컴퓨터의 발전 및 신기술의 표준은 프로세서를 디자인하고 만드는 인텔, AMD 그리고 그래픽카드의 핵심 부품인 GPU 를 디자인하는 엔비디아, AMD 등 하드웨어 업체와 함께 마이크로소프트, 애플 등의 소프트웨어 즉, 솔루션을 만드는 업체들이 주도하고 있다.  현재 시점에서 하드웨어 입장에서 보면 가장 큰 문제는 "전기적 효율"이다.  낮은 효율과 고성능을 내기 위해서는 반드시 선제적으로 해결되어할 것이 흔히 이야기하는 14nm, 12nm, 7nm 등의 제조공정이다. 낮은 공정에도 불구하고 높은 열을 내는 이유는 성능을 위해 보다 많은 트렌지스터를 집적하기 때문에 해당 트렌지스터를 모두 사용하는 풀로딩 상태라면 오히려 더 높은 열을 내며 이를 해결하기 위해 효율적인 프로세서의 운영, 즉 해당 소프트웨어의 실행 정도 및 코어 사용 갯수 및 사용량 등을 엄밀하게 판단하여 사용자에게 항상 빠른 느낌을 주어야 한다는 것이 앞으로도 해결해야 할 숙제이다. 

▲ 2009년에 출시가 되었던 삼성의 SATA3, 7200RPM, 500GB 용량을 가진 스핀포인트 하드디스크 (출처: 다나와) 

이와 더불어서 스토리지 역시 빠르게 발전하고 있다.  흔히 데이터를 저장하는 하드디스크는 병렬로 데이터를 주고 받는 (엄밀히 전기적 신호를 주고 받는) "IDE" 타입에서 " 직렬로 데이터를 주고 받는 "SATA3" 기술로 넘어가면서 적지 않은 변화를 거쳤다.  여기에 추가적으로 동일한 플래터 크기에 많은 데이터를 저장하는 기술도 같이 발전을 하면서 꾸준하게 용량을 늘리고 있지만 문제는 "세컨더리 스토리지" 라는 이름에 맞게 프로세서, 그래픽카드 발전에 비해 현저히 느린 발목을 잡는 주변기기 였다.   하지만 첫번째 스토리지인 메모리는 저전력, 데이터 전송 폭의 증가 등을 이루면서 현재는 DDR4 까지 와 있는 상태이다. 

느려터진 플래터 기반의 하드디스크 그리고 SATA3 규격은 한계로 더 문제가 되었던 건 시스템의 크기를 줄일 수 없다라는 점이었다.  특히나 2.5 인치 기반 노트북 하드디스크가 갖고 있는 물리적인 두께인 9.5mm 가 노트북의 크기를 줄이고 내부에 큰 공간을 차지 하기 때문에 "작은 크기" 그리고 "빠른 속도" 를 위해 애플은 처음에 낸드 플래시 자체와 컨트롤러를 하나의 보드에 박아 애플의 맥북을 만들었다.   물론 애플이 이런 정책을 펼칠 수 있었던 이유는 바로 자사의 운영체제에 하나의 하드웨어 만을 최적화하면 되는 "가능한 일"이었기 때문이다.  

하지만 이와 반대로 마이크로소프트의 윈도우 진형의 하드웨어 사정은 많은 변수들을 포함한다.  즉, 이를 호환해서 사용할 수 있는 하드웨어가 많다는 이야기 인데 이로 인해 자연스럽게 "작은 크기", "빠른 속도" 는 M.2 2280 규격 그리고 NVMe 규격의 표준으로 갈 수 밖에 없는 상황이었다.    2009년 500GB 하드디스크가 주력이었던 과거에서 현재 2020년은 동일한 용량의 SSD 가 대체 하고 있다.  (엄밀히 따지자면 1TB 미만 저장 공간을 가진 스토리지는 이제 SSD 밖에 없다.)    그리고 지금은 2.5 인치 기반의 SATA3 SSD와 M.2 2280 NVMe Gen3 혹은 Gen4 가 공존하는 시기가 되었다.   

오늘 이야기 하고자 하는 것은 바로 이 M.2 2280 규격의 스토리지가 갖고 있는 치명적인 단점, 즉 열에 관한 이야기를 하려고 한다. 

■ STEAM PACK T1000 MEDIC PRO 방열판 - 블루트레이더스  

▲ 간략 스펙 : M.2 SSD 쿨러 / 공랭 / 구리+알루미늄 / 크기 76.2 x 24.5 x 23.2mm / M.2 2242,2260,2280 규격 사용가능 

제품의 내부 구성은 별도의 전기를 넣어야 작동되는 제품이 아니기 때문에 패키지 구성은 설치를 위한 설명서 및 보증서 그리고 4개의 본체 나사와 메인보드에 M.2 2280 홀에 마운트 하는 나사 하나 그리고 이를 편리하게 장착할 수 있는 드라이버를 포함하고 있다. 

기본적으로 제품에는 여분에 서멀 패드 하나가 동봉되어 있으나 기본적으로 양쪽 사이드에 모두 방열판이 부착되어 있다.  스팀팩 T1000 메딕 프로 방열판은 M.2 2280 양면에 낸드 플래시가 장착되어 있는 모델을 기본으로 디자인되었는데 추가적으로 제공되는 서멀 패드는 장착하고자 하는 SSD가 "단면" 규격일 때 그 공간을 줄여주기 위해 사용된다.  

제품에 사용된 3개의 히트파이프는 마치 프로세서 쿨러와 동일하게 집적 닿는 면을 샌딩 처리해 평평하게 만들어 두어 M.2 2280 규격의 SSD가 보다 넓은 면적으로 닿을 수 있도록 만들어져 있었다. 

M.2 2280 규격의 SSD 경우 보는 것과 같이 제품의 상품 라벨링이 되어 있는 부분을 윗면으로 해서 끝 쪽에 마운팅 홀 부분을 맞추어주게 되면 쉽게 삽입이 가능하다.  (씨게이트 파이어쿠다 520 NVMe Gen4 x4 1TB 장착 모습)

그리고 포함되어 있는 4개의 나사를 양 쪽에 2개씩 조여주게 되면 기본적인 설치는 끝나게 된다.  

조금 SSD 설치가 헷갈릴 수도 있는 분들이 있을 터인데 그럴 때는 메인보드에 M.2 2280 SSD 가 마운트 되는 쪽에 있는 3개의 히트파이프 중, 중간에 하나가 살짝 짧은 길이를 갖고 있는데 중간 부분이 짧은 이유는 메인보드에 고정시키는 나사를 설치하기 위해서 이다.   

■ 실제 메인보드에 장착 시 간섭은?  

메인보드에 기본적으로 제공되는 방열판의 경우는 많은 분들이 봐 왔겠지만 윗면에 방열핀을 넣을 수 없게 평평한 형태이다.  그 이유는 바로 대부분의 M.2 2280 슬롯의 위치가 그래픽카드를 장착해야 하는 PCIe 슬롯 양쪽에 위치해서 이다.  그래서 그래픽카드를 장착할 수 있는 PCIe 슬롯 높이 이상으로 커지게 되면 그래픽카드를 장착할 수 없기 때문에 그런 방식을 택했다.  하지만 이 제품의 경우는 히트파이프 그리고 방열판 마저도 굴곡을 주어 열 발산 효율을 높힌 터라 23.2 mm 높이를 가졌다.  이 높이로 인해 방열판을 장착할 곳은 이미 정해져 있다는 의미이다. 

메인보드들 마다 차이가 있지만 가장 통상적으로 "프로세서와 PCIe 16배속 슬롯" 사이에 있는 M.2 2280 슬롯은 프로세서의 PCIe 레인과 직접 연결이 되는 슬롯으로 아무래도 프로세서와 직접 연결이 되기 때문에 빠른 속도를 낸다.  하지만 이 부분도 인텔, AMD 프로세서에서 다르다. 

● 인텔 400 시리즈 칩셋 : Z490, B460 -> PCIe Gen3 x4 

● AMD 500 시리즈 칩셋 : X570, B550 -> PCIe Gen4 x4 

인텔 프로세서를 사용할 경우 특히나 B460 칩셋 메인보드를 많이 사용할 텐데, 일반적으로 많은 사용하는 마이크로 ATX 규격의 B460 칩셋 메인보드 사진을 우선 보도록 하자. 

▲ 에즈락 B460M 스틸레전드 메인보드의 모습 : 프로세서와 PCIe 16배속 슬롯 사이에 위치한 M2_1 (프로세서와 연결) 슬롯 / PCIe 슬롯 사이에 있으며 방열판이 적용되어 있는 M2_2 슬롯 (방열판 아래에 위치) 

여기에서 한번 정도 인텔 B460 칩셋 기반의 메인보드가 이와 같은 방열판으로 디자인된 이유는 두가지 정도 인데,  첫번째는 칩셋의 방열판과 함께 M.2 SSD 방열판을 통째로 하나로 디자인하여 원가를 절감하기 위함이며 두번째는 프로세서와 직접 연결되는 M.2 슬롯과 칩셋에 연결되어 있는 M.2 슬롯이 동일한 속도 규격인 Gen3 x4 를 지원하기 때문에 소비자의 입장에서는 사실 큰 성능 차이가 없어 어느 곳에 든 장착을 하면 되는데 당연히 가능하면 방열판이 있는 M2_2 에 장착하면 된다.   AMD 칩셋 메인보드에서는 조금 상황이 다르다.  최고 상위 X570 칩셋 메인보드의 경우 대부분 방열판이 장착되어 있기 때문에 마이크로 ATX 그리고 B550 칩셋 메인보드 사진을 마저 보도록 하자. 

▲ 에이수스의 TUF GAMING B550M WIFI - 프로세서와 PCIe 16배속 슬롯 사이에 위치한 M.2_1 Gen4 x4 슬롯 / PCIe 슬롯 사이에 있으며 방열판이 적용되어 있는 M.2_2 Gen3 x4 슬롯 (방열판 아래에 위치) 

에이수스 및 기가바이트의 마이크로 ATX B550 칩셋 메인보드들은 대부분은 이와 같은 구조를 취하고 있는데 아쉽게도 프로세서의 PCIe 레인에 연결된 Gen4 x4 슬롯의 경우는 방열판이 빠져 있다.  여기에서 우리는 애프터마켓에서 구입할 수 있는 M.2 2280 방열판을 구입할 필요성이 생기는 것이다. 

▲ 프로세서 및 그래픽카드 슬롯 사이에 장착을 하게 된다면 오늘 기사의 주인공인 STEAM PACK T1000 MEDIC PRO 방열판는 전혀 간섭이 없이 설치가 가능했다. 

▲ 그리고 특정 메인보드의 경우 메인보드의 좌측 하단에 위치한 M.2 2280 슬롯에는 아무런 간섭 없이 설치가 가능하다. 그래픽카드에 장착되어 있는 팬은 외부의 공기를 그래픽카드 안 쪽으로 불어 넣기 때문에 공기 흐름 측면에서도 발열에 도움을 줄 수 있는 위치이다. 

▲ PCIe 슬롯 사이에 위치한 M.2 슬롯에 장착하게 되면 그래픽카드를 장착할 수 없을 정도로 큰 간섭이 생기므로 위 위치에는 장착하지 말아야 한다. 

■ 방열판이 없을 때 VS STEAM PACK T1000 MEDIC PRO 방열판 온도 테스트

이번 테스트를 위해 사용된 M.2 2280 SSD는 Gen4 x4 를 지원하는 씨게이트 파이어쿠다 520 SSD 1TB 모델과 Gen3 x4 를 지원하는 WD 블랙 SN750 으로 진행을 했다.  이 2가지 제품으로 선택하여 테스트를 진행한 이유는 스펙적인 차이가 물론 있기는 하지만 더 큰 차이는 씨게이트 제품의 경우는 양면 구성으로 그리고 WD 제품의 경우는 단면 구성으로 만들어 졌기 때문이다. 
 

▲ 시중에서 구입할 수 있는 M.2 2280 규격의 SSD는 단면 구성와 양면 구성, 이렇게 낸드 플래시 조합이 다른 이 두가지로 나눌 수 있다.  

이번 테스트를 위해 2개의 SSD는 모두 더티 테스트 루틴을 활용하여 약 30분 간 온도 변화를 살펴봤으며 각기 테스트 시 90% 정도 진행이 되었을 때 열화상 카메라를 찍어 그 온도를 확인했다. 

▲ 하드웨어 모니터링 소프트웨어 등을 통해 SSD에 장착되어 있는 온도 센서를 통해 SSD의 작동시 온도를 확인해 볼 수 있다.  

■ AMD, B550 Gen4 x4 시 씨게이트 파이어쿠다 520 PCIe Gen4 1TB 의 온도 

▲ 방열판을 사용하지 않았을 때 온도 : SSD에 장착되어 있는 칩셋의 온도가 무려 75.6도 로 측정 되었다.  (실내 온도는 22도) 

▲  STEAM PACK T1000 MEDIC PRO 방열판를 사용했을 때 : 외부에서 측정할 수 있었던 최대 온도는 45.9 도로 앞선 방열판을 사용하지 않았을 때에 비해 약 20도 정도 낮았다.  그리고 히트파이프를 통해 1차적으로 전도된 열이 외부 방열판을 통해 골고루 열이 전도 되어 전체적인 색상은 동일하게 표시 됨을 알 수 있었다.

외부에서 측정이 되었던 온도는 간단하게 열화상 카메라를 통해 확인해 봤지만 실제 운영체제 상에서 모니터링 되는 온도를 확인해 보도록 하자.  앞서 봤던 HWinfo 의 로그 값을 통해 더티테스트가 진행이 되는 동안 변화하는 온도를 측정해 봤다. 

▲ 내부적으로 운영체제에서 인식하는 온도는 아무런 쿨러를 장착하지 않은 상태에서는 약 65도 정도에서 수렴이 되었으며 STEAM PACK T1000 MEDIC PRO 방열판를 장착했을 때는 약 50도 정도로 수렴이 되어서 안정화가 이루어져 쿨러를 장착하지 않았을 때 보다 약 15도 정도 낮추어 줌을 확인할 수 있었다. 

위 차트에서 한번 더 의미있게 볼 수 있는 부분은 바로 M.2 NMVe 제품들이 대체적으로 갖고 있는 쓰로틀링 한계 온도 부분인데 테스트 초기 약 74도까지 치솟던 온도는 점차적으로 서서히 온도가 떨어지면서 약 65도 정도에서 수평을 이루는데 이 65도 내 외가 되는 부분이 바로 이 제품의 쓰로틀링이 걸리는 한계 온도라는 것을 알 수 있다.  즉, 65도 이상의 온도가 측정이 되면 온도를 65도 이하로 낮추기 위해 자동적으로 전송량을 낮추게 되는 시점이라고 보면 된다. 

▲ 다른 각도에서 촬영을 해본 STEAM PACK T1000 MEDIC PRO 방열판 의 외부 온도  

이 테스트 결과를 간단하게 정리를 해보게 되면 STEAM PACK T1000 MEDIC PRO 방열판을 사용했을 때 운영체제에서는 인식하는 씨게이트 파이어쿠다 520의 온도는 약 50도 정도 였으며  외부에서 측정이 되는 온도는 약 46도 정도로 실제 인식되는 부분과 외부에서 측정되는 부분이 약 4도 정도 차이가 났는데  외부의 표면 온도보다 내부의 온도가 낮다는 것은 현재 이 STEAM PACK T1000 MEDIC PRO 방열판이 충분하게 효과적인 쿨링을 해주고 있다는 것으로 해석이 가능한 부분이다. 

■ Intel, B460 Gen3 x4 시, WD 블랙 SN750 PCIe Gen3 1TB 의 온도 

두번째는 테스트를 동일한 테스트 환경에서 Gen3 를 지원하는 WD의 SSD를 통해 같은 테스트를 진행해봤다.  우선 간단하게 쿨러를 사용하지 않았을 때와 쿨러를 사용했을 때 열화상 카메라에서 확인 가능한 온도는 아래와 같았다. 

▲ 방열판을 사용하지 않고 더티 테스트를 진행했을 때 측정되는 최고 온도는 M.2 SSD 에 장착되어 있는 칩셋에서 발열하는 약 71도 정도 였다.  

▲ STEAM PACK T1000 MEDIC PRO 방열판을 사용하고 더티 테스트를 진행했을 때 측정되는 최고 온도는 약 43도 선이었다. 

▲ 다른 각도에서 확인해 본 STEAM PACK T1000 MEDIC PRO 방열판의 외부 온도  

■ M.2 2280 NVMe SSD의 해열제,STEAM PACK T1000 MEDIC PRO 

최근 대부분의 메인보드들, 인텔의 경우 Z 시리즈와 B 시리즈에 그리고 AMD 칩셋의 경우 X 시리즈와 B 시리즈 적어도 하나 이상이 M.2 2280 SSD를 위한 방열판을 제공하는 것들이 대부분이다.  하지만 앞서 설명을 했듯이 칩셋의 방열판과 하나로 만들어 원가 절감 그리고 디자인 적인 요소를 추가 하기 위해 프로세서 PCIe 레인과 직접 연결되는 첫번째 M.2 슬롯에는 방열판을 제외한 경우가 적지 않다.  인텔의 경우는 프로세서와 칩셋 모두 Gen3 x4 를 지원하여 어느 곳에 장착하든지 최고 성능을 낼 수있지만 AMD 의 경우는 프로세서와 연결된 PCIe 레인에 연결되는 M.2 슬롯 만이 PCIe Gen4 x4 를 사용할 수 있기 때문에 인텔, AMD 모두 프로세서에 연결된 PCIe 레인을 활용하여 M.2 2280 NVMe SSD를 장착하고자 한다면 애프터 마켓에서 성능 좋은 방열판을 하나 구입하는 것은 추천할 만하다는 것을 이번 간단한 기사를 통해 알 수 있었다.  

데스크탑에서는 메인보드에 적용된 혹은 애프터 마켓에서 구입할 수 있는 방열판을 이용하는 것이 바람직

오늘 테스트에서 볼 수 있었던 것과 같이 M.2 2280 규격의 SSD는 대부분 내부에 별도 온도 센서를 갖고 있어 직접적인 온도 체크를 하는데 이 온도를 바탕으로 NVMe SSD는 높은 온도를 낼 때 자동적으로 속도를 떨어뜨려 낮은 온도가 유지되게 끔 한다.  문제는 한번 올라간 온도는 "잠열" 효과로 인해 보다 적극적인 발열을 해주지 않는 이상 쉽게 온도가 떨어지지 않는다.   컴퓨터의 전원을 완전히 차단하지 않는 이상 어느 정도 높은 온도는 계속 유지가 된다는 것이다.  그래서 액체을 순환하여 빠르게 방열판으로 온도를 전달해 주는 히트파이프는 액체의 기화 현상을 이용하기 때문에 전력을 소모하지 않는 소모비가 없는 냉각 방식이다.   그래서 히트 파이프와 알루미늄 방열판으로 만들어진 이 제품은 메인보드에서 기본적으로 제공하는 알루미늄 방열판 혹은 에프터마켓에서 구입할 수 있는 저렴한 통 알루미늄으로 디자인된 방열판과 그 시작점 부터가 다르기 때문에 NVMe SSD의 가장 큰 열원인 칩셋의 열을 방열판으로 전도한다는 점에서 단연코 히트 파이트 + 방열판이 적용된 제품이 우위에 설 수 밖에 없다.   그래서 타워형 프로세서 쿨러도 역시 히트파이프가 기본적으로 사용된 제품이 100% 시장을 장악을 하게 된 것이다. 

이제 프로세서, 그래픽카드 외에 NVMe SSD의 건강한 사용을 위한 방열판 정도는 하이엔드 유저라면 한번 정도 고려해 볼만한 필수 아이템이라고 볼 수 있는 결과를 이번 테스트를 통해 확인해봤다.  오늘 소개한 제품은 히트 파이프를 사용한 만큼 일반적인 단순한 히트 싱크 만을 갖고 있는 M.2 방열판 보다는 비싼 약 2만원 내외에 구입이 가능하다.  

PS. 마지막으로 이 NVMe SSD와 방열판에 대해여 궁금한 부분들이 있을 거 같아 기사의 말미에 추가해두었다.  관심이 있으신 분들은 마지막까지 읽어 보시길 권한다.

왜 노트북에는 NVMe 방열판을 쓰지 않을까?  

물론 노트북에서는 이 NMVe 만을 위한 방열판을 사용하게 되면 열 효율이 좋아지겠지만 그 만큼의 적지 않은 두께를 차지하게 되므로 원가 절감 차원에서 이를 대부분 생략한다.  하지만 열이 나는 부분은 어쩔 수 없기 때문에 대부분의 노트북들은 대부분 첫번째, 서멀 패드 등의 완충제를 활용해 노트북의 바닥면에 접촉 시켜 열을 방출 시키는 방법이 대부분이며 두번째 방법은 동일한 NNMe Gen3 기반의 SSD를 장착하지만 이 보다 낮은 속도를 내는 NVMe Gen3 x2 기반의 SSD를 장착해 평균 읽기 쓰기 속도를 약 1,700 ~ 1,500 MB/s 로 낮춘 제품을 사용, 작동시 발생하는 온도 자체를 낮추기도 한다.  그래서 노트북 제조상의 원가 절감 및 최대의 효율을 맞추기 위해 두가지 중에 한가지 방법을 취한다는 것을 알아야 하며, 이는 윈도우 기반, 맥북에서도 마찬가지 이다.  

RGB LED ?  색상이 변화를 주는 것도 나쁘지 않은 듯..

최근 컴퓨터 튜닝의 RGB LED 로 시작해서 RGB LED 로 끝난다.  그 만큼 많은 제품들이 기본적으로 이를 활용하고 있고 메인보드에서는 4핀 RGB LED 혹은 ARGB LED 핀헤더를 통해 이를 지원하고 있는데 개인적으로 이 제품은 이 전기적인 RGB LED 를 넣는 것 보다 라는 방열판의 색상 만을 바꾸어어서 "실버, 민트, 블루, 핑크" 등의 색상 변화를 준 제품이 출시가 된다면 나름 만족스러운 튜닝이 되지 않을까 싶다.  하지만 만약 RGB LED를 장착하게 된다면 오히려 배선만 복잡해지고 쿨러 자체에 PCB 기판도 포함이 되어야 하기 때문에 전체적인 발열 효율 부분에서는 오히려 마이너스 요인으로 작용하지 않을 듯 싶다.