액체냉매로 열방출 `수랭식` 채택늘어
인텔의 최신 프레스콧 펜티엄4 CPU가 강력한 성능에도 불구하고 발열량 증가로 정품 쿨러의 고속회전시 소음이 심하다는 지적을 받으면서 시장 주류 등극이 지연되는 어려움을 겪고 있다.
하지만 사실 PC의 비약적인 성능향상과 더불어 증가일로에 있는 발열량 문제를 해소하는 것은 비단 CPU뿐만 아니라 그래픽카드ㆍ메모리ㆍ주기판칩셋ㆍ하드디스크드라이브(HDD) 등 거의 모든 주요 PC부품 영역에 공통된 주요 과제로 부각되고 있다. 이에 따라 쿨링시스템 전문업체들은 물론 주요 PC 완제품ㆍ부품업체들 다수가 발열량 해소를 위한 다양한 쿨링시스템의 개발 및 적용에 힘을 기울이고 있다.
◇열, PC 내부 반도체의 `주 적'〓CPUㆍ그래픽칩셋ㆍ주기판칩셋ㆍ메모리 등 PC의 성능을 좌우하는 주요 부품들은 대부분 반도체 칩이다. PC 성능의 엄청난 향상속도 또한 `무어의 법칙'(반도체 트랜지스터의 집적도는 18개월마다 2배로 증가한다)으로 대변되는 반도체 성능의 초고속성장이 현재까지 지속되고 있는 데 힘입은 것이다. 반면 이같은 반도체의 고속화ㆍ고집적화에는 필연적으로 전력소모량 및 발열량의 증가도 뒤따르는데, 이는 곧바로 반도체의 성능발휘를 방해하는 요소로 작용하게 된다.
금속의 온도가 극저온으로 떨어지면 전기저항이 사라지는 초전도현상이 나타나는 것처럼, 온도는 물질의 전기저항 특성에 상당한 영향을 끼친다. 동을 비롯한 일반 금속은 온도가 올라가면 전기저항이 커지는 반면, CPUㆍ메모리의 주소재인 실리콘 반도체는 반대로 온도가 올라가면 전기저항이 적어져 전류의 양이 늘게 된다. 즉 반도체가 열을 많이 받을 경우 전류를 흘리지 말아야 할 곳에까지 흘려 오동작을 유발할 수 있으며, 심한 경우에는 과전류로 더욱 높은 열을 내 회로의 손상을 가져오게 된다.
이 같은 발열은 과거 486 CPU에서부터 문제로 인식되기 시작, 인텔은 75㎒ 펜티엄 CPU부터는 방열판(히트싱크)과 쿨링팬으로 구성된 정품 쿨러를 함께 공급해오고 있으며, AMD 등도 대부분의 CPU에 쿨러를 함께 제공해오고 있다. 또한 엔비디아ㆍATI 등의 그래픽칩셋 고성능화에 따라 이들 칩셋 기반 그래픽카드도 상당기간 전부터 쿨링팬이 장착돼 출시되고 있다. 하지만 업계는 1990년대 중반 486ㆍ펜티엄 전환기에 10W 선을 넘은 CPU 전력소모가 올해 100W를 넘어서면서 점점 가파르게 증가, 내년에는 180W에 육박할 것으로 내다보고 있어, 보다 강력한 쿨링시스템이 필수적으로 요구될 전망이다.
◇PC 속 열, 어떻게 잡나〓PC에서 가장 많은 열을 발생하는 CPU와 그래픽칩셋은 동시에 가장 열에 취약한 반도체 부품들로, 여기서 나는 열을 신속하게 외부로 배출해주는 것이 중요하다. 발열부품의 가능한 한 넓은 면적에 동(구리)ㆍ알루미늄 등 열 전도성이 높은 재질의 히트싱크를 밀착시켜 부품의 열이 빠져나갈 수 있는 넓은 통로를 마련하는 것이 기본이며, 이렇게 일단 빼낸 열을 공기 중으로 내보내는 데는 다양한 방식이 사용되고 있다.
가장 보편적인 공랭식 쿨링시스템에는 단순히 외기에 닿는 표면적을 넓힌 히트싱크를 부착하는 방식과, 히트싱크에 쿨링팬을 결합해 빠른 바람을 쏘여 열기가 더 빨리 공기중으로 빠져나가도록 하는 방식이다. 전자는 비교적 발열이 적은 메모리ㆍ주기판칩셋과 열에 잘 견디는 HDD 등에서 사용중이며, 쿨링팬을 더한 방식은 인텔ㆍAMD의 CPU와 엔비디아ㆍATI의 그래픽칩셋, 전원공급장치의 대부분에 기본 채택되고 있다. 히트싱크가 좋은 성능을 내기 위해서는 부품 접촉면이 매끈해 실제로 부품에 닿아 열을 받아들이는 면적이 넓어야 하고, 열을 받아들이는 곳에서 외기로 내보내는 곳까지의 거리는 짧아야 하고, 소재의 열 전도성은 높을수록 좋다. 알루미늄의 열 전도성은 철보다 3배 이상 좋으며, 동은 열 전도성이 알루미늄보다도 2배 가까이 높으나 비교적 값이 비싸고 무게도 무거운 것이 단점이다.
최근 채택이 늘고 있는 수랭식 쿨링시스템은, 금속 재질 히트싱크로 일차 전달된 열을 물 등 열용량이 높은 액체냉매를 이용해 보다 효과적으로 방출하도록 설계됐으며, 이 경우에도 열 배출부는 히트싱크와 쿨링팬으로 구성되는 것이 보통이다. 수랭식 시스템에는 냉매를 액체상태로 계속 순환시키는 방식과, 액체냉매가 열을 흡수해 기화해 이동한 후 열 배출부에서 다시 액체상태로 돌아와 순환하는 히트파이프 방식이 있다. 수랭식의 장점은 부품의 발열량이 높더라도 액체냉매가 많은 열을 흡수하면서 부품의 온도상승을 효과적으로 막아줄 수 있다는 점이지만, 비교적 가격이 높은 데다 만에 하나 액체냉매가 새어나올 경우 주요 PC부품에 큰 손상을 입힐 수 있다는 게 단점으로 꼽힌다. 하지만 최근 PC 내 발열량의 급격한 증가에 따라 다수 쿨러 전문업체들이 수랭식 쿨러의 안정성을 제고하는 데 집중하고 있어, 자동차 엔진이 공랭식에서 수랭식으로 완전히 넘어갔듯이 장차 PC 쿨링솔루션도 수랭식이 주류로 부상할 것으로 업계는 내다보고 있다.
◇국내업체들, 세계시장 겨냥 빠른 행보〓세계 정상급 경쟁력의 PC산업국인 우리나라에서는 PC 쿨링시스템 영역에서도 대기업 LG전선과 잘만테크를 비롯한 다수 중소기업들이 저마다 특유의 기술력ㆍ제품력을 자랑하며 세계시장을 정조준하고 있다.
LG전선(www.lgcable.co.kr 대표 구자열) 부품사업부는 지난 5월 세계 최초의 초박판형 수랭식 쿨러 `스마트 히트 스프레더'(SHSㆍ사진)를 발표한 이후, SHS 기반 CPU쿨러를 LG IBM 프레스콧 PC 전량에 탑재하는 성과를 올렸다. LG전선은 SHS를 기반으로 전세계 전자장비 쿨링시스템 시장 주도업체로 입지를 굳혀 관련매출을 오는 2008년 1000억원ㆍ2012년 5000억원까지 대폭 확대해간다는 전략이다.
LG전선의 SHS는 격자무늬로 홈을 판 얇은 동판 두 장을 접합해 홈으로 이뤄진 모세관에 냉각수를 주입하고 밀폐 용접한 구조로, 히트파이프와 마찬가지로 모세관 내 냉각수가 열을 흡수해 기화한 후 쿨링팬과 가까운 발열부에서 열을 발산하고 다시 액체상태로 돌아와 순환하는 방식이다. 냉각수 순환을 위한 모터가 필요 없으며 최대 40W/㎠의 강력한 냉각능력을 구현한다는 설명이다.
현재 상용화된 제품은 두께 2.2㎜ 박판 기반의 110W급 데스크톱PC CPU 쿨러로, SHS의 강력한 열 전달능력으로 쿨링팬 회전속도를 인텔 정품 쿨러의 절반 수준인 1500∼2400rpm으로 낮춰, 쿨링팬 작동소음을 획기적으로 줄인 것이 특징이다. 이 회사는 유연성 있는 0.5㎜ 박판 기반의 노트북PC용 쿨러도 내년 중 개발 완료해 상용화할 계획이다.
저소음ㆍ무소음 PC 쿨링시스템 전문기업 잘만테크(www.zalman.co.kr 대표 이영필)는 수년 전 세계 최초로 개발한 동ㆍ알루미늄 박판 기반 고효율 `플라워 히트싱크'를 채택한 저소음 CPU 쿨러를 비롯해 히트파이프 기반 그래픽카드ㆍHDD 쿨러 등 기존 제품군으로 국내는 물론 해외시장에서 엄청난 매출성장세를 타고 있다. 지난 1999년 설립된 이 회사는 연매출을 2000년 4억원에서 2001년 26억원, 2002년 70억원, 지난해 160억원까지 급격히 끌어올렸으며, 지난 상반기에도 150억원의 매출을 실현해 올해도 100% 이상 성장을 달성할 기세다.
잘만테크는 공랭식쿨러ㆍ히트싱크ㆍ수랭식쿨러ㆍ무소음케이스까지 전 제품영역에서 세계 정상급의 제품력을 인정받고 있다. 특히 2002년 컴덱스쇼에서 저소음 CPU쿨러로, 2003년에는 무소음 PC케이스 `TNN 500A'로 `베스트 오브 컴덱스 상' 최종 후보에 2년 연속 오르는 등 해외시장에서 기술력을 인정받으며 매출의 대부분을 해외시장에서 올리고 있다.
디지털샘(www.digitalsam.co.kr 대표 이삼주) 또한 기존 수랭식 쿨러의 성능과 안정성을 보완한 신제품 `X쿨러'를 유수 PC업체들을 통해 상용화, 올해 16억원ㆍ내년 40여억원의 매출을 올린다는 계획이다. 디지털샘의 X쿨러는 신제품은 금속과의 화학반응을 막고 열전도율을 높인 특수 냉각수와 높은 열 전도율로 부품의 열을 빠르게 흡수하는 `핫블럭', 최대 1㎏/㎠ 의 내부압력을 견디는 누수방지설계로 PC내 주요 발열부를 모두 280W의 냉각능력과 5년 수명의 안정성을 달성했다는 설명이다.
이밖에 3R시스템(www.3rsystem.co.kr 대표 류정무)도 자체 기술로 개발한 수랭식 쿨러 `포세이돈 시리즈'로 국내외 시장에서 입지를 확대하는 등, 다수 중소기업들이 이 영역에서 선전하고 있다.
인텔의 최신 프레스콧 펜티엄4 CPU가 강력한 성능에도 불구하고 발열량 증가로 정품 쿨러의 고속회전시 소음이 심하다는 지적을 받으면서 시장 주류 등극이 지연되는 어려움을 겪고 있다.
하지만 사실 PC의 비약적인 성능향상과 더불어 증가일로에 있는 발열량 문제를 해소하는 것은 비단 CPU뿐만 아니라 그래픽카드ㆍ메모리ㆍ주기판칩셋ㆍ하드디스크드라이브(HDD) 등 거의 모든 주요 PC부품 영역에 공통된 주요 과제로 부각되고 있다. 이에 따라 쿨링시스템 전문업체들은 물론 주요 PC 완제품ㆍ부품업체들 다수가 발열량 해소를 위한 다양한 쿨링시스템의 개발 및 적용에 힘을 기울이고 있다.
◇열, PC 내부 반도체의 `주 적'〓CPUㆍ그래픽칩셋ㆍ주기판칩셋ㆍ메모리 등 PC의 성능을 좌우하는 주요 부품들은 대부분 반도체 칩이다. PC 성능의 엄청난 향상속도 또한 `무어의 법칙'(반도체 트랜지스터의 집적도는 18개월마다 2배로 증가한다)으로 대변되는 반도체 성능의 초고속성장이 현재까지 지속되고 있는 데 힘입은 것이다. 반면 이같은 반도체의 고속화ㆍ고집적화에는 필연적으로 전력소모량 및 발열량의 증가도 뒤따르는데, 이는 곧바로 반도체의 성능발휘를 방해하는 요소로 작용하게 된다.
금속의 온도가 극저온으로 떨어지면 전기저항이 사라지는 초전도현상이 나타나는 것처럼, 온도는 물질의 전기저항 특성에 상당한 영향을 끼친다. 동을 비롯한 일반 금속은 온도가 올라가면 전기저항이 커지는 반면, CPUㆍ메모리의 주소재인 실리콘 반도체는 반대로 온도가 올라가면 전기저항이 적어져 전류의 양이 늘게 된다. 즉 반도체가 열을 많이 받을 경우 전류를 흘리지 말아야 할 곳에까지 흘려 오동작을 유발할 수 있으며, 심한 경우에는 과전류로 더욱 높은 열을 내 회로의 손상을 가져오게 된다.
이 같은 발열은 과거 486 CPU에서부터 문제로 인식되기 시작, 인텔은 75㎒ 펜티엄 CPU부터는 방열판(히트싱크)과 쿨링팬으로 구성된 정품 쿨러를 함께 공급해오고 있으며, AMD 등도 대부분의 CPU에 쿨러를 함께 제공해오고 있다. 또한 엔비디아ㆍATI 등의 그래픽칩셋 고성능화에 따라 이들 칩셋 기반 그래픽카드도 상당기간 전부터 쿨링팬이 장착돼 출시되고 있다. 하지만 업계는 1990년대 중반 486ㆍ펜티엄 전환기에 10W 선을 넘은 CPU 전력소모가 올해 100W를 넘어서면서 점점 가파르게 증가, 내년에는 180W에 육박할 것으로 내다보고 있어, 보다 강력한 쿨링시스템이 필수적으로 요구될 전망이다.
◇PC 속 열, 어떻게 잡나〓PC에서 가장 많은 열을 발생하는 CPU와 그래픽칩셋은 동시에 가장 열에 취약한 반도체 부품들로, 여기서 나는 열을 신속하게 외부로 배출해주는 것이 중요하다. 발열부품의 가능한 한 넓은 면적에 동(구리)ㆍ알루미늄 등 열 전도성이 높은 재질의 히트싱크를 밀착시켜 부품의 열이 빠져나갈 수 있는 넓은 통로를 마련하는 것이 기본이며, 이렇게 일단 빼낸 열을 공기 중으로 내보내는 데는 다양한 방식이 사용되고 있다.
가장 보편적인 공랭식 쿨링시스템에는 단순히 외기에 닿는 표면적을 넓힌 히트싱크를 부착하는 방식과, 히트싱크에 쿨링팬을 결합해 빠른 바람을 쏘여 열기가 더 빨리 공기중으로 빠져나가도록 하는 방식이다. 전자는 비교적 발열이 적은 메모리ㆍ주기판칩셋과 열에 잘 견디는 HDD 등에서 사용중이며, 쿨링팬을 더한 방식은 인텔ㆍAMD의 CPU와 엔비디아ㆍATI의 그래픽칩셋, 전원공급장치의 대부분에 기본 채택되고 있다. 히트싱크가 좋은 성능을 내기 위해서는 부품 접촉면이 매끈해 실제로 부품에 닿아 열을 받아들이는 면적이 넓어야 하고, 열을 받아들이는 곳에서 외기로 내보내는 곳까지의 거리는 짧아야 하고, 소재의 열 전도성은 높을수록 좋다. 알루미늄의 열 전도성은 철보다 3배 이상 좋으며, 동은 열 전도성이 알루미늄보다도 2배 가까이 높으나 비교적 값이 비싸고 무게도 무거운 것이 단점이다.
최근 채택이 늘고 있는 수랭식 쿨링시스템은, 금속 재질 히트싱크로 일차 전달된 열을 물 등 열용량이 높은 액체냉매를 이용해 보다 효과적으로 방출하도록 설계됐으며, 이 경우에도 열 배출부는 히트싱크와 쿨링팬으로 구성되는 것이 보통이다. 수랭식 시스템에는 냉매를 액체상태로 계속 순환시키는 방식과, 액체냉매가 열을 흡수해 기화해 이동한 후 열 배출부에서 다시 액체상태로 돌아와 순환하는 히트파이프 방식이 있다. 수랭식의 장점은 부품의 발열량이 높더라도 액체냉매가 많은 열을 흡수하면서 부품의 온도상승을 효과적으로 막아줄 수 있다는 점이지만, 비교적 가격이 높은 데다 만에 하나 액체냉매가 새어나올 경우 주요 PC부품에 큰 손상을 입힐 수 있다는 게 단점으로 꼽힌다. 하지만 최근 PC 내 발열량의 급격한 증가에 따라 다수 쿨러 전문업체들이 수랭식 쿨러의 안정성을 제고하는 데 집중하고 있어, 자동차 엔진이 공랭식에서 수랭식으로 완전히 넘어갔듯이 장차 PC 쿨링솔루션도 수랭식이 주류로 부상할 것으로 업계는 내다보고 있다.
◇국내업체들, 세계시장 겨냥 빠른 행보〓세계 정상급 경쟁력의 PC산업국인 우리나라에서는 PC 쿨링시스템 영역에서도 대기업 LG전선과 잘만테크를 비롯한 다수 중소기업들이 저마다 특유의 기술력ㆍ제품력을 자랑하며 세계시장을 정조준하고 있다.
LG전선(www.lgcable.co.kr 대표 구자열) 부품사업부는 지난 5월 세계 최초의 초박판형 수랭식 쿨러 `스마트 히트 스프레더'(SHSㆍ사진)를 발표한 이후, SHS 기반 CPU쿨러를 LG IBM 프레스콧 PC 전량에 탑재하는 성과를 올렸다. LG전선은 SHS를 기반으로 전세계 전자장비 쿨링시스템 시장 주도업체로 입지를 굳혀 관련매출을 오는 2008년 1000억원ㆍ2012년 5000억원까지 대폭 확대해간다는 전략이다.
LG전선의 SHS는 격자무늬로 홈을 판 얇은 동판 두 장을 접합해 홈으로 이뤄진 모세관에 냉각수를 주입하고 밀폐 용접한 구조로, 히트파이프와 마찬가지로 모세관 내 냉각수가 열을 흡수해 기화한 후 쿨링팬과 가까운 발열부에서 열을 발산하고 다시 액체상태로 돌아와 순환하는 방식이다. 냉각수 순환을 위한 모터가 필요 없으며 최대 40W/㎠의 강력한 냉각능력을 구현한다는 설명이다.
현재 상용화된 제품은 두께 2.2㎜ 박판 기반의 110W급 데스크톱PC CPU 쿨러로, SHS의 강력한 열 전달능력으로 쿨링팬 회전속도를 인텔 정품 쿨러의 절반 수준인 1500∼2400rpm으로 낮춰, 쿨링팬 작동소음을 획기적으로 줄인 것이 특징이다. 이 회사는 유연성 있는 0.5㎜ 박판 기반의 노트북PC용 쿨러도 내년 중 개발 완료해 상용화할 계획이다.
저소음ㆍ무소음 PC 쿨링시스템 전문기업 잘만테크(www.zalman.co.kr 대표 이영필)는 수년 전 세계 최초로 개발한 동ㆍ알루미늄 박판 기반 고효율 `플라워 히트싱크'를 채택한 저소음 CPU 쿨러를 비롯해 히트파이프 기반 그래픽카드ㆍHDD 쿨러 등 기존 제품군으로 국내는 물론 해외시장에서 엄청난 매출성장세를 타고 있다. 지난 1999년 설립된 이 회사는 연매출을 2000년 4억원에서 2001년 26억원, 2002년 70억원, 지난해 160억원까지 급격히 끌어올렸으며, 지난 상반기에도 150억원의 매출을 실현해 올해도 100% 이상 성장을 달성할 기세다.
잘만테크는 공랭식쿨러ㆍ히트싱크ㆍ수랭식쿨러ㆍ무소음케이스까지 전 제품영역에서 세계 정상급의 제품력을 인정받고 있다. 특히 2002년 컴덱스쇼에서 저소음 CPU쿨러로, 2003년에는 무소음 PC케이스 `TNN 500A'로 `베스트 오브 컴덱스 상' 최종 후보에 2년 연속 오르는 등 해외시장에서 기술력을 인정받으며 매출의 대부분을 해외시장에서 올리고 있다.
디지털샘(www.digitalsam.co.kr 대표 이삼주) 또한 기존 수랭식 쿨러의 성능과 안정성을 보완한 신제품 `X쿨러'를 유수 PC업체들을 통해 상용화, 올해 16억원ㆍ내년 40여억원의 매출을 올린다는 계획이다. 디지털샘의 X쿨러는 신제품은 금속과의 화학반응을 막고 열전도율을 높인 특수 냉각수와 높은 열 전도율로 부품의 열을 빠르게 흡수하는 `핫블럭', 최대 1㎏/㎠ 의 내부압력을 견디는 누수방지설계로 PC내 주요 발열부를 모두 280W의 냉각능력과 5년 수명의 안정성을 달성했다는 설명이다.
이밖에 3R시스템(www.3rsystem.co.kr 대표 류정무)도 자체 기술로 개발한 수랭식 쿨러 `포세이돈 시리즈'로 국내외 시장에서 입지를 확대하는 등, 다수 중소기업들이 이 영역에서 선전하고 있다.
