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인텔 14세대 코어 i5와 코어 i7 CPU 공랭 쿨러로, 온도와 성능 잡는 효율적인 PC 구성은?

2024.02.26. 14:23:19
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인텔의 최신 14세대 코어 프로세서는 공정 개선이 이루어진 12세대의 고성능 하이브리드 아키텍처를 이어받고 13세대의 리프레시를 통해 소켓을 호환하면서도 향상된 성능을 제공한다. 이와 함께 안정적인 공급을 이어 기존 세대 대비 크게 변하지 않는 가격도 형성해왔다. 


그럼에도 불구하고 발열은 여전히 풀어야 할 숙제로 남아있다. 12세대부터는 공정의 개선도 이루어졌지만 더 늘어난 물리 코어와 스레드, 동작 클럭의 향상 등 많은 변화가 이어지며 발열도 무시하지 못하게 됐다.



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최신 프로세서의 성능과 발열을 위해 공랭 쿨러로 가능할까? 


그만큼 더 좋은 성능의 쿨링 솔루션을 필요로 하고 인텔 코어 i7 시리즈 이상의 하이엔드 프로세서는 수냉 쿨러가 필수라는 수식어도 따라다닌다. 성능의 향상과 발열은 이어지는 부분이 있고 자연스러운 현상이지만 프로세서의 업그레이드에 따라 쿨링 솔루션의 교체와 같은 추가적인 비용 지출과 재설치, 언더볼팅과 같은 추가적인 작업의 번거로움 등은 사용자 입장에서 부담으로 작용한다.


물론 인텔 코어 i7 이상의 고성능 프로세서를 사용하는데 수냉 쿨링 솔루션이 항상 답은 아니지만 CPU 부하가 높고 PC를 장시간 사용해야 하는 입장에서는 안정성을 위해서 수냉 쿨링 솔루션을 권장하는 것이 현재의 일반적인 상황이다.



최신 CPU 발열 해소, 수냉 쿨러 반드시 필요한가?


점점 더 높아지는 CPU의 성능과 늘어나는 전력량으로 인해 발생하는 발열이 높아지면서 공랭 쿨러의 시대는 저물고 수냉 쿨러, 그 중에서도 번거로운 설치 작업이 필요하고 냉각수로 물을 사용해 누수의 위험성이 높은 일반적인 수냉 쿨러보다는 상대적으로 설치와 사용이 편리한 일체형 수냉 쿨러(순환하는 펌프와 라디에이터, 120-140mm 쿨링팬 1-3개 이용)가 지금은 일반화됐다.


공랭 쿨러는 대장급이라고 불리는 고성능 제품이 꾸준하게 등장하고 있지만 이들은 일체형 수냉 쿨러를 넘어서기는 어렵다. 그렇기 때문에 지금은 메인스트림에서 퍼포먼스 사이의 일정 수준 이상의 CPU에 활용하거나 설치 편의성, 비용 문제, 누수의 위험이 있는 수냉 쿨러를 불편해하는 사용자들이 선호하고 있다. 용도에 따라서 공랭 쿨러가 더 유용하기도 하지만 장시간 안정적인 사용이 필요하고 고성능 CPU를 활용할 수록 수냉 쿨러를 권장하는 상황이다.



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점점 더 대형화되는 쿨링 팬(140mm)을 탑재해 고성능화 하는 일체형 수냉 쿨러(마이크로닉스 ICEROCK MLD-420)


하지만 최신 고성능 프로세서를 사용했을 때 수냉 쿨러를 고집해야 하는 가에 대해서는 의문이 발생할 수밖에 없다. 이미 여러 실험으로 모든 상황에서 항상 수냉 쿨러를 사용하지 않아도 되는 것은 알려진 사실이지만 사용자의 상황에 따라서는 공랭 쿨러보다는 수냉 쿨러를 이용해야 하기도 한다.


인텔 최신 고성능 프로세서는 수냉 쿨러가 필수라는 수식어가 여전히 따라다니고 있지만 전력 제한과 전압 조절 등과 같은 작업으로 CPU의 온도와 발열량을 억제하면서도 성능은 크게 낮아지지 않는 언더볼팅을 이용하면 얼마든지 사용 목적에 맞게 안정적으로 PC 사용이 가능하다.



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바이오스에서 CPU 전력 제한 설정(ASUS TUF Gaming Z790-PLUS WiFi)


인텔 14세대 데스크탑 프로세서는 PL1과 PL2(Power Limit) 단계, 모바일 프로세서는 PL1 - PL4까지 더 세분화된다. 에이수스(ASUS)는 Long Duration Pakage Power Limit이 PL1으로 PL2는 Short Duration Pakage Power limit로 TUF Gaming Z790-PLUS WiFi 메인보드는 기본 설정이 253W와 4095W가 각각 설정되어 전력 제한이 해제된 상태다. 코어 i7 14700K는 베이스 파워(PBP, Processor Base Power)는 125W, 최대 부스트(MTP, Maximum Turbo Power)는 253W로 전력 제한만 최대 부스트 설정인 253W로 설정해도 소비전력과 발열을 억제할 수 있다. 


CPU의 전력을 제한하면 해당 전력 범위 내에서 동작하므로 제한을 해제했을 때보다 성능은 하락하지만 발열과 소비전력을 줄일 수 있게 된다. 많은 인텔 메인보드 제조사는 CPU 전력 제한을 해제해 놓아 최대 성능으로 동작하게 하고 있으니 전력 제한만이라도 설정하면 불필요한 발열과 늘어나는 소비전력을 억제할 수 있다. 언더볼팅은 여기에서 한발 더 나아가 부스트 클럭을 제한하거나 CPU의 동작 전압을 CPU 기본 설정 전압보다 낮추거나 각종 부스트 설정(인텔 터보부스트 맥스 테크놀로지 3.0, 인텔 써멀 벨로시티 볼티지 옵티마이즈, 어드밴스드 써멀 벨로시티 부스트 관련)을 비활성화 등도 조정해 소비전력과 발열을 낮추는 일이다. 이때 성능은 조금 희생하더라도 공랭 쿨러를 이용해 CPU 사용이 가능해지게 된다.


일반적으로 메인보드 CPU 설정이나 CPU 전력 설정(ASUS, Internal CPU Power Management)에서 CPU 전력을 제한하거나 해제할 수 있다. 고급형은 보다 상세한 설정을 지원하며 보급형이나 메인스트림은 고급형보다 부족하지만 사용 가능한 범위에서 전력 제한이나 CPU 동작 전압, 부스트 관련 설정을 조정할 수 있다.



인텔 14세대 코어 i5와 코어 i7 시리즈, 공랭 쿨러로 가능


인텔 데스크탑용 최신 14세대 코어 프로세서를 기준으로 TDP(Thermal Design Power, 열 설계 전력)에서 더 나아간 PBP는 코어 i3 시리즈가 58/60W, MTP 110W, 코어 i5 시리즈가 65/ 125W, MTP는 148/ 154/ 181W이며 코어 i7 시리즈는 65-125W와 219-253W, 코어 i9 시리즈는 125W와 253W로 이미 250W를 넘어서고 있다. 코어 i9 시리즈는 300W를 넘어서기도 해 공랭 쿨러만으로는 발열을 해소하기는 쉽지 않아졌다. 


공랭 쿨러는 코어 i7 시리즈 이상의 고성능 CPU가 100% 풀로드인 상황에서 온도가 100도를 쉽게 넘어선다. 이 상황이라면 CPU의 발열로 인해 스로틀링(Throttling)이 나타나고 성능 저하는 필연적으로 발생한다. 이는 발열로 인하여 해당 CPU가 가진 최대의 성능을 발휘하지 못한다는 의미이기도 하며 소비전력도 크게 늘어난다.


이와 같이 최신 프로세서의 높아지는 소비전력과 발열에 대한 해답은 반도체 공정 특성과 실제 제품의 설정에 따른 차이에서 찾을 수 있다. 프로세서는 제조 공정과 아키텍처에 가장 효율적으로 동작하는 최적의 설정값이 있으며 해당 설정은 무수한 반복 테스트를 통해 실제 제품에 반영된다. 하지만 이를 넘어서면 동작 클럭 대비 소비전력은 물론 발열도 크게 늘어난다. 반대로 그 이하는 동작 클럭이 높아져도 소비전력이나 발열의 변화폭이 크지 않으며 적정 설정으로 최적의 효율을 만들어낼 수도 있다. 현재의 프로세서는 점점 더 공정 개선의 한계에 직면하면서 최대 성능을 발휘하기 위해 최적의 기준 설정값을 넘어서는 설정값을 적용해 프로세서가 낼 수 있는 성능의 한계를 넘어서고 있다. 코어 i5나 코어 i7 시리즈는 코어 i9 시리즈 대비 더 낮은 소비전력과 발열량을 보이지만 이들도 동작 클럭 증가와 그에 따른 성능 향상에 따라 소비전력과 발열량이 점점 증가하는 추세다.


최신 고성능 프로세서들은 전력 효율과 발열은 다소 희생하더라도 성능 향상을 위해 최대로 적용되어 최적 설정값의 범위를 넘어서고 있다. 이는 쿨링 성능도 높아져야 함을 의미하며 프로세서의 발열이 한계치를 넘어서면 안전을 위한 프로세서 자체의 손상 보호 기술이 실행돼 동작 클럭을 줄여 보호하고 이에 따라 성능도 함께 하락하게 된다.



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인텔 14세대 코어 i5 14600K와 코어 i7 14700K CPU


또한 인텔은 기본적으로 오버클럭(OC)을 권장하지는 않으나 K 시리즈 프로세서는 오버클럭을 위해 나온 CPU다. 이들 K 시리즈는 프로세서의 기본 전력 제한 설정이나 전압, 배수 조절이 메인보드에서 가능하며 임의로 설정이 가능하다. 다수의 메인보드 제조사는 인텔의 기본 PBP와 MTP를 무시하고 메인보드 기본 설정이 전력 제한 해제다. 코어 i9 14900K/ 14700K 등 모두 PBP와 MTP가 253W와 그 이상값을 기본으로 설정하고 인식하는 것이다. 인텔이 제시하는 이들 두 프로세서의 기본 전력 설정은 PBP 125W와 MTP 253W다.


이 외에도 각종 부스트나 전력 제한 해제 설정은 제한 없이 무제한에 가깝게 설정해 모든 상황에서 최대 동작 속도로 작동되는 등 오버클럭이 이미 적용되어 성능을 중심에 두는 설정이다. 일부 메인보드 제조사는 인텔 공식 설정을 불러오지 않기도 하며 다수의 메인보드 제조사는 기본 설정값이 전력 제한을 해제(Unlock)해 놓았다. 코어 i7과 이하 시리즈는 지원하지 않고 코어 i9 시리즈만 지원하는 서멀 벨로시티 부스트(TVB: Thermal Velocity Boost)나 어댑티브 부스트(ABT: Adaptive Boost Technology)는 프로세서의 온도나 전력 소비량에 여유가 있을 때 순간적으로 동작 속도를 끌어올리며 전력 소비량에 제한 없이 설정되면 성능을 더 향상하는 것이 가능하나 전력 소비량과 발열도 덩달아 늘어난다.



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최대 성능 유지가 아니라면 코어 i5와 코어 i7 시리즈는 공랭 쿨러로도 가능하다


수냉 쿨러는 최대 클럭을 유지하면서 항상 높은 성능을 지향한다면 필요하다. 하지만 모든 사용자나 상황에서 수냉 쿨러가 필요한 것은 아니다. 프로세서의 전력 제한 해제와 유지 사이의 성능 격차는 크지 않아 최고 성능이 목표가 아니라면 높은 비용을 지불하면서 수냉 쿨러를 고집하지 않아도 된다. 


코어 i5와 코어 i7 시리즈는 실제로 전력을 14세대 기준 MTP 253W로 설정만 해도 공랭 쿨러만으로 이용 가능하다. 코어 i9 시리즈와 같은 고성능 CPU 역시 코어 i7 시리즈나 그 이하 CPU보다 발열량이나 소비전력을 늘어났지만 전력 제한으로 공랭 쿨러로 성능은 조금 하락하지만 발열 억제가 불가능한 것은 아니다.



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전력 제한(MTP 253W) 만으로도 발열과 소비전력에서 효과를 기대할 수 있다


14세대 코어 i7 14700K는 프로세서의 공랭 대장급 녹투아(Noctua) NH-D15 chromax.black 쿨러를 이용한 전력 제한 해제와 유지 사이의 성능 격차는 크지 않다. 블렌더(Blender)에서는 1초를 약간 넘는 정도의 차이를 보였으며 물론 더 복잡하고 오랜 시간을 투자하는 작업에서는 그 차이가 커질 수도 있다. 시네벤치(CineBench R23) 테스트에서도 멀티 스레드 테스트 기준 전력 제한 메인보드 자동(Auto)에서 35129, 전력 제한 해제(Unlock) 36019, 전력 제한(MTP 253W) 34677pts로 성능 차이는 약 4% 정도에 그쳤다. 수냉 쿨러에 근접한 성능을 보이는 공랭 대장급에서 더 좋은 효과를 보였지만 TDP 250W급 듀얼 타워형 공랭 쿨러에서도 이러한 효과를 기대할 수 있다.


이미 여러 테스트로 알려진 코어 i9 시리즈 프로세서도 이와 크게 다르지 않다. 오히려 전력 제한을 적용하면 소비전력은 물론 발열을 줄일 수 있고 성능 차이는 크지 않아 시스템의 안정성과 성능 효율을 높일 수 있다. 성능에서는 약간의 하락을 감수해야 하지만 온도와 소비전력 등과 같은 그 이외의 부분에서 효과를 볼 수 있는 만큼 고성능 일체형 수냉 쿨러를 고집하지 않아도 된다는 점에서 전력 제한 해제만으로도 효과를 볼 수 있다. 여기에 전압 조정으로 CPU 안정화를 거치거나 각종 부스트 설정, MCE 설정 등을 끄면 추가적인 발열 및 소비전력 부분에서의 향상을 기대할 수 있다.



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게임은 CPU를 항상 100% 사용하지 않으며 전력 제한 해제와 유지의 성능 격차가 적다


일반적으로 프로세서의 전력 제한 해제와 유지에 따른 성능 차이는 CPU를 100% 또는 이와 가까운 점유율로 꾸준하게 사용하는 인코딩이나 렌더링 등 멀티 코어 및 멀티스레드 지원 환경에서 확인되며 싱글 스레드의 영향이 크고 사실적인 환경 구현을 위한 그래픽 처리가 더해지는 게이밍 등의 환경은 전력 제한 해제와 유지 사이의 성능 격차는 더욱 줄어든다.


14세대 코어 i7 14700K는 대장급 공랭 쿨러(녹투아(Noctua) NH-D15 chromax.black)로 게임(사이버펑크 2077, Cyberpunk 2077)을 켜놓고 30분 후 CPU의 온도를 살펴보면 73도 정도를 유지했다. 수냉 쿨러라면 이보다 낮은 온도를 유지하고 장시간 사용에도 온도면에서 유리하겠지만 공랭 쿨러로도 코어 i7 시리즈는 고사양 게임도 안정적인 동작 범위 내에서 플레이가 가능하다. 수냉 쿨러에 근접한 성능을 보이는 공랭 대장급에서 더 좋은 효과를 보인 것도 사실이지만 TDP 250W급 듀얼 타워형 공랭 쿨러에서도 이와 같은 효과를 기대할 수 있어 성능과 비용 효율면에서 공랭 쿨러의 효용성을 찾아볼 수 있다.



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프로세서 기본 전력 제한 범위 내라면 공랭 쿨러로도 가능하다


결과적으로 인텔 14세대 코어 프로세서와 공랭 쿨러를 조합해 사용한다면 인텔 기본 전력 제한 설정을 적용하는 것이 좋다. 12세대까지는 TDP(W)를 유지했으나 13세대부터는 기본 전력 및 클럭에서 동작 시 소비되는 전력으로 TDP와 유사한 개념의 PBP(Processor Base Power)와 부스트 클럭으로 동작시 소비 전력인 최대 터보 전력 MTP(Maximum Turbo Power)로 나누어 소비전력과 배출하는 열량을 표기하고 있다. 14세대 기본 전력 제한 설정은 TDP와 유사한 PBP와 MTP 중 최대 전력을 소모하는 MTP에 맞게 설정해야 한다. 코어 i7 14700K라면 MTP 253W로 제한해 사용하면 된다. 전력 제한 해제만으로 부족하다면 전압 조정 등 세부적인 설정을 적용 후 안정화를 거쳐 보다 최적화된 성능과 전력 및 발열 개선 효과를 기대할 수도 있다.


인텔 기본 전력 제한 설정은 코어 i7과 코어 i9 시리즈 기준 MTP 253W다. 이는 TDP 250W가 가능한 5만원 전후의 2팬 듀얼 타워형 공랭 쿨러로 코어 i7 시리즈나 코어 i9 시리즈 CPU를 사용 가능하다는 것을 말해준다. 코어 i5나 그 이하 시리즈는 이보다 전력 제한 설정과 소비전력 및 발열이 낮아지므로 TDP 200W 전후의 3-5만원 이내의 1팬 싱글 타워형 공랭 쿨러로 가능한 범위에 들어온다.


전력 제한 해제와 유지 사이의 성능 격차는 크지 않이 최고 성능을 위해 반드시 수냉 쿨러를 고집할 필요는 없다. 코어 i7 시리즈 프로세서의 최대 성능 유지를 위해 고급형 메인보드 및 쿨러에 투자하는 것보다 오히려 코어 i9 시리즈로 PC를 구성하는 것이 성능과 비용을 고려한 보다 현실적인 대안이 될 수도 있다.



항상 높은 성능 유지가 목적이 아니라면 수냉 쿨러가 필수는 아니다


12세대 코어 프로세서까지 인텔은 CPU의 정상 동작을 위해 해소해야 하는 열 에너지(기본 클럭으로 최대한의 작업을 하는 동안 발생하는 열량)를 의미하는 TDP(Thermal Design Power, 열 설계 전력)를 사용해 왔지만 최신 CPU는 기본 클럭에서 더 나아가 부스트 클럭 개념이 적용되면서 이미 실제 CPU의 소비전력은 이를 넘어서고 있어 TDP로는 이를 규정짓기 어려워졌다. 그에 따라 13세대부터 TDP 대신 기본 전력 및 클럭에서 동작 시 소비되는 전력으로 TDP와 유사한 개념의 PBP(Processor Base Power)와 부스트 클럭으로 동작시 소비 전력인 최대 터보 전력 MTP(Maximum Turbo Power)로 나누어 소비전력과 배출하는 열량을 표기하고 있다.


실제 환경에서 사용하는 전력과 해소해야 하는 열량의 괴리에 따라 달라진 표기로 인해 혼란스러운 점도 있고 해당 표기 이상을 넘어서는 전력 소모와 발열량을 보이기도 하지만 하이엔드 CPU를 제외하고 메인스트림부터 퍼포먼스 전후의 CPU라면 언더볼팅 작업이 유용하며 공랭 쿨러로도 일정한 성능과 발열을 억제하면서 사용 가능하다.


최대 클럭을 유지하면서 항상 높은 성능을 원한다면 수냉 쿨러가 필요하겠지만 모든 사용자나 상황에서 필요한 것은 아니다. 프로세서의 전력 제한 해제와 유지에 따른 성능 격차는 크지 않다. 주로 CPU를 100% 또는 이와 가까운 점유율을 보이는 인코딩이나 렌더링 등 멀티 코어 및 멀티스레드 지원 환경에서 확인되며 싱글 스레드의 영향이 크고 사실적인 환경 구현을 위한 그래픽 처리가 더해지는 게이밍 등의 환경은 전력 제한과 유지 사이의 성능 격차는 더욱 줄어든다.



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온도와 비용을 고려한 PC 구성, 공랭 쿨러와 PC 케이스 및 쿨링팬 우선 고려


일반적으로 공랭 쿨러 대비 수냉 쿨러 성능이 유리하다는 인식이 있으나 항상 그렇지는 않다. 수냉 쿨러는 펌프 성능, 라디에이터 및 쿨링팬 크기에 따라 성능을 나누고 있으며 성능 향상을 위해 360mm(120mm 팬 3개)를 넘어 더 커진 라디에이터인 420mm(140mm 팬 3개)를 제공해 하는 제품도 등장하고 있다. 360mm 이상의 라디에이터 탑재 제품은 성능 유지에 유리하나 가격대가 10만원 후반에서 20만원 이상을 형성해 부담이 되며 공랭 쿨러 대비 성능이나 발열 및 소비전력 효율면에서도 크게 유리한 것도 아니다. 120mm 원팬 라디에이터 제품이나 240mm(120mm 팬 2개) 라디에이터 제품은 비슷한 가격대의 공랭 쿨러 대비 성능 차이는 크지 않다는 점에서도 수냉 쿨러를 고집해야 하는 이유는 많지 않다.


또 수냉 쿨러는 펌프 고장, 누스 등으로 인한 보증이 된다지만 이에 대해 어느 정도 이해도가 있는 사용자에 적합해 누구에게나 추천하기에 무리가 있다. 이에 반해 공랭 쿨러는 누수 및 관리에 대한 부담이 적고 수냉 쿨러 대비 상대적으로 낮은 가격대로 구입 가능한 것도 장점이다. 공랭 쿨러는 성능 향상을 위해 싱글 타워 또는 듀얼 타워형으로 교체되며 약화되기는 했지만 메인보드 전원부와 주변부 쿨링 등이 동시에 가능하기도 하나 수냉 쿨러는 펌프와 쿨링팬이 위치한 라디에이터가 분리되는 특성상 대다수는 펌프 주위는 별도의 쿨링팬이 없어 주변부 특히 메인보드 전원부 등 쿨링이 취약해져 해당 부분의 쿨링을 고려해야 할 수도 있다. 특히 메인스트림 이하의 메인보드는 방열판이 제공되지 않는 등 전원부 쿨링이 취약한 경우가 많아 수냉 쿨러 사용에 따라 전원부 등 쿨링을 더욱 고려해야 한다.

 

이를 고려하면 수냉 쿨러가 항상 정답이라고 보기는 어렵다. PC 사용 목적과 용도에 따라 수냉 쿨러가 필요할 수도 그렇지 않을 수도 있다. 수냉 쿨러는 공랭의 한계를 넘어서고 보다 안정적으로 CPU의 발열을 해소하지만 여전히 공랭 쿨러 대비 부담스러운 가격대를 형성하고 있다. 고성능 수냉 쿨러는 20만원 이상을 지출해야 하며 이는 대장급 공랭 쿨러에 소요되는 비용인 10만원 후반의 가격대보다도 한참 높은 수준인데 14세대 코어 i7와 코어 i9 시리즈까지 사용 가능한 범위인 TDP 250W 이상을 지원하는 듀얼 타워 공랭 쿨러도 5만원 전후로 선택이 가능하다.


한편 PC의 장시간 안정적인 사용을 위해서는 공랭 쿨러나 수냉 쿨러 모두 PC 케이스 및 쿨링팬 선택도 고려해야 한다. PC케이스는 120mm 대비 소음이나 발열 처리에서 유리한 140mm 쿨링팬을 다수 장착 가능한 제품이 유리하며 미들타워 이상과 케이스 내부 선정리가 보다 간결해지는 BTF 지원 PC케이스도 고려해볼만 하다. 120mm 3열 수냉 쿨러나 140mm 3열 수냉 쿨러가 장착 가능한 제품이 안정적인 성능과 효율적인 쿨링이 가능하지만 비용을 고려한다면 사용 가능한 범위의 공랭 쿨러를 선택하는 것도 쿨링 효율을 높이는 지름길이다. 추가적인 비용이 소요되지만 PC 케이스의 통풍 구조와 쿨링팬 성능은 내부에 위치하는 PC 부품은 물론 공랭 및 수냉 쿨러 선택과 함께 우선 고려해야 하는 부분이다.

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