론 아무리 싼 기본 쿨러나 무팬 쿨러라도 일단 달기만 하면 게임이나 인코딩 같은 무거운 작업을 돌리는 게 아닌 이상 온도가 30~50도 사이에서 안정화되니 무슨 일이 있어도 반드시 쿨러를 장착하고 켤 것.
안 쓰는 USB 케이블과 선을 연결해서 꽂으면 선풍기가 된다. 하지만 대다수의 팬은 동작 시작전압이 5V 이상이라 안 돌아가거나[23] 작동해도 매우 약한 바람이 나온다. 또한 선풍기는 바람의 직진성이 중요한데 쿨링팬은 밀폐된 케이스 안이나 밀착된 히트싱크용으로 제작된 것이라 개방된 공간에선 바람이 심하게 퍼진다. 그리고 안전망이 없어 잘못하면 다친다. 이 모든 단점을 극복하기 위해 컨버터, 팬그릴, 12V 변압 어댑터나 12V 전지를 구매하면 가정용 220V 선풍기를 살 금액이 나오므로 재미나 학습용으로 DIY를 하는 이상의 의미는 없다. 그나마 PD트리거라면 해 볼만 할 듯.[24]
4.1. TAC 규격
인텔에서 코어 i5 이상급의 방열성능 향상을 위해 만들어놓은 쿨링 규격을 뜻한다. TAC 규격의 핵심은 케이스의 좌측면에 덕트(+팬)을 달아 CPU와 그래픽카드에 바로 외기를 공급하도록 한다는 부분인데, 쿨링 성능에는 도움이 되지만 이 때문에 측면 재질이 아크릴이나 유리가 아닌 철로 한정되기 때문에 조립 부품 시장에서는 저가형 케이스를 빼면 잘 사용되지 않는다. 2021년 현재에는 전면에 다수의 팬을 달아 전면에서 흡기, 후면으로 배기하는 것이 대세가 되었기 때문에 더이상 보기 힘든 규격이다.4.2. 관련 회사
- ANTEC
- ASUS
- ARCTIC
- EVERCOOL
- Noctua
- NZXT
- 써모랩
- 잘만
- 지스킬
- CORSAIR
- 쿨러마스터
- be quiet!
- Thermaltake
- Fractal Design
- Phanteks
- EKWB
- 3R SYSTEM
- AVC
- Delta
5. 관련 문서
쿨러 속도 조절 프로그램 사용방법 : https://allit.kr/fan-speed/
쿨러의 흡기,배기 어느게 온도 관리에 더 중요할까? https://allit.kr/cpu-air/
PWM 기능을 지원하는 팬을 연결하고 사용하는 방법 https://allit.kr/pwm-fan/
[1]
21세기에 들어서 CPU에서 발생하는 열은 최고 100W/㎠를 넘어섰는데, 이 정도의 열은 우주선이 지구 대기권에 진입할 때 발생하는 마찰열과 맞먹는다고 한다.
[2]
칩다이와 물리적으로 연결된 패드/와이어가 끊어지거나 반도체의 junction부분이 영구적인 손상을 받을 수 있기 때문에 일정 온도 이상이 되면 IC의 보호를 위해 자동으로 꺼진다.
[3]
단, 컴퓨터에서의 CPU/GPU 쿨러는 칩셋 뿐만 아니라 주변에 분포한 전원부(캐퍼시티나 초크 등)도 함께 냉각시키는 역할을 한다. 수랭식을 사용하면 전원부 쿨링이 제한된다. 특히, 전원부 중 캐퍼시티는 열에 취약하며, 온도가 증가할 때마다 그 수명 감소율이 증폭되는 경향이 있다. 이는 곧 메인보드의 고장으로 이어지게 된다. 일부 수랭식 쿨러는 전원부 쿨링 성능을 갖춘 경우가 있으므로 잘 확인하고 구입하는 것을 권장한다.
[4]
AMD 번들 쿨러는 꽤 쓸만하다. 인텔 번들 쿨러로 i5급 이상은 스로틀링이 걸린다.
[5]
다만 단종된 이유로 무소음 CPU 쿨러를 구매하기 위해선 NOFAN사로 직접 연락을 해야한다.
[6]
어디까지나 아마추어급 홈레코딩에 한정되며, 웬만한 멀티트랙 시퀀싱, 레코딩, 믹싱, 마스터링 등 다수의 고음질 무압축트랙을 동시 재생하며 여러 가상악기와 이펙터를 적용시키는 음악작업은 CPU 멀티코어 자원을 굉장히 많이 소모하기 때문에 굉장히 능동적인 쿨링이 필요하며 무팬으로는 택도 없다. 작업량이 많은 홈레코딩용 시스템은 사용중인 CPU의 몇 체급 위 쿨링 시스템을 사용하여 최대한 낮은 팬 소음으로 발열 관리를 할 수 있게 오버스펙으로 빌드하고 케이스 팬 역시 낮은 소음을 갖는 팬을 최대한 큰 사이즈로 장착하거나 해서 해결하는 편이며, 전문적인 녹음/믹싱 스튜디오에서는 따로 서버룸을 두어 모든 컴퓨터 시스템을 몰아넣고 24시간 냉방으로 관리하는 것이 일반적이다.
[7]
어중간한 열로 땜납의 성질이 변하거나 열로 인한 피로가 누적되어 납땜에 금이 가거나 떨어져 나가는 현상. 납을 너무 적게 쓰거나 성의없는 납땜의 경우 눈으로 발견할 수 있으나 현미경으로 확인 불가능한 수준의 냉납이 있기도 하다. 이 경우 냉납인지 아닌지 파악하기 위해서는 좀 더 전문적인 분석기법(엑스레이나 단면촬영 등)이 필요하다.
[8]
참고로 보드나라 리뷰에 나온 쿨러는
잘만의 팬리스 쿨러 FX70이다.
[9]
기본쿨러보다 성능이 나쁜데도 가격은 거의 수랭쿨러나 공랭의 특급 쿨러 수준이다. 한마디로 쿨러 본연의 기능으로써는
가성비가
창렬하다. 무팬에 목숨 걸 생각 없으면 그 돈으로 차라리 보급형 공랭쿨러를 사자. 그게 돈이 훨씬 적게 든다.
[10]
완전한 무팬 쿨러는 의외로 수요가 한정적이고, 팬이 없는 상태에서 냉각 시킬려면 방열 면적을 최대한 늘리는 수 밖에(= 크기가 기형적으로 거대해짐 + 제조단가 상승) 없기 때문.
[11]
고주파음 문제를 감안해서 시스템 팬이나 반 무소음 파워서플라이, 하드디스크 정도는 남겨줘서 극저소음 수준으로 가는 경우도 많다.
[12]
이후 S23 시리즈는 삼성도 정신을 차렸는지 전 모델에 낭낭한
베이퍼 챔버를 달았다.
[13]
다만 커스텀 수랭의 경우엔 메모리 워터블럭부터, 메인보드 칩셋과 전원부를 전부 커버하는 메인보드 전용 워터블럭 등을 통해서 어느 정도 커버가 가능하다. 문제는 메인보드 전용 워터블럭의 경우을 사용하는 경우엔, 고를 수 있는 메인보드 종류가 굉장히 제한적이다. 아수스 ROG처럼 수랭 유저가 많이 살 법한 극소수의 모델들에만 맞춰서 전용블럭이 제조되기 때문. 일반 유저용으론 굉장히 마이너하지만, 하드드라이브 수랭과 파워서플라이 수랭도 있다.
[14]
그래서 유랭을 하는 사람들은 고장난 부품을 교체하는 게 아니라 주기적으로 새 부품을 사서 통째로 갈아버린다.
[15]
유랭의 경우엔 큰 통에다 기름을 부어버리고 그 기름을 돌아가게 유지만 하면 되니 호스를 억지로 이을 필요는 없지만, 수조 내의 기름을 통째로 돌리는 구조로 구성할 경우엔, 펌프의 부하는 더욱 올라간다.
[16]
https://multimedia.3m.com/mws/media/121372O/3m-novec-7000-engineered-fluid-tds.pdf (PDF 파일)
[17]
RYZEN Threadripper의 더미 다이가 4개 중 정확히 어떤 다이인지 알아보기 위해 이 냉매를 사용했다.
[18]
다만 액체 질소 자체는 매우 싸다. 액체 질소는 제철소에서 쓰는 액체 산소를 만들 때 나오는 부산물이라 같은 무게의 우유보다 싼 수준이다. 보관 용기가 비싸서 그렇지...
[19]
국내 유명 오버클러커의 증언에 따르면, 통상적인 상황에서 오버클럭이 잘 안되는 '뿔딱'일수록 극랭오버에서 튼튼할 가능성이 높다고 한다. 즉, 통상적인 공랭/수랭에서 오버가 잘 안 되는 녀석들이 상대적으로 고전압을 잘 버텨준다는 것. 실제로 극랭오버 중에서 CPU의 온도는 '전혀' 문제가 안된다. 언급한 콜드버그와 상상을 초월하는 고전압으로 인해 언제 급사할지 모르는 CPU의 내구도, 그리고 액체질소를 쏟아부으면서 생겨나는 결로현상과의 싸움일 뿐이다.
[20]
AMD CPU 한정.
[21]
당시 PC들은 발열량이 적어 굳이 쿨러를 장착하지 않아도 사용할 수 있었으나, 그럼에도 불구하고
Apple III가 여러 문제 중에서도 특히 발열로 인한 고장으로 실패했다는 사실에서 스티브 잡스가 얼마나 잘못된 판단을 했는지 알 수 있다.
Apple II 따위는 CPU, 파워 다 팬이 없어도 잘 돌아가며, CPU에 팬이 등장한 것은 x86에서도 펜티엄 시절부터였다(
80486은 팬 없이 방열판만 있어도 충분했지만 오버클럭을 하던 사람들은 팬을 따로 달았다).
[22]
하지만 Mac Pro는 워크스테이션 컴퓨터라 일반 컴퓨터와 비교할 수 없을 정도로 쿨러가 중요한데, 2013 Mac Pro는 성능보다 디자인을 추구하는 바람에 무려 3년 동안은 업데이트는 없는 건 물론 하드웨어 고장이 많이 발생해버리는 흑역사가 되어 버렸다. AMD 그래픽카드 발열을 못 버텨서 문제. 영화 데드풀 제작할 때 10대의 맥 프로가 쓰였지만 모두 죄다 고장나버리는 일이 있었다. 결국 2019년형
Mac Pro에서는 정신 차리고 전면에 강력한 쿨러를 3개 탑재했다.
[23]
스스로는 돌지 못하나 손가락으로 돌려서 시동을 걸어주면 회전력이 유지되는 경우도 있다. 참고로 PC 내부의 팬들은 CPU나 케이스팬이나 모두 12V로 작동하게 만들어져 있다.
[24]
급속충전(QC나 PD 등)이 되는 충전기나 보조 배터리 등에서 강제로 QC, PD규격의 9V나 12V를 뽑아낼 수 있게 만든 부품이며, USB 케이블과 쿨러 사이에 이 부품을 장착한 후 해당 규격의 충전기나 보조배터리에 연결하면 선풍기가 만들어지긴 한다.