▲ AMD 메인보드 칩셋에는 X670E, X670, B650 등 다양한 라인업이 있다 (모델 = MSI MEG X670E ACE)

과거 '강인한 육체'에 '섬세한 심장'을 가진 자동차가 있었다. 꽤 괜찮은 디자인으로 주목을 받았다. 그러나 문제가 있었으니, 사실은 심장이 섬세하다기보단 연약했다. 턱없이 부족한 마력은 무거운 차체를 버티지 못하고 그만... 아무튼 그런 슬픈 이야기가 있었다.

이제 자동차에서 PC로 넘어가 보자. '강인한 두뇌'에 '연약한 심장'을 가졌다면 어떨까? 다시 말하자면 코어와 스레드가 아주 많은 하이엔드 프로세서에 보급형 메인보드의 전원부가 더해진다면? 사실은 앞서 언급한 자동차와 비슷한 결과를 갖게 된다.

참고로 그 자동차는 제 성능을 발휘할 수 없고, 잦은 결함을 일으켰다. 그래서 PC를 안정적으로 사용하고 싶다면 고성능 메인보드를 사용하는 것이 중요하다.

흔히 말하는 고성능 메인보드란 무엇일까? 단순히 가격이 비싸면 고성능이고 고급형 보드일까? 여러 요소가 있겠지만 최근 AMD 3D V-Cache가 적용된 신형 프로세서가 나온 만큼, 그에 대응하면서 메인보드 차원에서 안정적인 성능을 유지할 수 있게끔 해주는 요소인 전원부에 대한 이야기다.

전원부가 뭔데? ‘전압 조정 모듈’

▲ CPU 소켓 옆에는 전원을 공급해 주는 여러 페이즈의 전원부가 위치해 있다 (모델 = MSI MEG X670E ACE)

메인보드 전원부를 이해하기 위해선 파워서플라이와 메인보드와의 관계를 이해하면 도움이 된다. 파워 서플라이는 PC에 전력을 공급해 주는 역할을 담당하고 있는 것은 모두가 아는 사실이다. 그럼 파워 서플라이의 전력은 어디서 공급받을까?

일명 ‘돼지코’ 우리나라는 220V의 전력을 공급받는다. 이를 컴퓨터에서 사용하는 3.3V, 5V, 12V로 변환해서 공급하는 것이 파워서플라이고, 이때 전압을 변환해 공급하는 효율에 따라 등급이 나뉜다. 이는 우리가 파워를 구매할 때 주의 깊게 살펴보는 기준인 ‘80Plus’로 연결된다.

▲ 마이크로닉스 WIZMAX PLATINUM 1050W는 플래티넘 등급으로 우수한 효율을 제공한다

그래서 파워 서플라이 공식 스펙에서 3.3V, 5V, 12V등 전압에 따라 출력 용량이 다른 것이 이러한 이유다. 메인보드의 장착하는 부품에 따라서는 12V를 그대로 사용하는 부품이 있다. 메인보드의 12V FAN과 그래픽카드의 12V 전력 공급 케이블이 대표적이다.

하지만 메인보드에 장착되는 CPU, 메모리, IGPU, USB, SATA 등 같이 더 낮은 전압에 전력을 공급하는 경우도 있다. 그중 CPU는 0.x ~ 최대 1.8V까지 공급받아 동작한다.

이때 메인보드에서 공급된 12V 전압을 CPU에 맞게끔 전환해 줄 때 쓰이는 것이 바로 VRM(Voltage regulator module, 전압 조정 모듈= 전원부)다.

전원부 구성, 어떻게 이루어졌을까?

▲ CPU 소켓 주변에는 전원부 관련 칩셋이 위치해 있다

VRM이 무엇인지 알았다. 그럼 구성은 어떻게 이루어져 있을까? 이에 메인보드 제조사는 전원부 구성 페이즈로 대략적인 스펙을 알아볼 수 있도록 했다. 그렇지만 동일한 전원부 페이즈여도 구성과 소재를 무엇을 사용했는지에 따라 메인보드의 공식 스펙과 품질이 달라진다.

메인보드 전원부 페이즈의 구성은 PWM – Driver(드라이버) – H(High Side)·L(LowSide) MOSFET(모스펫) – Choke(초크) – Capacitor(캐패시터) 순으로 이어지고, 흔히 전원부 페이즈의 품질로 나뉘어지는 것은 Driver + H·L 모스펫 합쳐진 DrMOS가 적용됐는지에 따라 달라진다.

그럼 DrMOS 전원부가 왜 좋은 것일까? 이는 전원부가 전기를 변환하는 과정을 살펴보면 쉽게 이해할 수 있다.

▲ CPU 전원이 공급되는 순서 (자료 = ASRock)

PWM가 1차적으로 전압을 통제 즉, 조절한다면 드라이버는 이를 모스펫으로 전류가 흘러가게 해주는 게이트(문) 역할을 한다. 그럼 전달받은 모스펫은 각 스펙에 따라 출력 전류 양이 결정된다. 여기서 모스펫 효율이 좋으면 좋을수록 저항은 낮아지고 출력 전류가 높아지며, 좋은 모스펫을 사용할 수록 전력 효율이 향상돼 발열은 낮아진다.

반대로 저가형 모스펫을 구성한 메인보드 전원부는 전력 효율이 낮아지게 되고, 전력을 받아서 출력하는 모스펫 특성상 발열이 높아지게 된다. 발열이 높아지면 저항이 증가하고, 이는 CPU 클럭 안정성과 전반적인 전력 효율 감소로 이어진다.

▲ DrMOS는 기존 전원부 구성 대비 효율적인 전력 공급과 낮은 온도가 특징이다 (자료 = Renesas Technology)

이러한 과정을 단순화하면서 효율을 높인 것이 DrMOS다. DrMOS는 드라이버 + H 모스펫 + L 모스펫을 합친 구조를 가진다. 전력 관련 부품 특성상 거치는 단계가 늘어날수록 반응성은 낮아지고, 저항은 늘어나거나 생기기 마련인데 이를 최소화한 방식이다.

관련되어 DrMOS는 90~95% 이상의 효율을 보이며, 일반적인 메인보드에서 사용되는 모스펫 대비 고효율인 만큼 단가가 비싸다.

모스펫에 대한 개념을 이해했다면 다음은 전원부 페이즈 구성에 따른 뻥파워 구분까지 이해하고 넘어가면 메인보드 구매에 더욱 도움이 된다.

고용량 + 고페이즈와 ‘뻥페이즈’

▲ 고가형 메인보드에는 전원부 모스펫에 써멀패드와 방열판이 부착돼 있다 (모델 = MSI MEG X670E ACE)

그럼 전원부 구성의 페이즈는 어떻게 이루어지는 걸까? 구성은 PWM – Driver(드라이버) – H(High Side)·L(LowSide) MOSFET(모스펫) – Choke – Capacitor 구성이 됐을 때 1페이즈 구성이 된다. 이를 실질적인 전원부 페이즈라는 의미에서 ‘리얼 페이즈’라고 한다.

비슷한 구조에서 메인보드에 더블러 칩이 있는 방식이 적용되면 앞서 소개한 리얼 페이즈와 동일한 전력 출력 구성이 가능하지만, PWM 신호를 반으로 줄여 리플노이즈가 증가한다는 단점을 가진다. 다만 실질적인 전원부 페이즈와 출력 효율이 리얼 페이즈만큼 좋아진다는 장점을 가진다.

문제는 듀얼 아웃풋이다. 일명 뻥페이즈라고도 불리며 더블러 칩이 없어 4페이즈를 구성을 하더라도, 실질적인 동작은 2페이즈와 같이 동작한다. 출력 전류량은 커지기는 하지만, 리얼 페이즈와(DrMOS) 더블러 구성 대비 낮은 전력 페이즈 효율에 높은 온도를 보이며, 발열로 인해 실제 출력 또한 떨어지는 전원부다.

▲ 고급형 메인보드는 모스펫에서 발생되는 열을 써멀패드와 히트싱크 조합으로 쿨링 할 수 있도록 설계한다 (모델 = MSI MEG X670E ACE)

정리하면 전원부 구성은 리얼 페이즈와 더블러 방식이 좋다. 고가형의 경우 대부분 리얼 페이즈 구성으로 적용된 만큼, 전원부 온도가 낮고 보다 안정적인 전력 공급이 가능해져 가격이 비싸진다.

같은 원리로 메인보드 전원부에 방열판과 써멀패드를 장착한 것은 이러한 낮은 온도에 효율적인 전원 공급을 위함이고, 모스펫 출력 스펙에 따라 105A와 90A 혹은 75A, 60A 등으로 등급이 나뉜다.

논외로 초크는 상향 평준화돼 있으나 MSI MEG X670E ACE와 같이 티타늄 토크로 차별화를 둔 모델이 있으며, 캐패시터의 경우 충전지와 같은 역할로 페이즈 수와 동일하게 맞추지 않아도 된다.

▲ MSI MEG X670E ACE 메인보드는 22+2+1로 총 25페이즈 전원부 구성으로 구성됐다.

이를 통해 전원부 페이즈는 구성이 늘어날수록 더 높은 출력과 함께 효율적인 전력 분배가 가능해진다. MSI MEG X670E ACE같이 고가형 메인보드는 25페이즈 중 22페이즈가 CPU에 할당됐다. 페이즈당 전력 출력은 90A를 지원하며 이는 90A*22 즉 1,080A의 CPU 출력을 담을 수 있게 된다. 물론 CPU가 단일로 저렇게 높은 코어 전력을 사용하진 않는다.

다만 고가형을 구매하는 소비자는 일반적으로 오버클럭과 안정성을 중요하게 여기는 만큼, 장시간 사용 환경 혹은 CPU 오버클럭을 통한 극한의 상황에서도 안정적인 전력 공급을 기대해 볼 수 있다.

더불어 모스펫 효율이 좋은 만큼, 저가형 혹은 일반적인 메인보드 대비 CPU가 동작할 때 발생되는 전원부 발열이 낮아지게 된다. 이는 CPU의 부스트 클럭과 AMD의 PBO 성능 안정성으로 연결된다.

좋은 메인보드와 전원부, R9 7950X3D와 MSI MEG X670E ACE

메인보드 전원부에 대한 설명을 이해한다면 향후 소비자는 좋은 메인보드를 선택할 수 있는 나만의 기준을 갖출 수 있다. 그럼 좋은 메인보드 즉, 전원부 구성이 좋은 메인보드는 언제 활용될까?

일반적으로는 오버클럭 PC 혹은 여러 GPU와 SSD, HDD를 구성할 때 확장성이 필요한 소비자에게 적합하다. 그리고 코어가 많이 필요한 작업용 PC와 고성능 CPU 조합을 활용하는 경우도 전원부의 품질이 중요하다.

오버클럭을 진행할 때 전원부 품질이 좋지 않으면, 발열 증가와 함께 CPU 코어 클럭이 낮아지는 스로틀링 현상을 겪을 수 있다. 나아가 안정적인 CPU 전원 공급과 더불어 유동적인 전압 전달에 효율이 떨어져 실질적인 안정화에 있어서도 단점으로 작용할 수 있다.

오버클럭이 아닌 고성능 CPU 이자 MSI MEG X670E ACE와 조합한 R9 7950X3D와 같이 16코어 CPU의 경우엔 우수한 전원부는 곧 안정적인 부스트 클럭 유지율로 연결돼, 실질적인 작업 성능과 시스템 안정성으로 연결된다.

▲ MSI MEG X70E ACE는 DrMOS와 티타늄초크로 우수한 전원부 구성을 갖췄다

메인보드 제조사에 따라 라인업이 있다. 이번 조립 PC에서 사용한 MSI MEG X670E ACE는 GODLIKE에 이은 사실상 MSI 플래그십 라인업 메인보드 중 No.2로 매김 한 고급형 메인보드다.

MSI MEG X670E ACE의 전원부는 총 25페이즈로 구성됐다. 전원부 상세 페이즈는 22+2+1 구성이며, CPU에 할당된 것은 DrMOS 방식의 TDA21490 모스펫이 적용됐다. 그 외의 2페이즈는 VSoC에 TDA21472 70A DrMOS가, 1페이즈는 MAXLINEAR MXL 7630S 30A 모스펫으로 구성했다.

▲ 전원부 방열판에는 효율적인 쿨링 솔루션을 위한 써멀패드가 적용됐다

더불어 메인보드 모스펫을 포함한 전원부에서 발생되는 열을 보다 효율적으로 냉각하기 위해 후면 백플레이트, 전면부 방열판과 7W/mK 써멀 패드를 적용했다.

MSI X670E ACE + R9 7950X3D, 실제 CPU 부하 환경

▲ R9 7950X3D + MSI MEG X670E ACE로 시네벤치 R23이 구동되는 모습

▲ FLIR 화상카메라로 전원부를 촬영한 모습

이에 MSI X670E ACE + R9 7950X3D 구성을 통해 CPU 부하 환경을 가져봤다. CPU 부하는 시네벤치 R23을 기준으로 15분간 진행했으며, CPU 쿨러는 MSI MEG 코어리퀴드 S360는 3열 수랭을 기준으로 적용했다.

시네벤치 R23을 진행할 경우 R9 7950X3D의 CPU 온도는 평균 80도 후반에서 부스트 클럭은 3D V-Cache가 적용된 1CCD기준 4.75~4.8GHz로 2CC는 4.85~4.9GHz로 매우 안정적인 부스트 클럭 유지율을 보였다. 참고로 부스트 클럭은 BIOS 상에서 PBO 활성화를 적용한 후 기준으로 진행됐다

30분간 시네벤치 R23을 통해 진행한 후 전원부 온도는 FLIR 열화상 카메라 기준 전원부 히트싱크 온도는 낮게는 33.3도씨에서 높게는 36.8도씨를 기록했으며, 하드웨어의 정보를 실시간으로 확인할 수 있는 HWinfo64에는 VR(전압 조정기)온도는 47도씨였으며, MOSFET을 읽는 MOS에서는 약 41.5도씨 내외로 낮은 온도를 유지했다.

▲ TDP 170W 스펙을 가진 R9 7950X를 시네벤치 R23 구동중인 모습

같은 환경에서 CPU 클럭과 TDP가 조금 더 높은 R9 7950X를 가지고 시네벤치 R23 구동했다. CPU 최대 온도는 조금 더 높은 95도씨를 기록했고 부스트 클럭은 1·2 CCD 올코어 평균 5GHz를 유지했다. 참고로 부스트 클럭은 BIOS 상에서 PBO 활성화를 적용한 후 기준으로 진행됐

이어서 30분간 시네벤치 R23을 통해 진행한 후 전원부 온도는 FLIR 열화상 카메라 기준 전원부 히트싱크 온도의 경우 낮게는 31.1도씨 높게는 38도씨로 TDP가 낮은 R9 7950X3D 보다 소폭 높은 온도를 기록했다.

이어서 HWinfo64에서는 MOS FET을 읽는 MOS는 약 43.5도씨 내외를 VR온도는 53.5도로 조금 더 높은 온도를 보였는데, 아무래도 TDP상 전력을 더 소모하는 요소가 반영된 만큼 소폭 더 높은 온도를 기록한 것으로 판단된다.

CPU ‘급’에 맞는 메인보드 선택 중요해

▲ 저가형 메인보드는 DrMOS 적용이 아닌 일반 모스펫이 적용되고, 별도 방열판이나 써멀패드가 적용되지 않는다

▲ 고가형 메인보드에는 DrMOS는 물론 전원부 방열판과 써멀패드 그리고 백플레이트 등의 차별화를 두어 품질적으로 더 좋다

메인보드 전원부 선택을 플래그십급 메인보드를 기준으로 살펴보아서 그렇지 사실 이 모든 내용은 4~6코어 CPU를 구매하는 소비자들에게도 어느 정도 일맥상통하는 부분이다. 코어가 적고 부하가 낮은 CPU는 전원부의 부하가 비교적 적은 것은 사실이다. 하지만 부팅 후 장시간 사용하는 환경이거나 혹은 동일 PC로 몇 년 이상 사용할 때엔 이러한 전원부적 품질 차이는 메인보드의 수명에 영향을 준다.

더불어 오버클럭 환경에선 전원부 온도가 낮아지면 안정화 작업에 있어 유리하고, 실질적인 부하 환경에서는 CPU의 안정적인 부스트 클럭 유지력에 영향을 주는 만큼 메인보드를 구매할 때 전원부의 품질과 구성은 중요하다.

때문에 지금까지 메인보드를 구매할 때 칩셋과 가격을 제일 중요하게 봤다면 이젠 전원부 구성도 함께 살펴보길 추천한다. 이에 소비자는 메인보드 전원부 페이즈가 몇 개인지, 어떤 방식으로 전원부가 설계됐는지, 모스펫의 페이즈당 A 스펙은 어떤지, 방열판은 적용됐는지 등을 잘 확인한 후 구매하는 것이 좋다.

길문혁 기자/ansgur0317@manzlab.com

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