CPU 쿨러로는 공냉쿨러와 수냉쿨러가 있으며 일반적으로는 후자의 성능이 더 뛰어난 편이라고 합니다만 실제로는 두 옵션 사이에는 중요한 성능 차이는 없습니다. 따라서 소비자가 생각하는 필요와 가치에 따라 쿨링 시스템을 선택하게 됩니다. 이제부터는 여러분이 쿨러를 선택할 때 참고할 수 있는 몇 가지 팁들을 소개하려고 합니다.
공냉 쿨링은 정말 간단합니다. 팬들이 열을 바닥에서부터 히트싱크로 이동시키는 방식으로 작동됩니다. 이런 공냉쿨러는 최적의 써멀 전도율과 열 흡수율을 고려했을 때 100% 구리로 만든 열 흡수 베이스를 사용할 때 최고의 효과를 발휘합니다.
최근 공냉쿨러의 베이스는 하나로 디자인된 구리판에 있습니다. 그렇지만 몇몇 쿨러들은 2007년에서 2012년 사이에 유행했던 히트파이트 직접접촉 방식(HPDT)을 사용합니다. 당시 내용에 따르면 공정의 한계로 베이스와 히트파이프의 접촉면적이 완벽하게 맞닿지 않아 방열용량의 일정한 손실이 있을 것으로 판단되어 히트 파이프가 CPU의 상부 커버와 직접 접촉하도록 하여 이러한 손실을 줄였습니다. 이런 방식은 당시 큰 각광을 받아 이런 방식의 공냉쿨러들이 시장에 쏟아져 나왔습니다.
그러나 시간이 지나며 사람들은 히트파이프 직접접촉 방식에 대한 단점들에 주목하기 시작했습니다. 히트파이프는 공기청소기처럼 디자인되어 있고 파이프의 두께에 제한이 있을 수밖에 없었습니다. 결국, 2가지 문제점들이 있었는데, 첫 번째는 히트파이프가 CPU에 맞도록 평평한 단면으로 제작되어야 한다는 점입니다. 이런 단면은 결국 약해지고 히트파이프를 변형시키게 될 것입니다. 그리고 결국 CPU와 라디에이터 사이의 부실한 접촉으로 이어질 것입니다. 당연히 성능도 저하되겠죠.
두 번째로는 CPU 면적이 다르다는 점입니다. 그리고 그 열원의 위치도 정확하게 같지 않게 됩니다. 몇몇 큰 면적을 가진 CPU들은 완전하게 바닥 부분을 커버할 수 있지만 더욱 작은 CPU들은 열원에 완전히 접촉하지 못하게 됩니다. 반면에 순수 구리로 만들어진 베이스는 이런 문제가 없습니다. 그래서 중급기부터 하이엔드에 달하는 공냉쿨러들은 순수 구리 베이스 설계로 돌아오게 되었습니다.
베이스가 열 흡수를 완료한 후, 열에너지는 순수한 구리 히트 파이프를 통해 핀으로 전달됩니다. 여기서 열전도 효율은 히트싱크와 히트파이프의 접촉방식(FIN을 통한 접촉방식, FIN의 버클/리플로우 납뗌 등)에 의해 영향을 받는데, 일반적으로 리플로우 납땜이 최고라는 평가를 받지만 실제로 남땜을 하는 사람의 실력에 달려 있습니다.
다음은 히트 파이프의 디자인입니다. 히트파이프의 개수와 두께는 열전도율 측정의 기본 기준입니다. 일반적으로 중급기 수준의 쿨러는 6개, 하이엔드 쿨러는 7~8개 정도의 히트파이프를 가지고 있다고 볼 수 있습니다. 당연히 히트파이프가 많을수록 열전도율이 높아지고 벤딩을 어떻게 하는지, 어디에 두는지에 따라 달라집니다.
공냉쿨러의 마지막 단계는 팬을 사용해 히트싱크에 축적된 열을 방출시켜 소멸시키는 것입니다. 팬의 성능은 팬 날의 디자인과 속도와 연관이 있습니다. 몇몇 팬들은 낮은 풍압과 팬속을 통해 저소음을 지향하기도 하며, 또 다른 몇몇 팬들은 강한 풍압에 초점을 맞춰 그에 맞는 성능들을 강조하곤 합니다. 팬은 냉각 핀의 열을 제거하여 CPU 온도를 낮추는 데 도움이 됩니다.
공냉쿨러의 뛰어난 성능을 위해서는 당연히 방열 면적도 커야 합니다. 중급기나 하이엔드 쿨러들의 방열면적이 엄청나게 큰 이유입니다. 그러나 공냉쿨러의 면적 개발은 한계에 다다른 것처럼 보입니다. 주요 원인으로는 PC 케이스의 폭, 메인보드 PWM 히트싱크의 크기, 메모리의 크기, 그래픽 카드의 크기에 따라 라디에이터 면적이 제한되기 때문입니다. 결국, 수많은 공냉쿨러 회사들의 미래는 이런 한정된 공간에서 어떻게 성능을 극대화할 수 있는지에 대한 대답이 될 것입니다.
수냉쿨러는 흔히 특수 액체 냉각수가 있기 때문에 AIO(All-In-One) 수냉쿨러라고도 부릅니다. 수냉쿨러의 작동원리는 공냉쿨러와 크게 다르지 않습니다. CPU에서 발생한 열을 구리 베이스와 워터 파이프를 통해 상단 커버에서 블록 헤드의 내부로 전달하는 방식이죠.
액상 냉각수는 CPU의 열을 워터파이프를 통해 라디에이터로 전달하고, 팬은 라디에이터의 열을 날려버립니다. 수냉쿨러의 가장 큰 장점은 액체 냉각수가 더 큰 열을 받아 낼 수 있다는 점입니다. 수냉쿨러의 큰 방열 면적의 설계로 공냉보다 열 관리에 탁월합니다.
일반적으로 액체 냉각수의 열 전도도는 일반적인 공기의 약 4배이며, 액체 냉각수의 흐름은 열을 더욱 빠르게 전달합니다. 240mm, 280mm, 360mm 크기의 수냉쿨러를 사용해 열교환에 사용할 수 있는 면적이 공냉보다 넓고 공간의 제약이 없어 방열 효과가 훨씬 좋습니다. 물론 120mm 라디에이터를 가진 수냉쿨러들은 중급기 공냉쿨러의 성능보다 좋지는 않을 겁니다.
지금까지 설명한 대로 공냉과 수냉은 각자의 장단점을 가지고 있습니다. 공냉의 강점은 강력한 내구성에서 오랫동안 사용할 수 있습니다. 하지만 공냉쿨러의 단점은 점유 공간이 넓어 메모리 카드를 막아버리고 그래픽 카드와 M.2를 제거하기 어렵게 만들어 버립니다. 열 방산 성능 또한 수냉보다 좋지 않다는 점 또한 가지고 있습니다.
그렇다면 AIO 수냉쿨러와 커스텀 수냉, 둘 중에 어떤 것이 더 나은 쿨러일까요? 두 쿨러는 모두 전혀 다른 사람과 목적을 위해 설계됩니다. 어떻게 다른지 한 번 살펴봅시다.
본론에 앞서, 수냉쿨러의 작동 원리는 액체의 흐름을 통해 CPU 열방산 문제를 해결하는 것입니다. 액체 냉각제의 열 커패시터가 크기 때문에, 액체 냉각수가 우수한 방열 성능을 제공합니다. AIO와 커스텀 수냉의 원리는 기본적으로 같지만 주요 차이점은 바로 ‘어떻게 설계를 하는가?’입니다.
히트파이프 진화와 함께 돌아온 공냉쿨러
CPU의 성능이 계속해서 증가하기 때문에, 공냉쿨러는 이런 프로세서에서 나오는 열을 억제하기가 어렵다는 관점에서 수냉이 공냉을 완전히 대체할 것이라는 주장은 수년 동안 존재해 왔습니다. 이전의 전략은 라디에이터에 순수한 구리를 사용하는 것이었습니다. 구리의 열전도율이 알루미늄보다 훨씬 좋아 당시엔 순수 구리 라디에이터+대형 팬 설계가 주류였던 것으로 알려졌지만, 순수 구리와 함께 나오는 것이 좀 더 무겁다는 특징이 있습니다.
그러나 곧 히트 파이프 기술이 발전되면서 공냉쿨러의 성능이 크게 향상되었습니다. 열전달 파이프의 원리는 가열 부의 액체 냉각수가 가열되면 증발하여 응축 부로 가는 것입니다. 냉각된 후 다시 액체 형태로 변하고 가열 종단으로 다시 흐르면서 순환을 반복하게 됩니다. 절대적으로 맞는 말은 아니지만 히트 파이프의 효율 자체가 매우 높아 시판되고 있는 대부분의 우수한 라디에이터는 히트 파이프를 사용하고, 그들의 성능은 히트파이프의 수와 연관이 있습니다.
4코어 프로세서가 보편화된 시대에는 일반적으로 동작 주파수가 3GHz 이하이고, 오버클럭이 그리 높지 않아 전력 소모와 발열량이 그리 높지 않았습니다. 히트 파이프 기술이 있는 공냉쿨러는 이 정도 수준의 열은 잘 처리할 수 있었습니다. 그래서 시장에선 아직 수냉쿨러의 가치가 빛이 나지 않았었습니다. 하지만 최근 성능 요구사항, CPU 코어, CPU 주파수가 모두 증가하면서 수냉쿨러가 주목받기 시작했습니다.
커스텀 수냉쿨러
지금까지 공냉과 수냉쿨러의 시장 발전과 변화에 관한 내용이었습니다. 다시 AIO와 커스텀 수냉쿨러의 주제로 돌아가 보겠습니다. 커스텀 수냉쿨러는 이름에서 알 수 있듯이 별도의 독립적인 부품들이 있어서 사용자가 직접 조립해야 합니다. 필수 구성 요소는 워터 블록, 탱크, 펌프, 라디에이터, 팬, 피팅, 튜브와 냉각수입니다. 워터탱크와 펌프가 결합되어 있다는 것에 주목하세요. 커스텀 수냉쿨러를 생산하는 다양한 브랜드들은 모두 구성요소 패키지를 함께 가지고 있습니다. 물론 몇몇 사용자들은 그들이 따로 모아온 부품들을 모아 시스템을 구성할 수도 있습니다. 그들은 워터 밸브, 연결 헤더 등을 구매해야 합니다.
이런 구성요소들이 연결되었을 때, 워터파이프가 떨어져 새지 않도록 워터파이프 받침대와 기타 부속품들이 필요합니다. 또한, 사용하기 전에, 액체 냉각수를 주입해야 합니다. 배기 및 일련의 작동 점검도 수행해야 합니다. 커스텀 수냉쿨러 사용 도중 누수가 발생하면 메인보드, 그래픽 카드 등 여러분들의 시스템이 위험에 빠질 수 있습니다.
유연한 튜브 vs 튼튼한 튜브
커스텀 수냉쿨러의 경우에는 소프트 튜브와 하드 튜브 두 가지의 튜브가 있습니다. 소프트 튜브는 일반적으로 PVC, PU 그리고 다른 재질들로 제작되는데, 장점으로는 좀 더 유연하고 구부릴 수 있어 시스템 설계에 자유도를 더해 줍니다. 반대로 하드 튜브는 일반적으로 PETG나 아크릴과 같은 재질들로 만들어지며 구부려지지 않기 때문에 설치 전에 어떻게 레이아웃을 구성할지 생각하고 필요한 부속품들을 구매해야 합니다. 하드 튜브는 보기에 좋고 다양한 액세서리들과 잘 매칭할 수 있습니다. 하지만 설치가 매우 어려우므로 초심자들에게 설치를 권하지는 않습니다.
AIO 수냉쿨러
이번에는 AIO 수냉 쿨러입니다. 2011년 쯤, 1세대 AIO 수냉쿨러가 세상에 등장했습니다. 블록 헤드와 라디에이터의 모듈식 설계로 사용자들의 설치를 꽤 단순하게 만들어 줬습니다. 첫 등장 이후 10년 이상의 개발을 통해 최근 출시되는 AIO 수냉쿨러는 통합 워터 펌프 솔루션이 주류가 되었습니다. 사용자는 라디에이터 팬을 설치한 뒤 PC 케이스에 설치하면 모든 게 끝납니다. AIO 수냉 쿨러는 이런 설치가 쉽다는 가장 큰 장점을 가지고 있습니다.
AIO 수냉쿨러는 두 가지 보편적인 펌프 디자인을 하고 있습니다. 첫 번째는 MAG 코어리퀴드 C360에서 찾아볼 수 있습니다. 공간과 성능은 부족할 수 있지만, 이 설계는 진동을 블록 헤드에서 멀리하여 누수의 위험을 줄이고 블록 헤드를 더 얇게 만들 수 있게 합니다.
AIO 수냉쿨러의 두 번째 설계 방식은 워터 펌프를 블록 헤드에 통합하여 구성하는 것입니다. ASETEK에서 제조한 수냉쿨러는 이런 방식의 설계를 따라갑니다. 이런 펌프들은 라디에이터에 설계되어 있지 않아 공간에 여유를 주고 더 완벽한 냉각 효과를 제공합니다.
또, 이런 방식의 수냉쿨러들은 뛰어난 열방산 외에도 LCD 스크린을 가지고 있거나 혹은 독특한 ARGB 조명 효과와 같은 기능들이 있습니다.
위 그림의 MEG 코어리퀴드 S360이 이런 ASETEK 펌프 디자인을 하고 있습니다. 워터 블록에는 2.4인치 IPS패널 디스플레이가 있어 CPU의 온도를 보거나 사용자가 원하는 GIF파일 등을 표시할 수 있습니다. 또 워터 블록에는 6cm 지름의 팬이 장착되어 있어 PWM 전원 공급 영역에서 과열된 히트싱크를 식혀 메인보드의 냉각에도 도움이 됩니다.
요약 : 성능 혹은 편리함
커스텀 수냉쿨러의 장점은 시스템의 경로가 길어 쿨링 커패시터가 더 좋다는 점입니다. 일부 워터블록은 사용자가 원하는 대로 커스터마이즈도 가능합니다. 예를 들어, 위 사진의 MPG Z690 카본 EKX 메인보드에는 액체 냉각수의 도움으로 열을 확산시키는 데 도움이 되는 오버사이즈 플레이트가 있습니다. AIO 수냉쿨러와 비교해 크기, 펌프 출력, 냉각수의 용량 등의 차이로 커스텀 수냉쿨러에 비해 강력한 성능을 보여주기는 어렵습니다.
AIO 수냉쿨러의 강점은 편리함입니다. 팬을 나사로 고정하고 메인보드를 브라킷으로 고정하면 바로 사용할 수 있습니다. 몇 가지의 추가 팬과 ARGB 케이블을 연결하면 바로 사용할 수 있죠. 커스텀 수냉과 비교하기에는 강력한 성능은 아니지만 그래도 공냉쿨러에 비하면 충분히 강력한 성능을 보여줍니다.
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