쿨러

쿨러(cooler)는 컴퓨터 본체 내부의 공기를 순환시켜 컴퓨터 부품에서 발생하는 열을 줄이고 먼지가 쌓이는 것을 방지하는 장치이다. 쿨링팬과 히트싱크 등으로 구성된다. 발생하는 열을 제대로 식혀주지 못하면 사용 중 컴퓨터가 다운이나 손상, PC 수명 단축 등의 문제를 일으킬 수 있다. 쿨러는 소모성 부품이므로 장기간 사용시 성능이 저하되어 소음이 커질 경우 교체를 하는 게 좋다.

개요

컴퓨터와 같은 전자기기는 전기를 사용하는데, 전기를 사용하는 모든 회로에는 저항이 있기 때문에 전류가 흐를 때 열이 발생하게 된다. 이러한 열은 특히 CPU처럼 소자를 고도로 집적시킨 IC에서 많이 발생하는데, 이 열이 일정 수준을 넘게 되면 기기 작동에 문제가 생기다가 최후에는 자체 보호를 위한 셧다운이 실시된다. 게다가 과열에 대한 보호 기능이 없는 경우 부품이 타는 경험을 하게 된다. 이렇게 되면 당연히 부품을 교체해야 한다. 이러한 전자기기들의 과열에 대한 문제점을 해결하기 위해 물리적으로 온도를 낮추는 시스템을 쿨링시스템이라 하고, 이러한 장치들을 쿨러라고 한다. 컴퓨터뿐만 아니라 어항에도 물고기가 익어죽는 걸 막기 위해 많이 설치한다. 개인용 컴퓨터의 수요가 매우 크고 다양해지면서 시스템 쿨러를 만드는 회사들도 늘어나다 보니 쿨러라는 명사를 흔히 시스템 쿨러와 동일시하여 부르고 있다. 학술적 의미와는 다르게 실제 PC 분야에서 상업적으로 시스템 쿨러라는 말은 쿨링팬만을 의미한다. 대다수의 커뮤니티에서 시스템 쿨러라는 단어보단 쿨러라는 단어를 더 많이 사용하는 편이다.

특징

시스템 쿨러에는 가장 대중적으로 공랭식이 있으며 조금 더 강한 쿨링을 원하는 사람들은 수랭식을 이용한다. 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. 대한민국의 잘만테크를 비롯한 국내외 많은 기업들과 개인들이 자체적으로 개발한 시스템 쿨러들을 내놓고 있으며 수요 또한 꾸준히 느는 추세라 전망이 좋을 것이라 예상된다. 가격은 몇천 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. 매니악한 쿨링을 하면 할수록 쿨러라는 단어는 잘 사용하지 않는다. 당장 공랭 시스템들만 보더라도, 쿨러라고 말하면 쿨링 팬을 지칭하는 것인지, 방열판인 히트싱크를 지칭하는 것인지, 혹은 두 개를 함께 한 세트로 지칭하는 것인지 애매하기 때문이다. 수랭을 사용하는 유저에게 쿨러라는 용어는 사용하기 굉장히 애매하다. 일체형 수랭 모델의 경우엔 단일 제품이라 쿨러라는 말을 쓰기도 하지만, 커스텀 수랭까지 들어가면 기본적으로 워터 블럭, 펌프, 라디에이터, 냉각수, 호스 등 굉장히 많은 부품이 들어가서 단일한 쿨러라고 하면 무엇을 지칭하는지 전혀 알 수 없게 된다. 통째로 지칭할 경우엔 단일한 쿨러라는 표현보다는 수랭 시스템이라고 부르는 경우가 많다. 컴퓨터를 쿨러 없이 켜서 무슨 작업을 하려고 하면 보통 몇 분 안에 셧다운 된다. 옛날 386시대 컴퓨터는 쿨러 없이도 돌아가지만, 지금은 CPU의 성능이 그 당시와는 비교할 수 없게 발전했고, 성능 향상과 공정 집적화로 인해 발열량 역시 상승곡선을 그렸다. 물론 아무리 저렴한 기본 쿨러나 무팬 쿨러라도 달면 게임이나 인코딩 같은 무거운 작업을 돌리는 게 아닌 이상 온도가 30~50도 사이에서 안정화되니 무슨 일이 있어도 반드시 쿨러를 장착하고 켜야 한다. 쿨러는 못 쓰는 쿨러라도 버리지 않고 안 쓰는 USB 케이블과 선을 연결해서 꽂으면 훌륭한 선풍기가 된다. 물론, 모터의 동작 시작전압이 5V 이하인 쿨러뿐이다. 다만 선풍기의 날개는 바람의 직진성이 중요하지만 쿨링팬은 바로 앞에 마주대고 있는 히트싱크 안에 최대한으로 많은 바람을 넣기만 하면 되므로 실제로 전원을 연결해서 손을 대 보면 바람이 주변으로 많이 퍼지는 게 느껴질 정도이다. 하지만 선풍기와는 달리 팬 안에 손가락을 넣지 못하게 막는 안전망이 없어 조심해야 한다. 또 쿨러에 대한 규격으로 TAC 규격이 있는데, 이는 인텔(Intel)에서 코어 i5 이상급의 방열성능 향상을 위해 만들어놓은 쿨링 규격을 뜻한다. 현재 TAC 2.0 규격을 사용한 케이스 제품이 출시되고 있다. TAC 규격의 핵심은 케이스의 좌측면에 덕트를 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. 대기업 PC의 슬림형 모델에서는 자주 볼 수 있다.

냉강 방식

수동

냉각에 별도의 에너지를 쓰지 않는 방법이다. 보통 어떤 부위에 직접적인 쿨링 솔루션을 사용하지 않고 간접적으로 쿨링을 하는 방법이며 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 시스템의 경우 CPU 쿨링에 자주 사용되고. 국소적 패시브 쿨링이 가장 많이 사용되는 컴퓨터 부품은 메인 메모리일 것이다.

무팬 쿨링

팬을 사용하지 않고 방열판만을 이용한 쿨링 방식이다. 무팬은 보통 좁은 의미에서 공랭 패시브 방식만을 지칭한다. 따라서 유랭 방식에서 펌프랑 라디에이터를 이용하지 않더라도 좀 더 넓은 분류인 패시브 쿨링으로 분류된다. 쿨링은 열 전달율이 높은 금속 매체를 칩셋이나 전원부 등에 달아서 열을 식히는 공랭쿨링의 방법이다. 저사양의 그래픽카드 칩셋, 보드의 전원부, 메인보드의 칩셋, 노트북 등 열이 적게 발생하는 부품이나 라즈베리 파이(Raspberry Pi) 등 각종 소형 시스템에서 사용되는 편이다. 음악 계열에서 사용 중인 컴퓨터에는 소음 등의 문제로 인해 CPU 쿨러로 많이 사용하고 있다. 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 좋지 않은 냉각효율을 더 떨어뜨린다는 점이다. 따라서 일단 처리 가능한 열량에 제한이 많이 따르며, 허용치 이내라도 팬 없이 방열판만 사용된 경우 장기적으로 볼 때 냉 납 현상이 발생할 수도 있기 때문에 제한적으로 사용되는 편이다.

히트파이프

히트파이프(Heat pipe)

대류 현상을 이용해 열을 신속하게 옮겨주는 열 전달기이다. 히트파이프의 내부구조를 살펴보면 관의 중심은 일반 금속관처럼 뻥 뚫려있지만, 관의 가장자리는 스펀지 구조 혹은 금속 핀이 촘촘히 새겨져 있는 모양으로 가장자리 부분은 부피 대비 접촉면적이 굉장히 많도록 설계되어 있다. 히트파이프의 내부 구조는 대표적으로 3가지가 존재하며, 먼저 금속 가루를 소결시킨 파우더 방식, 금속 섬유로 된 직물 조직이 있는 메쉬 방식, 총에 사용되는 강선과 비스름한 형상을 내부에 구현한 그루브 방식이 있다. 파이프 내부는 진공 상태로 거기에 냉매가 기체 상태가 될 만큼만 적절히 채워 넣는다. 이렇게 만들어진 히트파이프 속에서 냉매가 액체일 때는 가장자리의 스펀지 구조를 적시면서 모세관 현상의 도움을 받아 흐르게 되고 기체일 때는 뻥 뚫린 관의 구멍을 통해 흐르게 된다. 기기가 작동하고 히트파이프의 양 끝이 각각 가열되는 부분과 냉각되는 부분으로 온도 차이가 나게 되면, 히트파이프 내의 냉매가 열을 품은 채 히트파이프의 양 끝을 대류를 하면서 열을 전달하기 시작한다. 가열되는 부분은 관의 가장자리 스펀지에 붙어있던 액체 상태의 냉매가 기화하면서 히트파이프 중심의 빈 부분을 따라서 기체가 더 적은 냉각되는 부분으로 이동한다. 반대로 냉각되는 부분은 관의 중심에 있던 냉매 기체가 액화되면서 관의 가장자리로 응결되게 되고 모세관 현상을 통해 액체가 더 적은 가열되는 부분으로 이동한다. 이 두가지 작용이 동시에 이루어지면서 냉매가 열을 신속하게 옮겨주면서 단순히 통자 금속관을 사용할 때보다 훨씬 적극적으로 열의 교환이 이루어진다. 질량을 가진 냉매를 이용하다 보니 중력 때문에 액체 상태 냉매의 모세관 현상에 지장을 받을 수도 있다. 그렇기 때문에 냉각부보다 열원이 위에 위치하면 액체 상태의 냉매가 중력을 거스르고 열원으로 올라가기가 어려워 히트파이프 성능에 저하가 일어난다. 성능 저하의 정도는 히트파이프 내부의 심지 구조에 따라서 차이가 심한데, 단면의 심지가 가장 저렴한 축 방향 홈 구조인 경우엔 중력을 거스르게 배치하면 히트파이프의 성능 저하가 막대해진다. 또 히트파이프 자체는 냉각과는 관계가 없다. 히트파이프는 열을 빠르게 이동시켜주는 부품으로, 기존의 히트싱크가 열의 전도에 의존해 열을 식힌 것과 달리 히트파이프는 열의 전도와 대류를 둘 다 활용한다. 히트파이프의 의의는 열원에서 멀리 떨어진 히트싱크에까지 빠르게 열을 전달할 수 있다는 데 있다. 그냥 커다란 히트싱크를 사용할 경우 열원에서 먼 곳의 히트싱크에는 열이 거의 전달되지 않아서 크기와 디자인에 제약이 생기고 성능 상한선이 존재하는데 히트파이프를 사용할 경우 그 성능 상한선이 극적으로 높아져 더 큰 히트싱크를 사용할 수 있고 동시에 히트싱크의 디자인에도 높은 자유도가 생긴다.

증기 챔버

히트파이프는 뛰어난 성능을 가지고 있지만 한 가지 단점이라면 파이프 형태의 형상으로 열원과의 직접적인 접촉 면적을 넓게 하기가 어렵다는 단점이 있다. 이러한 단점을 극복하기 위해 만든 것이 증기 챔버로 직육면체 형상으로 만들 수 있기 때문에 열원에 넓게 접촉시킬 수 있다는 장점이 있다. 내부에는 진공으로 되어 있으며 히트파이프랑 비슷하게 상 변환하는 냉매를 이용해서 열을 효과적으로 전달 가능하다. 9세대 이후의 엔비디아(NVIDIA) 레퍼런스 그래픽카드들이 애용하는 방식으로 히트파이프에 비해 모든 면에서 우위를 지녔지만, 훨씬 비싼 가격 때문에 보통 고급형 모델들에만 쓰이는 편이다.

능동

냉각을 위해 별도의 에너지를 쓰는 방식이다.

공랭

공랭

공랭은 팬의 회전을 통한 바람으로 열을 식히는 방식이다. 방열판을 통해 열을 배출하고, 그 열을 바람을 일으켜 밖으로 빼내는 게 보통 과정이다. 이 과정에서 외부 공기를 빨아들이고, 열을 밖으로 내보내면서 PC 내부의 온도를 유지한다. 펜티엄 이후부터 공랭 쿨링이 정식으로 채택되어 중간에 슬롯 방식을 채택한 펜티엄 2를 제외하고 펜티엄 3까지는 한쪽 방향에 걸쇠를 건 상태에서 반대쪽 방향의 걸쇠를 소켓에 거는 형식으로 설치하였다. 펜티엄 4 에서부터 레버를 이용해 고정하는 방식이 사용되었다. 푸시핀, 백 플레이트 방식이 등장한 것은 775 소켓 이후부터이다. 775부터 등장하여 오늘날까지 사용되는 방식은 인텔 기본 쿨러가 사용하고 있는 위치에 맞게 돌려놓고 꾹 누르면 되는 푸시 핀 방식과 백 플레이트를 마더보드 뒤에 맞추고 방열판과 팬이 있는 쿨러부를 백 플레이트에 나사로 조이는 방식이 있다. 사제 쿨러들이 사용하고 있는 백 플레이트 방식은 확실한 체결이 장점이지만 제품에 따라 초보자에게는 설치가 다소 어려울 수 있다. 기본 푸시핀 방식의 경우 착탈이 어렵진 않으나 요령을 모를 경우 플라스틱 푸시핀을 부러뜨리는 실수를 하기 쉽다. 인텔 기본 쿨러를 장착하는 요령은 푸시핀이 위로 제대로 당겨져 있나 확인하고 시계 방향으로 돌려놓은 뒤, 마더보드 CPU 소켓 주위의 쿨러 구멍에 잘 맞추고, 그다음에도 바로 힘주어 누르기보다는 쿨러와 푸시핀이 연결되어 있는 연결부 플라스틱을 손으로 눌러 푸시핀이 구멍에 잘 들어가게 해 준 후, 마무리로 4개 모두 딸깍 소리가 나게 눌러주면 깔끔하게 장착되고, 쿨러가 제대로 장착되지 않아 이격으로 쿨링에 문제가 생기는 사태도 예방할 수 있다. 쿨러를 제거할 때는, 푸시핀 위에 화살표로 표시된 방향대로 반시계방향으로 4개를 모두 돌려준 뒤, 차례로 당겨 뽑아주면 된다. AMD의 경우에는 양쪽 걸쇠를 걸친 뒤 레버를 내려 고정하는 방식을 사용한다. 카비니 계열의 경우에는 푸시핀 방식과 유사한 방식을 사용한다. 라이젠 이후부터는 레이스 프리즘 이상의 쿨러에는 레버 방식을 사용하고 그 미만 쿨러들은 백플레이트 방식을 사용한다. 이 방식을 사용할 때는 케이스 자체의 통풍성이 확보되어야 할 뿐 아니라, 케이스 주변에 바람이 통할 수 있는 공간을 반드시 마련하여야 한다. 이 쿨링 시스템의 경우, 공기로 냉각하는 방식이기 때문에 아무리 강력한 쿨링팬을 사용한다고 하더라도 외부에서 공기 순환이 원활하지 않을 경우, 냉각이 안 되는 것은 물론이고, 경우에 따라서는 역으로 시스템 전체의 온도가 올라가는 상황이 일어난다. 그리고 쿨링팬의 수명도 악화되므로 컴퓨터 설치 시 반드시 고려해야 한다. 컴퓨터 외부의 공기를 끌어다 쿨링을 하므로, 방 온도보다 CPU의 온도가 더 낮을 수는 없으며, 여름에는 쿨러팬의 크기와 관계없이 쿨링 성능이 떨어지게 된다. 히트 싱크 위에다 팬만 붙여두면 되는 간단한 제조 및 조립으로 가격이 저렴하다는 장점이 있으나, 팬의 소음이 크며, 시간이 흐름에 따라 히트 싱크와 팬에 먼지가 끼면 냉각 효율이 떨어지므로 약 6개월에서 1년 주기로 먼지를 제거해 주어야 하는 단점이 있다.

수랭

수랭은 열을 전달하는 매질이 액체인 냉각 방식을 말한다. 펌프를 이용해 냉각수를 순환 시켜 장치에서 발생한 열을 이동시킨 다음 외부에서 냉각한다. 엔진의 열을 식히는 시스템도 같은 수랭이지만 엔진 냉각을 위한 수랭 시는 라디에이터가 필요하다. 히트펌프의 응축기를 냉각시키기 위해서도 수랭식 냉각기가 쓰이고 레이저나 촬영소 자의 과열을 막기 위해서도 수랭식이 쓰이는 경우가 있고 총기의 과열을 막기 위해서도 쓰이고 아예 발전소 같은 대형 플랜트 전체를 냉각시키기 위해서 강물을 끌어다 쓰기도 한다. 공랭식보다 효율이 좋고 소음이 상대적으로 적은 장점이 있지만, 초기 비용이 많이 들고 설치가 복잡하다는 단점이 있다. 게다가 설치 후에 부품을 바꿀 때마다 냉각시설을 차단 및 분해하고 다시 재조립하는 과정이 들어가니 유지보수도 곤란한 편이다. 그리고 펌프를 사용해서 고압의 액체를 순환시키기 때문에 장시간 사용하면 누수 현상이 발생하기 쉽다. 물 대신 냉매나 기름을 사용하는 경우도 있다. 수랭이 공랭보다 냉각에 더 효율적인 이유는 상온에서 물이 밀도와 비열이 훨씬 크고 열 전도율이 좋아 더 많은 양의 열을 더 빠르게 흡수하기 때문이다. 냉매로 사용하는 냉각수는 증류수와 부동액에 계면 활성제, 알칼리성 인히비터와 색소 등을 첨가해 만든다. 부동액으로는 대부분 프로판디올이나 에탄디올을 많이 쓰나 에탄디올은 독성이 매우 강하기 때문에 자동차 부동액으로 쓰이고, 컴퓨터로는 프로판디올을 더 많이 쓴다. 프로판디올은 스프라이트 등의 음료에도 들어간다. 증류수는 비전도 체이기 때문에 회로에 떨어져도 합선이 되지 않는다. 다만 여러 이유로 순도가 떨어지는 순간 전도성을 띠게 되면서 합선이 난다. 워터 블록이 프로세서를 감싸 여기서 발생한 열을 냉각수에 전달한다. 워터 블록에서 데워진 냉각수는 워터 펌프 모터에 의해 호스를 통해 라디에이터로 이동해 이곳에서 식혀진다. 여기서 효율적인 냉각을 위해 팬까지 동원한다. 이때 펌프에서 특유의 심장 뛰는 소리 같은 펌프 작동음과 진동이 발생한다. 또한 수랭으로 발생한 열을 식히기 위해선 공기 흐름 설계가 중요하다. 밖으로 방출된 가열된 공기가 역류하지 않도록, 그리고 상대적으로 차가운 공기가 컴퓨터 내부에 들어올 수 있도록 해야 하기 때문이다. 물론 공랭도 이런 점에서 마찬가지이지만, 특히나 수랭에서 중요한 이유는 케이스의 공기 흐름 설계에 따라 라디에이터의 위치가 바뀌기 때문이다. 가열된 공기가 상승한다는 점을 이용해 상단 배기 전면 흡기가 효율적인 경우가 많지만, 가끔 케이스 제작사의 상단과 전면의 설계 수준에 따라 제각각일 수가 있다. 컴퓨터 하드웨어가 취미인 사람들의 실질적인 종착지 역할도 한다. 공랭 방식의 CPU 쿨러가 부수적으로 메인보드 전원부 및 메모리에 냉각 작업을 하는데 비해 일체형 수랭 방식은 이것이 전무하기 때문이다. 그래서 커스텀 수랭 시스템을 마련한다. 냉각하고 싶은 워터 블록을 각각 부품에 맞게 구해 씌우고, 거기에 호스를 연결하기 위한 피팅과 밸브 등을 구매해 서로 연결한다. 그래서 커스텀 수랭 시스템은 컴퓨터 본체 가격이 나온다.아주 극소수의 유저는 시스템 전체를 미네랄 오일에 빠트리는 유냉이나 액화 질소를 부어가며 오버클럭을 하는 수준까지 도달하기도 한다. 수로를 직접 설계하는 커스텀 수랭은 단순히 성능뿐만 아니라 디자인적인 만족감도 주기에 하드웨어를 취미로 즐기는 사람들에겐 많은 만족감을 준다. 공랭보다 투자 비용에 비해 효율이 그리 좋지 않다는 의견도 있다. 수랭과 히트파이프는 둘 다 공통적으로 냉각수를 이용해 냉각하기 때문이다. 다만 워터 블록에서 열을 머금은 냉매를 라디에이터에 전달하는 워터 펌프 모터가 있다는 점에서 수랭이 더 효율적이다. 공랭 쿨러는 아무리 히트파이프를 많이 꽂더라도 열원에서 멀어질수록, 그러니까 히트파이프의 끝쪽 방 열 핀일수록 열을 전달받지 못하는 데다 날씨 자체가 더워서 공기 온도가 올라가면 그만큼 냉각 효율이 떨어지는 데 반해 수랭은 더 수로를 길게 늘리거나 라디에이터를 엄청나게 큰 걸 써도 열을 냉각할 수 있다. 다만 비상식적으로 오버클럭을 심하게 하는 경우가 아니면 히트파이프로도 충분하다.

커스텀 수랭

커스텀 수랭

팬으로 바람을 일으켜 열을 식히는 공랭과는 달리 수랭 쿨러는 열을 흡수 및 전달하는 매체로 액체를 사용하며, 이 액체를 펌프를 이용해 순환시키는 방식으로 냉각을 실시한다. 워터블럭, 호스, 펌프, 물통, 냉각수를 일체형으로 만들어 판매하는 것을 일체형 수냉이라 하며, 라디에이터부터 피팅, 물통, 펌프, 워터블럭, 호스, 냉각수 등등을 각각 구해서 직접 조립하여 사용하는 것을 커스텀 수랭이라고 한다. 일체형 수랭 쿨러가 출시되기 전에는 냉각수를 사용하는 쿨링 시스템을 구성하기 위해 모든 것을 직접 조립해야 했던 관계로 커스텀 수랭이라는 말을 굳이 쓸 필요가 없었으나, 일체형 수랭 제품이 빠르게 확산되면서 커스텀 수랭으로 구분하게 되었다. 일체형 수랭과는 달리, 메인보드 칩셋, 전원부, VGA는 물론 워터블럭을 장착할 수 있는 부품이라면 어떤 부품이라도 냉각이 가능하다. 케이스 크기가 충분하고, 펌프 용량이나 라디에이터 용량 등이 충분하다면 시스템 전체를 수랭 시스템으로 구성하는 것이 얼마든지 가능하다는 뜻이다. 물론 시각적으로도 상당한 만족감을 주기 때문에 컴퓨터를 모르는 사람한테도 좋은 구경거리가 된다. 커스텀 수냉의 꽃은 VGA 쿨링이라고들 하는데, 대부분의 워터블럭이 수온+델타 15도씨 정도의 쿨링성능을 보여준다. 웬만한 상황에서는 50도씨를 넘지 않게 VGA를 쿨링할 수 있는 것이다.일체형 수랭은 특정 부품을 교체할수 없어서 모터만 고장 나도 멀쩡한 나머지 부품을 버리고 전부 버리고 다시 사야 하는데, 모터가 수명을 다하면 통째로 바꿔야 해서 교체 비용이 너무 나간다는 단점이 있지만, 커스텀 수랭은 고장 난 부품만 교체/수리해서 계속 사용할수 있어 초기 구축 비용이 비싼것만 빼면 장기간 사용에 유리한 장점이 있다. 파츠가 고장 나면 그 파츠만 교체하면 된다. 유지 보수 면에선 일체형 수랭보다 우월하다. 그 덕분에 초기 구축 비용은 비쌀지 몰라도, 유지 보수 비용은 일체형 수랭보다 아주 저렴하다는 장점이 있다. 대부분의 일체형 수랭 쿨러는 설계할 때부터 호스를 불투명하게 하여 냉각수가 보이지 않지만, 커스텀 수랭은 자신이 원하는 색의 냉각수를 구하여 더욱 간지를 낼 수 있다. 최근에는 투명한 재질의 부품에 다양한 조명이 장착된 제품들이 나와서 인기를 끌고 있다. 또한, 분해하기 어렵다는 단점을 이용해 지름을 억제할 수도 있다.

일체형 수랭

일체형 수랭

맞춤형 수랭 시스템의 복잡한 구조를 최대한 단순화 시킨 양산품이다. 그렇다 보니 맞춤형 수랭 시스템에 비해 설치가 간편하고, 5~30만 원의 상대적으로 낮은 가격대를 형성하고 있어 보통 컴퓨터에 관심이 많은 사람들 위주로 보급되고 있다. 공랭에 비하면 비싸고 관리하기 번거로우며, 무엇보다 보급형 PC 수준에서는 불필요한 고성능이라는 단점 등이 있어 일반 유저층에는 보급되지 않고 있다. 저수조가 없고 워터 블록 내부에 펌프 모터가 자리하기 때문에 냉각 능력은 맞춤형 수랭 시스템보다는 못하고, 공랭 보다는 같거나 높다. 240mm 2열까지는 고급형 공랭과 비슷하거나 약간 웃도는 수준이며, 280mm 2열이나 360mm 3열 이상일 경우 확실하게 공랭을 능가한다. 공랭이나 수랭이나 열을 식히는 기초적인 원리는 같아서 결국 방열판의 겉면적과 냉각팬 성능이 크게 좌우하는데, 240mm 2열 수랭의 라디에이터와 고급형 트윈 타워+팬 2개 공랭의 방열판 겉면적은 비슷하다. 120mm 1열 수랭만 되어도 방열판이 1개인 일반적인 중 가격대 공랭들보다 우위에 있다는 평이지만 데스크탑에서는 가성비 때문에 보통 240mm 2열부터 장착을 고려하는 경향이 있어서 잘 쓰이지 않는다. 대신 1열 수랭은 내부 공간이 좁아도 냉각 효율이 떨어지지 않고 시스템 팬까지 겸용으로 해결 할 수 있기 때문에 ITX 폼 팩터 케이스에서 장착을 많이 고려하는 편이다. 맞춤형 수랭 시스템에 쓰이는 저수조와 복잡한 냉각 장치 부품들을 최대한 생략하고, 작동에 반드시 필요한 부분만 넣었다. 보통 발열부를 덮는 워터 블록과 펌프를 결합했고 연질의 냉각관 한 쌍을 방열판과 연결해 냉각수가 왕복하는 형태로 되어 있다. 맞춤형 수랭 시스템에 비해 단순화시킨 만큼 화려한 맛은 떨어지지만 다루기 쉽다. 맞춤형 수랭 시스템의 경우 냉각수의 흐름을 이해하고 설계 조립해야 하지만, 일체형 수랭 시스템은 완제품으로 나오기 때문에, 직접 설계할 필요는 없으며 구조를 이해하지 못해도 사용 가능하다. 라디에이터를 케이스에 부착하는 법과 워터 블록을 칩셋에 부착하는 법만 알면 된다. 이건 제품 설명서에 친절하게 적혀 있으니 그대로만 하면 된다. 워터 블록과 칩셋 크기 호환성 여부는 확인해야 한다.

CPU 쿨러

CPU 쿨러(cpu cooler)

CPU를 냉각하기 위해 설치하는 쿨러이다. 컴퓨터라는 장치는 본디 전기를 사용한 수많은 연산을 순식간에 하는 장치인데, 그 중심에 있는 부품이 CPU이다. 아무리 엔지니어들이 CPU 설계를 잘하더라도 어쩔 수 없이 전기 저항이 생기고, 그 저항으로부터 100도가 넘는 열이 발생한다. 그 상태로 방치하면 어떤 부품이든 고장 날 수 밖에 없음으로 열이 쌓이지 않게 열을 CPU 안에서 밖으로 배출해내야 한다. 그 역할을 해내는 부품이 바로 CPU쿨러이다. 오해하기 쉽지만 CPU쿨러는 열을 없애는 것이 아니라 열을 시스템 밖으로 더 효과적으로 빼내는 일종의 열 배출기이다. 효율적인 열 배출은 고장과 화재를 방지하는 것을 넘어서 컴퓨터의 성능에도 영향을 끼친다. 근시 대에 개발된 CPU는 자기보호 시스템으로 써멀 스로틀링이라는 리미터가 있는데, 처리해야 하는 연산이 늘어나서 CPU 온도가 과다하게 올라가면 스스로 기능을 정지 또는 저하시켜 온도를 줄이고 컴퓨터를 보호한다. 역으로 말하면, 외부적 요소로 온도만 낮게 유지할 수 있으면 써멀 스로틀링은 일어나지 않으며 원래의 성능보다 높은 성능을 뽑아내는 것이 가능해진다.CPU 쿨러의 역사는 486 시절부터 시작되었으며, 사실 PC 보급의 역사와 함께 해왔다 해도 과언이 아니다. 처음에는 거의 성냥갑만 한 작은 방열판 수준이었지만, 트랜지스터 집적도와 클럭이 증가함에 따라 CPU의 발열량도 늘어나면서 쿨러의 평균 크기는 점점 커져 현재 하이엔드 CPU 수준에서는 소형 택배 상자 만한 쿨러가 일반화되어가고 있다. 요즘 컴퓨터를 쿨러가 없는 채로 작동시키면 절대 안 된다. BIOS 창을 켜고 얼마 되지 않아 컴퓨터가 고장 날 것이다 . 특히 인텔 코어2 시리즈, AMD 페넘 시리즈보다 오래된 CPU들은 과도한 발열이 발생할 때 CPU를 보호하기 위한 써멀 스로틀링 기능이 탑재되지 않았기 때문에 프로세서 자체가 타버리는 경우가 발생할 수 있다. 방식으로는 주된 열전달 매체에 따라 나뉜다. 대표적으로 공랭 방식과 수랭 방식이 많이 쓰이며, 유랭, 펠티어 소자 방식 등이 있다.

유냉

유냉

열 밀도가 부담스러워 본체를 통째로 비전 해성을 가진 유동식 파라핀 같은 기름이나 불화탄소 계열 냉매와 같은 비전도성의 액체에 담가서 냉각하는 방식이다. 이 중에서 가장 대표적인 것이 기름에 담그는 것으로 유냉이라 한다. 보통 유냉 혹은 미네랄 오일 쿨링이란 단어가 일반적이다. 메인보드 및 주요 부품 전체를 고르게 냉각해 줄 수 있으며 시스템의 형태에 크게 구애받지 않기에 설계하기에 따라 써 단위면적당 아주 많은 시스템을 구겨 넣을 수도 있으며, 전원부나 메모리 등 일반적으로는 쿨러가 제대로 커버하기 힘든 파츠들까지 포함한 시스템 전부를 완전히 커버할 수 있다. 유냉의 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 없으며 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 필요 없다. 단, PC에서 배출하는 발열량이 일정한 수준을 넘어서면 유냉 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 PC 부품들이 타버릴 수도 있으니 주의해야 한다. 다만 무조건 라디에이터를 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 떠 오르며 기름을 휘젓기 때문에 엄청난 쿨링 효율을 얻게 된다. 다만 이렇게 하면 무소음은 아니게 되는 문제가 있다. 물론 에어펌프를 방 밖으로 빼버리면 소리가 거의 안 들린다. 이런 장점들이 있는 반면 단점도 많은데 우선 다른 방식보다 초기 설치비와 노력이 훨씬 많이 필요하다는 점이 있다. 그리고 기름에 담겨있기 때문에 이후 유에스비나 랜, 오디오 케이블 연결 등이 매우 힘들어지고 유지보수를 위해 재정비할 때마다 기름을 제거하는 등의 번거로운 작업들이 추가되므로 애로사항이 많다. 거기다가 본래 이런 유냉 시스템을 전문적인 목적에서 구축할 경우에는 진공펌프로 공기를 모두 뽑아낸 뒤에 밀폐하는데, 이렇게 해야 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. 거기에 HDD를 사용할 경우는 기름에 담그면서 플래터 회전 등에서 생기는 기압 문제를 해소하기 위해 존재하는 숨구멍이 막히는 영향에 대한 의견이 분분하다. 이에 대해서는 HDD를 사용하지 않고 SSD를 사용하거나 그냥 HDD만 밖으로 빼서 써도 되지만, 하드디스크도 자체적인 발열량이 커서 이 또한 힘들며, 자체적인 공진음을 못잡아서 유랭의 사용이유인 무소음을 달성하기 힘들다는 문제점이 있다. 그뿐만이 아니라, 라디에이터와 펌프가 없으면 고성능 시스템을 못 물린다는 점 역시 유냉의 큰 단점이다. 정확하게 말하자면, 하드코어 하게 냉각성능을 찾는 유저들이 유냉 대신에 커스텀 수냉을 택하는 이유가 된다. 라디에이터와 펌프를 물리는 순간, 유냉 최고의 장점인 무소음이란 점이 없어진다. 그런데 수냉에 비해 장점이 많은것 도 아니다. 상대적으로 저소음을 유지하면서 고성능을 맞추는 것은 수냉으로도 충분히 달성이 가능하다 보니 유냉이 하드코어 쿨링 유저들에게도 외면받는 원인이 되었다. 펌프를 달고나서 성능을 최적화하기 위해선 워터블럭 같은 물건이 있어야 하는데, 이걸 집어넣으면 사실상 수냉이랑 구조가 동일해진다. 유냉에 쓰이는 미네랄 오일은 비전도성이므로 누수걱정이 없다는 꽤 큰 장점이 있지만, 수냉처럼 쓰자니 유냉에는 수냉과 비교해서 치명적인 문제가 하나 있는데, 오일 점성은 냉각수에 비해 매우 높다는 점이다. 미네랄 오일의 경우엔 종류에 따라 다르지만, 물의 약 10~20배 가량의 점도를 지니고, 어지간한 오일들은 물에 비해 수백 배나 되는 점성을 지닌 경우도 흔하게 찾아볼수 있다. 그렇다보니 펌프를 돌려도 충분한 유량이 안 나와서 성능 올리기가 힘들어진다. 보통의 수냉용 펌프를 갖다가 쓰면 펌프 수명에도 굉장히 안 좋다. 그렇다고 강력한 오일용 펌프를 구하자니 PC 쿨링용으로는 발매되는 모델이 없다 보니 적당한 걸 찾기도 힘들고, 찾더라도 소음과 규격이 문제이며, 비쌀 뿐만 아니라 소음이나 펌프 자체 발열 문제 등 예상되는 문제가 너무 많다. 그렇다고 그냥 기름을 순환시키는 수준에서 그치니 성능이 공냉보다 낫다고 말하기 힘든 성능이다. 무엇보다 펌프를 달아버리는 순간 유냉 최고의 이점이라고 볼만한 무소음이라는 이점이 사라지다 보니 실질적으로 유냉을 해야할 이유가 없어진다. 또다른 단점으로, 어떤 기름을 사용하든 상관없이, 유냉을 오래 사용하게 되면 컴퓨터 부품에 붙어있는 플라스틱이 엉망이 돼 버리는 문제가 있다. 단지 장식용만을 말하는 것이 아니라, 커넥터와 케이블 피복 또한 해당이 된다는 게 문제다. 기름, 즉 물과 섞이지 않는 액체 - 그래서 전기를 통하지 않는 액체 - 라는 것은 무극성 액체라는 것을 의미하는데, 소량으로, 혹은 짧은 시간 동안 묻어 있는 것은 아무런 문제가 없지만 이런 액체가 플라스틱과 오랜 시간 닿게 되면 플라스틱에 침투하거나 플라스틱에 들어 있는 가소제를 녹여내게 된다. 그리하여 케이블이 탄성을 잃어 갈라진다든지 플라스틱이 조금만 힘을 받아도 부러져버리는 상태가 돼 버리는 것이다.

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. 그렇기 때문에 액체질소를 이용해서 냉각을 하는 방식을 쓰는 것이다. 액체질소라는 물건이 애초에 평범한 상황에서 사용할 수 있는 물질이 아니며, 일단 기화하면 추가적으로 액체질소를 부어줘야 해서 소모성이므로 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 저온 버그라고 불리는 에러가 발생한다. 덤으로 결로와 결빙이 발생하기 때문에 각 부품 전체에 방수 처리를 해야 한다. CPU 하나만 액체질소로 냉각한다고 해도 저온 버그가 안 일어나는 특수한 제품을 구입해야 한다. 따라서 일반적인 상황에서는 사실상, 이 방식이 이용될 일이 없다. 결국엔 액체 헬륨을 이용, 8GHz를 넘긴 사례도 나왔다. 참고로 헬륨의 끓는점은 섭씨 영하 268.9도로, 액체 헬륨의 온도는 아무리 높아도 영하 268.9도이다 게다가 극도로 낮은 온도에서는 점성이 없어져 벽을 타고 오르는 초유동 현상도 보인다.

펠티어 소자

팰티어 소자(Peltier effect)

펠티어 소자라고 하여 서로 다른 두 종류의 금속을 맞대고 직류 전류를 흘러주었을 때 한쪽에선 열을 흡수하고 한쪽에선 열을 방출하는 소자가 있는데, 이를 쿨링에 이용하기도 한다. 복잡한 설비 없이 단순히 전기만 넣어주는 것으로 온도를 영하까지 내릴 수 있긴 하지만 소모전력이 많고, 온도를 지나치게 내리면 결로현상이 생겨서 주변 회로를 다 소모해버릴 수 있기 때문에 방수 처리는 필수다. 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 못 잡으면 열 역전 현상이 일어나서 뜨거운 면과 차가운 면이 뒤바뀌기 때문이다. 결로방지를 위한 씰링 과정이 복잡하고, 펠티어가 필요로 하는 적정 출력을 이용하기 위한 변압 과정 등 발열 계산이 난해하다. 특히 오버클럭을 하게 될 경우엔 오버클럭한 특정 부품의 전력 소모가 어느 정도 되는지 정확하게 모르는 경우가 대부분이라, 정확한 발열 계산을 하기가 난감하다. 설상가상으로 쿨링 대비 소모하는 추가 소비전력으로 인한 비효율성 등 여러 가지 복잡한 이유로 한때 유행으로 끝나게 되었다.

히트펌프

상(phase)이란 흔히 고체, 액체, 기체 등 물질의 상태를 나타내는 말이다. 냉매의 상이 변할 때 생기는 흡열 반응을 통해 냉각시키는 것을 가르킨다. 쉽게 말하면 냉장고나 에어컨식 냉각기라고 할 수 있다. 기화 쿨러 또는 칠러라고도 하며, 주변에서 쉽게 찾아볼 수 있는 냉장고와 에어컨의 기본 원리가 이 상변화 과정에서 발생하는 기화열을 이용한 것이다. 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 토출 온도가 너무 낮으면 물컵에 이슬이 맺히는 것처럼 결로가 일어나기도 한다. 가격도 10만 원부터 시작하기 때문에 현재는 많이 쓰지 않는다. 영하로까지 자유자재로 냉각시킬 수 있고, 주위 환경 온도 이하를 향해서 냉각하는 것이 가능한 데다, 무엇보다 액체질소와는 다르게 지속 냉각이 가능하기 때문에 메리트가 있다. 만약 구하고 싶거나, 제품을 보고 싶다면 "Phase Change Cooling PC"라는 키워드로 찾아보면 된다.

참고자료

• 〈쿨러〉, 《나무위키》
• 〈쿨러〉, 《위키백과》
• 〈히트 파이프〉, 《나무위키》
• 〈공랭〉, 《나무위키》
• 〈수랭〉, 《나무위키》
• 〈커스텀 수랭〉, 《나무위키》
• 〈일체형 수랭〉, 《나무위키》
• 〈CPU 쿨러〉, 《나무위키》
• 〈펠티어 소자〉, 《나무위키》
• 〈히트펌프〉, 《나무위키》
• 〈오버클럭〉, 《나무위키》
• 스팀월드, 〈안쓰는 쿨러 재활용! 선풍기를 만들어보자!〉, 《티스토리》, 2016-06-18
• 김동욱 기자,〈무소음 PC쿨러로 여름열기 날린다〉, 《전자신문》, 2013-07-31

같이 보기

• 컴퓨터
• 본체
• 냉각
• CPU
• 오버클럭

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