메인보드

메인보드(mainboard)는 컴퓨터 내에서 기본 회로와 부품들을 담고 있는 가장 기본적이고 물리적인 하드웨어이다. 마더보드(mother board) 또는 주기판이라고도 한다.

개요

메인보드는 컴퓨터의 실행 환경을 설정하고 그 정보를 유지해 주며, 컴퓨터가 안정적으로 작동되게 해주고, 컴퓨터의 모든 장치들의 데이터 입출력 교환을 원활하게 해주는 부분이다. 메인보드는 컴퓨터의 모든 구성품을 장착하는 모체라 하여 마더보드라고 하기도 하고 컴퓨터의 기반을 이루는 주기판이라고도 한다. 중앙처리장치(CPU)나 그래픽카드, 하드디스크 등이 컴퓨터의 성능을 좌우하는 요소라고 한다면, 메인보드는 이들 구성품 간의 호환성이나 차후 기능 확장의 범위를 정하며, 최종적인 목적으로는 컴퓨터 전반의 안정적인 동작 여부를 좌우하는 요소라 할 수 있다. 따라서 낮은 품질의 메인보드를 사용하면 나머지 구성품의 사양이 높아도 그 컴퓨터는 제대로 성능을 발휘하지 못하거나, 사용 중에 각종 오류나 고장을 일으킬 가능성이 커진다. 자동차로 비유하자면, 고출력 엔진과 실력 좋은 운전자가 있다 하더라도 차체가 부실하다면 제 성능을 낼 수 없는 것과 마찬가지다.

역사

메인보드는 마이크로프로세서(microprocessor)가 개발되기 전에, 컴퓨터는 컴퓨터의 본체 기판에 카드를 수용할 수 있도록 만든 프레임 구조인 카드 케이지 형태의 케이스 속에 여러 개의 인쇄회로기판(PCB, printed circuit board)이 백을 레인(Backplane)이라는 서로 연결된 커넥터의 묶음을 통해 연결된 형태로 구성되어 있었다. 최초에는 케이블을 통해 각각 카드 커넥터의 핀끼리 연결하는 방식의 설계였으나, 인쇄회로기판을 통한 방식이 표준이 되어, 중앙처리장치, 메모리(RAM), 주변장치는 각각 인쇄회로기판 위에 장착되었으며, 이는 백플레이트(back plate)에 연결되었다. 1980년대 후반과 1990년대 동안에는 경제적 이유로, 주변 기능을 메인보드에 통합하려는 시도가 시작되었다. 1980년대 후반에는 컴퓨터의 마더보드가 슈퍼 입출력 칩이라 불리는, 키보드와 마우스, 플로피디스크 드라이브, 시리얼 포트, 병렬 포트 등의 저속의 주변기기 연결을 지원하게 하는 집적회로를 포함하기 시작했다. 1990년대 후반에 이르러서는, 수많은 컴퓨터의 마더보드가 플레인지 오디오, 비디오, 저장장치, 네트워크 기능을 어떠한 확장 카드도 없이 사용할 수 있는 기능을 갖추게 되었다. 그러나, 뛰어나지 않은 성능으로 3D 게임 구동과 컴퓨터 그래픽 작업용의 하이엔드 시스템은 일반적으로 여전히 외장그래픽카드를 갖춰야 했다. 그 당시의 대중적인 컴퓨터는 회로도와 역공학과 다른 대체품의 메인보드를 쓸 수 있게 도와주는 기술공개 문서를 배포했다. 이는 자사의 컴퓨터의 방식과 호환되는 새로운 컴퓨터를 제조하게 해, 자사의 방식을 표준으로 만들기 위한 의도였다. 이를 통해 다수의 메인보드는 앞선 제품보다 더 나은 성능이나 다른 기능을 제공하게 되었다. 계속해서 한창 개발이 되던 시점의 메인보드들의 규격은 이전 세대와 차세대 규격을 동시에 제공하기도 하며, 단가 절약을 위해 일부만 최신 규격으로 구성한 때도 있다. 여기서 CPU 또는 메모리 등은 동시 동작이 불가능하다. 새로운 규격이 나올 때마다 전원공급 장치도 같이 규격에 맞춰서 나오며, 호환되기도 한다. 내부 메모리 슬롯과 입출력(I/O)패널의 구성도 달라졌다. 세월이 지나며 점퍼나 스위치 조작으로 설정하던 것들을 바이오스가 하도록 대체되고, 외부 기기에 의존해야 했었던 기능들이 메인보드, 칩셋 차원에서 지원하게 되면서 상대적으로 투자 비용이 줄어들었다.

규격

컴퓨터의 메인보드는 크게 데스크톱용과 노트북용, 그리고 모니터와 본체가 합쳐진 올인원 PC용으로 구분되는데, 일단 먼저 노트북이나 올인원 PC용의 경우, 사용자에게 선택권이 없고, 이런 메인보드를 일반 사용자에게 판매하는 때도 거의 없다. 따라서 일반적으로 칭하는 메인보드라면 데스크톱용을 말하는 것 일 것이다. 2012년 현재 쓰이는 대부분의 데스크톱용 메인보드는 1995년에 정해진 ATX(Advanced Technology Extended) 규격에 따라 기판 크기 및 전반적인 레이아웃(슬롯이나 포트 등의 구성)이 정해진다. 따라서 제조사가 다르더라도 ATX 규격을 따른 메인보드라면 시중에 나와 있는 거의 모든 컴퓨터 케이스에 장착할 수 있다. 그렇지만, 컴퓨터의 보급률이 높아지고 종류가 다양해지면서 표준형보다 작은 크기의 케이스를 쓰는 컴퓨터도 다수 등장하게 되었고, 이로 인해 ATX 메인보드 역시 다양한 크기의 규격으로 세분되었다. 기판의 크기에 따라 가장 많이 쓰이는 것은 일반(표준) ATX(305x244mm) 규격과 슬림형 케이스를 위한 마이크로(Micro) ATX(244x244mm) 규격이다. 그 외에 플랙스(Flex) ATX(229x191mm)나 미니(Mini) ITX(170x170mm) 등도 있는데, 플랙스 ATX 규격은 크기의 모호함 때문에 그다지 쓰이지 않으며, 미니 ITX 규격은 2010년을 전후해 넷 탑(초소형 PC)이 본격적으로 보급되기 시작하면서 쓰임새가 늘어나고 있다. 그 외에 서버나 개인이나 적은 인원수의 사람들이 특수한 분야에 사용하기 위해 만들어진 고성능의 컴퓨터인 워크스테이션(workstation) 같은 기업용 컴퓨터를 위한 초대형 메인보드인 익스텐디드(Extended) ATX, EE(enhanced extended) ATX, WTX(workstation ATX) 등도 있지만 이는 일반인들이 거의 접하기 어렵다. 메인보드는 대형 규격일수록 더 많은 확장 슬롯이나 포트를 가지고 있어서 고성능 컴퓨터를 구성하는 데 유리하다. 그리고 대형 메인보드의 장착이 가능한 컴퓨터 케이스는 이보다 소형의 메인보드도 장착할 수 있으나 그 반대의 경우는 불가능하다. 이를테면 일반 ATX용 케이스는 마이크로 ATX나 미니 ITX용 메인보드도 장착이 가능하지만, 미니 ITX용 케이스에 일반 ATX나 마이크로 ATX 메인보드는 장착할 수 없다.

	스탠다드-ATX	마이크로-ATX	미니-ITX	NUC
외형
규격	305x244mm	244x244mm	170x170mm	101.6x101.6mm
사이즈	데스크탑 조립 PC 고급형 모델 기준 사이즈	데스크탑 조립 PC 기본 사이즈	데스크탑 조립 PC 최소 사이즈	노트북 부품 사이즈 최소화, 베어본 형태
특징	개인용/고성능 PC를 위한 오버클럭, 향상된 부가기능, 다양한 확장기능을 제공	불필요한 확장 슬롯, 커넥터 등을 제거 오버/부가 기능 축소	기본 기능만 지원 메인보드에 따라 노트북/데스크탑 부품 선택 가능	CPU 교체 불가 메모리, SSD, 와이파이 교체 가능

구성

메인보드의 구성에는 CPU 소켓, 메모리 슬롯, 칩셋, 그리고 각종 확장카드 슬롯 및 저장장치 포트 등이 있다.

CPU 소켓

CPU 소켓(CPU socket)은 컴퓨터의 두뇌인 CPU를 꽂는 부분이다. 컴퓨터 하드웨어에서 CPU 소켓(CPU socket)은 마이크로프로세서와 인쇄 회로 기판(PCB) 사이의 기계적, 전기적 연결을 제공하는 하나 이상의 기계적 부품을 포함한다. 이를 통해 납땜 없이 중앙 처리 장치(CPU)를 추가하고 교체할 수 있다. 보통의 소켓들은 장치가 장착될 때 일정한 힘을 견뎌야 한다. 수많은 핀을 가진 칩의 경우에는 ZIF 소켓(zero insertion force socket)이 선호된다. 보통 사용되는 소켓들로는 핀 그리드 배열(PGA) 또는 랜드 그리드 배열(LGA)이 있다. 핸들형 또는 서피스 플레이트(surface plate)형이 배치되면 압축력이 작용한다. 이렇게 하여 칩을 소켓에 장착할 때 핀이 휘는 위험을 없애준다. 일부 장치들은 볼 그리드 배열(BGA) 소켓을 사용하지만, 납땜이 필요하며 사용자가 교체할 수 없는 방식이다. 이곳에 CPU를 장착한 후 상단 부분에 방열판이나 냉각팬 같은 냉각장치를 덮기 때문에 완성된 컴퓨터에서 소켓과 CPU의 모습을 확인하려면 냉각장치를 제거해야 한다. 소켓 표면에는 여러 개의 핀, 또는 핀과 맞닿는 접점이 자리하고 있다. 인텔(Intel) 중앙처리장치 기반 컴퓨터의 경우 예전에는 CPU에 핀이, 그리고 소켓 부분에 접점이 붙어 있었다. 하지만 2004년부터 출시된 규격의 소켓부터는 핀이 소켓에, 접점이 CPU 쪽에 위치하는 구조로 바뀌었다. 하지만 AMD(Advanced Micro Devices)는 여전히 핀이 CPU에 붙어 있다. CPU 소켓은 플라스틱으로 구성되어 있으며 레버(lever)나 래치(latch)가 함께 동봉되는 때도 있고 CPU의 개별 핀이나 랜드 부분과 맞닿는 금속 접촉부가 있다. 수많은 패키지는 CPU의 적절한 삽입을 보증하도록 설계되어 있다. 핀 격자 배열패키지 CPU는 소켓 랜드에 삽입되며 장착 후 래치가 닫힌다. 랜드 그리드 배열패키지 CPU는 소켓에 삽입되며 래치 플레이트가 CPU 위로 젖혀진 뒤 레버가 하향되어 잠겨지면 CPU 접촉부를 소켓의 랜드 쪽에 밀접히 접촉되고 좋은 연결을 보장하고 기계적 안정성을 높인다.

칩셋

칩셋(chipset)은 메인보드 전반의 기능을 제어하는 핵심 칩이다. 컴퓨터 부품들은 서로 인식하지도, 알아서 조절되지도 않는다. 당연히 이 역할을 맡을 부품이 필요한데 그것이 바로 칩셋이다. 칩셋은 다양한 역할을 수행하는데, 그 때문에 발열도 심해서 방열판이나 냉각팬에 덮여 있는 경우가 많다. 기존의 메인 보드에는 CPU, 메모리 등을 제어하는 노스브리지(Northbridge)와 입출력장치 제어에 주로 쓰이는 사우스브리지(Southbridge)의 2가지 칩셋을 동시에 탑재한 경우가 일반적이었다. 하지만 최근에는 두 가지 기능을 하나의 칩셋으로 합치거나 노스브리지의 기능을 CPU로 옮겨 사우스브리지만 남겨두는 경우가 많아 이로 인해 1개의 칩셋만 달려 나오는 메인보드가 늘어나고 있다. 그리고 칩셋은 CPU 소켓과 마찬가지로 CPU 제조사마다 다른 것을 사용한다. 그리고 CPU 소켓 규격이 같더라도 칩셋이 달라지면 호환되는 CPU의 종류 및 메인보드의 전반적인 기능과 성능에 차이가 나기도 한다.

메모리 슬롯

메모리 슬롯은 컴퓨터의 주기억장치인 메모리 모듈을 꽂는 슬롯이다. DIMM(dual in-line memory module) 소켓이라 부르기도 한다. 일반적인 컴퓨터 메인보드는 4개의 메모리 슬롯을 가진 경우가 많으며, 보급형의 경우 2개나 1개만 가질 때가 있다. 일부 고성능 메인보드는 여섯 개에서 여덟 개의 메모리 슬롯을 가지기도 한다. 메모리 슬롯의 수가 많을수록 당연히 더 많은 메모리 모듈을 장착할 수 있다. 다만, 메인보드가 최대로 인식할 수 있는 메모리의 합계 용량은 메인보드 칩셋이나 CPU의 종류에 따라 차이가 날 수 있다. 메인보드에는 이 같은 규격의 메모리 모듈을 두 개, 혹은 세 개에서 네 개씩 꽂으면 대역폭이 배로 향상되는 기술도 지원한다. 이를 형태에 따라 이중 채널(Dual-channel), 삼중 채널(Triple-Channel) 4중 채널(Quad-Channel) 등으로 나눈다.

확장카드 슬롯

확장카드 슬롯이란 모니터로 화면을 출력하는 그래픽카드, 음향을 스피커로 전달하는 사운드카드, 네트워크망에 연결해 데이터를 주고받는 랜(LAN) 카드, 저장장치 및 특정 확장 단자를 생성하는 컨트롤러 카드 등이 컴퓨터에서 쓰이는 대표적인 확장카드이다. 메인보드 상에는 이런 확장카드를 설치하는 확장카드 슬롯이 여러 개 있다. 확장카드 슬롯은 쓰임새 및 데이터 전달 속도에 따라 몇 가지로 나뉜다. 슬롯과 확장카드의 규격이 서로 다르면 장착이 되지 않음으로 확장카드를 구매하기 전에 현재 가진 메인보드에 있는 슬롯이 무엇인지 반드시 확인해야 한다. 2000년대 초반까지는 사운드카드나 랜카드 등의 다양한 확장카드를 꽂는 범용 슬롯인 PCI(Peripheral Component Interconnect)와 그래픽카드 전용 슬롯인 AGP(Accelerated Graphics Port)를 갖춘 경우가 많았다. 하지만 2004년에 범용 슬롯이나 그래픽카드 전용 슬롯보다 고속으로 데이터 전송이 가능한 범용 슬롯인 PCI-익스프레스(Express)가 개발되면서 그래픽카드 전용 슬롯은 사라졌고, 범용 슬롯 역시 수가 줄어들거나 삭제되는 경우가 많아지고 있다. PCI 익스프레스 슬롯은 슬롯의 너비 및 데이터 전송 속도에 따라 몇 가지 규격이 있는데, 그 중 가장 많이 쓰이는 것은 그래픽카드를 꽂을 때 주로 쓰는 PCI 익스프레스 x16 슬롯이다. 최근 출시되는 메인보드는 그래픽카드나 사운드카드, 랜카드 등의 기능을 자체적으로 내장하고 있어 확장카드의 쓰임새가 줄어든 것이 사실이지만, 내장형 장치들은 별도로 장착하는 확장카드에 비하면 성능이 떨어지는 경우가 많아 높은 수준의 성능을 원하는 사용자들은 내장형 장치가 있어도 별도의 확장카드를 장착하곤 한다.

저장장치 포트

저장장치 포트는 하드디스크나 광디스크(ODD; Optical Disc Drive) 등의 저장장치로 데이터를 전송하는 케이블을 꽂는 포트이다. 포트의 수가 많을수록 더욱 많은 저장장치를 연결할 수 있으며, 대개 고급형 메인보드일수록 많은 포트를 가지고 있다. 1990년대까지는 폭이 넓은 케이블을 사용하는 병렬 ATA(PATA, IDE) 방식의 포트를 주로 사용했으나, 2000년대에 들어와 케이블의 폭이 가늘고 데이터 전송 속도가 향상된 직렬 ATA(SATA) 방식의 포트로 바뀌는 추세다. 이제는 특수한 메인보드가 아니라면 일반 메인보드에서 PATA, IDE 포트를 찾아보기 어렵다.

후면포트

후면포트는 케이스 장착 시에 본체 후면을 향하게 되는 것으로, 이것 역시 일정한 기준이 있다. 메인보드의 브랜드나 등급에 따라 약간씩 구성이 달라지긴 하지만 대동소이한 수준이다. 최근의 메인보드 후면포트는 범용성이 높은 USB 포트가 늘어나는 추세인 반면, PS/2나 직렬 포트, 병렬 포트와 같은 구형 주변기기용 포트는 수가 줄어들거나 사라지고 있다. 또한, 별도의 사운드카드 없이도 입체 음향을 직접 출력할 수 있는 5.1 채널이나 7.1 채널 아날로그 음성 출력 포트가 거의 기본으로 탑재되고 있으며, 고급형 제품에는 별도의 앰프와 연결해 본격적인 홈시어터(Home theater)를 꾸밀 수 있는 S/PDIF 방식의 디지털 음성 출력 포트도 탑재되는 추세에 있다.

종류

범용 컴퓨터용

데스크톱 컴퓨터용 주요 부품의 대부분을 사용할 수 있도록 제작된 일반적인 형태의 기판으로 보통 메인보드라 하는 것은 이러한 제품을 뜻한다.

특수 목적용

특별한 용도를 위해 제작이 되는 기판으로 범용 목적의 기판과 달리 독자적인 구조로 되어 있다. 노트북 컴퓨터, 게임기, 휴대전화 등이 이러한 메인보드를 사용한다.

비교

고급형 메인보드 vs 보급형 메인보드

소켓과 칩셋의 규격이 같은 메인보드라면 기본적인 사용 시의 성능 차이는 크지 않다. 하지만 그런데도 저렴한 보급형 모델과 값이 비싼 고급형 모델이 함께 시장에 공존하고 있다. 고급형 메인보드는 더 많은 확장카드나 하드디스크를 장착할 수 있으며 와이파이나 블루투스와 같은 부가 기능이 더해지기도 한다. 그리고 메인보드의 품질은 컴퓨터 전반의 안정적인 동작 여부 및 수명에도 큰 영향을 미친다. 메인보드의 안정성을 좌우하는 대표적인 요소가 기판 곳곳에 배치된 캐패시터(Capacitor)그리고 CPU 소켓 주변의 전원부 구성이다. 캐패시터는 회로 사이의 전기장을 모으는 장치로, 콘덴서(Condenser)라 부르기도 한다. 캐패시터는 수명이 정해져 있어서 사용 기간이 길어지면 종종 고장 나기도 한다. 고급형 메인보드에서 주로 사용하는 솔리드(solid) 캐패시터는 보급형 메인보드에서 주로 사용하는 전해질 캐패시터에 비해 내구성이 높다는 것이 일반적인 평가다. 물론 전해질 캐패시터가 무조건 솔리드 캐패시터보다 품질이 떨어진다는 것은 아니나, 고급형 메인보드일수록 솔리드 캐패시터 사용 비중이 높고 품질 또한 뛰어난 것을 사용한다. 그리고 CPU 소켓 주변에는 캐패시터 외에 모스펫(MOSFET), 초크(Choke) 등 전원 공급 관련 부품이 붙어 있다. 이들 전원 관련 부품들은 초크 1개를 중심으로 일정량이 모여 하나의 단위를 이루는데, 이를 페이즈(phase)라 부른다. 보급형 메인보드는 3 페이즈나 4 페이즈, 고가 제품으로 갈수록 6~8페이즈 이상의 전원부를 탑재하고 있는 경우가 많다. 이 수가 많을수록 CPU에 전원을 보다 안정적으로 공급할 수 있으며, 의도적으로 CPU의 동작 속도를 기준치 이상으로 높이는 동작도 한층 원활히 할 수 있다. 하지만 4세대 코어 프로세서부터는 CPU에 전압이나 전력량을 통제하는 부품이 내장되면서 고가임에도 전원부의 수를 줄인 메인보드도 간혹 있다. 이때는 부품 자체의 고급화를 통해 차별화를 불러오기도 한다.

참고자료

• 〈메인보드〉, 《네이버 지식백과》
• 〈메인보드〉, 《나무위키》
• 〈메인보드〉, 《위키백과》
• 〈CPU 소켓〉, 《위키백과》

같이 보기

• 중앙처리장치
• 메모리
• 확장슬롯

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