모니터 해상도에 따른 전력 소모 차이를 알아보자!

해상도 그리고 수직 동기화에 따른 전력 소모 차이를 알아보자!

퀘이사존 QM달려
66 5446 2021.03.29 18:21



   


모니터 해상도에 따른 그래픽카드 전력 소모를 알아보자!

FHD, QHD, UHD 해상도에 따라 그래픽카드 전력 차이는 얼마만큼 있을까?




    스팀Steam 홈페이지에는 전 세계 게이머들의 하드웨어, 소프트웨어 통계 정보를 확인할 수 있습니다. OS 버전, CPU 코어 수, 그래픽카드, VRAM 등 상세 정보를 조회할 수 있습니다. 여기서 게이머들이 주로 사용하는 모니터 해상도 정보도 만나볼 수 있는데요. 2020년 결과와 비슷하게 FHD 해상도가 67.29%로 독보적인 1위를 차지하고 있습니다. QHD 해상도는 7.81%, UHD 해상도는 2.39%로 지난달보다 각각 0.05%씩 상승했지만, 아직은 FHD 해상도 점유율이 독보적으로 높다는 것을 알 수 있습니다.


    아직까지도 FHD 모니터 사용자가 많지만, QHD 그리고 UHD 사용자들이 조금씩 증가하고 있는 양상이죠. 최근엔 144 Hz 이상, QHD 모니터들이 다양해지며 찾는 소비자들이 많아졌습니다. 이는 판매 순위를 통해 쉽게 확인이 가능한데요. 이전보다 모니터 가격들이 저렴해지면서 더 많은 사용자들이 찾고 있다고 할 수 있습니다. QHD, UHD 해상도에 대한 관심이 증가하면서, 이를 뒷받침할 수 있는 하이엔드, 플래그십 그래픽 카드에 대한 관심도 높아지고 있습니다.


    사용자들은 취향에 따라 모니터 크기와 해상도 그리고 주사율을 선택하고 있습니다. 그렇다면 여기서 모니터 해상도에 따라 그래픽카드 전력 소모량 차이가 얼마만큼 있을까? 하는 궁금증이 생기는데요. 대부분 그래픽 카드 부하 테스트는 최대 해상도에 최대 옵션으로 진행한 결과만을 명시해왔기에 해상도에 따른 차이를 확인하기에는 어려움이 많았습니다. 이에 퀘이사존에서는 모니터 대표 해상도 3개를 기준으로 그래픽 카드 및 시스템 전체 소비 전력 차이를 확인해 봤습니다. 과연 어떤 차이가 있을지 확인해보시죠!






    테스트에 사용된 파워서플라이 DELTA GPS-850HB 80PLUS PLATINUM 파워입니다. 80PLUS 인증 중 두 번째로 높은 PLATINUM 인증을 받은 파워로 최대 효율은 92%를 보장합니다. 12V 라인은 멀티채널, 즉 듀얼 레일 방식으로 각 라인별로 최대 50A 출력 및 최대 850W(100% 가용력)을 제공합니다. PCI-E 6+2 PIN 케이블은 3개 라인, 6개 커넥터로 구성되었습니다. RTX 3080 비레퍼런스 중 6+2 PIN 포트 3개로 구성된 제품 연결에도 문제없습니다.






    이번 테스트 플랫폼은 기존 인텔에서 벗어나 AMD 라이젠 7 5800X와 ASUS ROG STRIX B550-A GAMING 기반으로 시스템을 구성했습니다. 윈도우 10 Pro 20H2/OS 빌드 : 19042.804에 최신 드라이버를 설치했습니다. 부하 테스트를 위해  게임 이외에 다른 소프트웨어는 설치하지 않았습니다. 






▲ 벤치마크 테스트에 적용된 게임 옵션

    배틀필드 V 게임으로 FHD, QHD, UHD 해상도에서 30분간 측정했으며, 옵션은 첨부된 이미지와 같습니다. (시스템 사양, OS 세팅, 드라이버 등 다양한 변수가 있을 수 있기에 참고를 해주시기 바랍니다.)





▲ Tektronix TCP-303 & TCPA-300, Tektronix TDS2024C Oscilloscope


    퀘이사 칼럼을 통해 소개된 그래픽카드 전력 관련 내용은 NVIDIA에서 제공한 PCAT 장비와 GPU-Z 소프트웨어가 제공하는 Board Power Draw 값을 함께 표기했습니다. 그중 PCAT 장비는 0.1초 단위로 데이터가 저장되며, V볼트, A암페어, W와트 값을 손쉽게 확인할 수 있다는 장점이 있었는데요. 그래픽카드 제조사에서 명시한 TGP, TDP 값을 확인하기에는 알맞은 장비였습니다. 하지만, 0.1초보다 더 짧은 시간에서 데이터를 측정하기는 퀘이사존이 보유한 장비로는 어려움이 있었습니다.


그래픽카드 성능 및 TGP/TDP 향상 부분을 면밀히 살펴보기 위해 테스트 장비를 추가했습니다. 추가된 장비는 전류 파형 확인을 위한 Tektronix TDS2024C Oscilloscope와 AC/DC 전류 프로브 측정을 위한 Tektronix TCP-303 & TCPA-300입니다.




RMS : 캡쳐된 전류 파형의 실효값

MAX : 캡쳐된 전류 파형의 최댓값

PEAK : 누적된 전류 값 중 최댓값




그래픽카드 소비 전력 측정에 쓰인 장비 NVIDIA PCAT (장비 소개 기사 링크)









    성능 제한 옵션을 모두 해제하고, FHD, QHD, UHD 총 3개 해상도 기준에서 그래픽카드에 공급된 전류량을 확인해 봤습니다. 결과는 위에 첨부된 차트와 같이 해상도별 차이는 미비했습니다. 파워서플라이 TGP 값과 연관된 RMS 값은 21.6 A, 24.2 A, 25.4 A로 3.8 A의 차이가 나타났지만, PEAK 결괏값은 42.0 A, 41.6 A, 42.8 A로 최대-최소 차이는 1.2 A였습니다. 이를 12 V로 계산해보면 약 14.4 W인데요. 이는 오차 범위 내 수치로 차이가 크지 않음을 알 수 있었습니다.


    결과적으로 프레임 제한을 풀어놓으면, 그래픽카드에서 발휘할 수 있는 최대 성능으로 구동되기에 해상도에 따른 소비전력 차이는 적다는 것을 알 수 있었습니다. 








    이번엔 배틀필드 V 그래픽 옵션 중 수직 동기화 기능을 켜고 테스트를 진행했습니다. 테스트에 사용된 모니터는 UHD 해상도에 60 Hz를 지원하는 모델입니다. 이에 최대 프레임이 60으로 제한된다는 점을 참고해 주시기 바랍니다.


    앞선 성능 제한 옵션을 모두 해제한 상태와 180도 다른 결괏값이 확인되었습니다. 수직 동기화를 통해 모니터 최대 주사율인 60 Hz에 맞게 출력하다 보니, 그래픽카드 성능을 최대로 쓸 필요가 없고 이에 따라 그래픽카드에 공급된 전류량 차이가 크게 나타났습니다. RMS 값은 7.4 A, 11.4 A, 24.6 A로 해상도에 따라 최대 3배 차이가 나타났으며, PEAK 결과에서도 14.8 A, 23.6 A, 43.2 A로 RMS 수치와 동일하게 해상도 별 차이를 확인할 수 있었습니다.







     앞선 테스트에서 최대 옵션, 프레임 제한을 풀어 놓은 세팅에서 해상도에 따른 전력 소비량 차이는 적었는데요. 이는 Wattman을 통해 측정한 시스템 전체 소비 전력 결과에서도 동일하게 나타났습니다. FHD는 평균 456.4 W, QHD는 455.5 W, UHD는 451.7 W로 해상도에 따른 차이는 약 4.7 W로 오차 범위 내 결과였습니다. 최대 전력 소모에서도 461.9 W, 468.7 W, 461.9 W로 6.8 W 내외 차이로 해상도에 따른 차이는 적었습니다.







    이번에는 테스트에 사용된 모니터 최대 주사율, 60 Hz에 맞춰 수직 동기화 옵션을 켠 상태에서 테스트를 진행했습니다. 앞선 테스트 결과와 완전히 다른 수치를 확인할 수 있었는데요. FHD는 평균 209.0 W, QHD는 268.7 W, UHD는 445.2 W로 해상도가 높아짐에 따라 전력 소모량이 급격하게 증가하는 모습이었습니다. 특히 FHD에서 QHD로 커졌을 때보다는, QHD에서 UHD로 해상도가 커졌을 때 전력 소모량 차이가 상대적으로 크게 나타났습니다. 






    NVIDIA에서 제공한 PCAT 장비를 통해 그래픽카드에서 소비한 전력을 알아봤습니다. 모든 제한을 풀어놓은 환경에서는 앞선 전류 프로브, Wattman 결과와 동일한 결괏값을 확인할 수 있었습니다. FHD에서 평균 317.5 W, QHD는 315.6 W, UHD는 320.3 W로 4.7 W 내외의 차이를 보여줬습니다. 






    마지막으로 수직 동기화 설정 후, 해상도 별 그래픽 카드 전력 소모 차이를 확인해 봤습니다. 앞선 결과에서 유추 가능한 결과였는데요. FHD는 평균 102.1 W, QHD는 평균 152.7 W, UHD는 평균 317.2 W로 해상도가 커짐에 따라 전력 소모량도 비례하여 증가하는 것을 알 수 있었습니다. FHD에서 QHD보다는, QHD에서 UHD로 해상도가 커졌을 때 전력 소모량이 약 2배 높아지는 것을 확인할 수 있었습니다. (시스템 세팅, 게임, 옵션에 따라 달라질 수 있습니다.) 







■ 최대 옵션, 프레임 제한을 풀어놓으면 해상도에 따른 차이는 미비하다.

    해상도에 따라 게임 프레임이 달라지는 것은 다들 잘 알고 계실 겁니다. 그렇다면, 최대 옵션 세팅에 프레임 제한을 풀어놓으면 과연 전력 소모를 어떻게 하는지 궁금하지 않을 수가 없는데요. 이를 위해 배틀필드 V 최대 옵션, 프레임 제한을 풀고 테스트를 진행해봤습니다. Wattman, PCAT 장비를 통해 측정된 결과를 보면, 해상도에 따른 차이는 오차 범위 내로 크지 않았습니다. 이는 0.01초 단위로 측정한 전류 프로브 결과에서도 동일하게 나타났는데요. RMS 값에서 21.6 A(FHD), 24.2 A(QHD), 25.4 A(UHD)로 3.8 A의 차이가 보여줬지만, PEAK 값에서는 42.0 A(FHD), 41.6 A(QHD), 42.8 A(UHD)로 해상도에 따른 차이는 적다는 것을 확인할 수 있었습니다.


■ 수직 동기화를 적용하면 확실한 전력 소비 차이를 보여준다.

    모니터에서 테어링을 방지하는 방법은 대표적으로 수직 동기화가 있습니다. 이름 그대로 그래픽카드 프레임을 모니터 수직 주파수에 맞게 제한한다는 뜻인데요. 덕분에 화면이 어긋나는 테어링 현상을 줄일 수 있고, 그래픽카드 성능을 제한해 전력 소모량을 조금이나마 줄일 수 있습니다. 하지만, 프레임이 반 토막 나는 스터터링(Stuttering)이 발생하며, 미세한 지연이 발생하는 과정에서 키보드나 마우스 입력이 모니터에 표시되는 데에 걸리는 인풋랙(Input Lag)도 늘어나게 됩니다.


    그래픽카드 성능을 제한해 전력 소모량이 줄일 수 있기에 직접 테스트를 진행해봤습니다. 대중화된 해상도 3개를 기준, 테스트 결과에서도 그 차이를 알 수 있었는데요. 우선, 시스템 전력량은 209.0 W(FHD), 268.7 W(QHD), 445.2 W(UHD)로 차이를 보여줬으며, PCAT를 통한 그래픽 카드 전력량도 102.1 W(FHD), 152.7 W(QHD), 317.2 W(UHD)로 해상도에 따라 전력 소모량이 증가하는 것을 알 수 있었습니다. 오실로스코프를 통해 측정한 전류 프로브 값도 이와 마찬가지였습니다. PEAK 값을 기준으로 보면, FHD는 14.8 A, QHD는 23.6 A, UHD는 43.2 A로 해상도에 따라 그래픽카드에 공급된 전류량이 높아진 것을 알 수 있습니다.


    해당 결과가 무조건 수직 동기화를 적용하여 사용하라는 뜻은 아닙니다. 기능에 따라 전력 소비 차이를 알아보는데 목적이 있음을 알려드립니다. 측정된 결과 기준으로 프레임 제한을 두지 않는 세팅에서 해상도 별 전력 소모 차이는 오차 범위 내로 적었습니다. 테스트에 사용된 모니터 주사율 60 Hz에 맞춰 수직 동기화 기능을 적용하면, 해상도에 따라 전력 소비량이 크게 차이가 난다는 것을 알 수 있었습니다. CPU와 GPU 모두 해상도와 60 Hz에 맞게 프레임을 출력하기에 이러한 결과가 나왔다고 할 수 있겠습니다.


이상, QM달려였습니다.





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