시스기어와 함께한 i9-9900K 뚜따(IHS 튜닝) 그리고 온도

QM벤치
245 11071 2018.11.01 20:16

 

 

  

시스기어와 함께하는 i9-9900K IHS 튜닝(뚜따)

i9-9900K도 예외는 될 수 없다

안녕하세요. 퀘이사존벤치입니다.

 

CPU 오버클러킹에 있어 일명 ‘뚜따(뚜껑따기)’로 알려진 IHS(Integrated Heat Spreader) 튜닝은 이제 많은 사람들에게 알려져 있습니다. 그리고 오늘 이 시간에는 실로 오랜만에 솔더링이 적용된 인텔 CPU인 i9-9900K CPU를 대상으로 IHS 튜닝 과정과 전후 데이터를 첨부하여 그 효용성에 대해 알아보도록 하겠습니다.

 

※ 참고: CPU 솔더링(Soldering) 유무는 왜 이슈가 되었는가?

9세대 코어 프로세서 이전의 인텔은 아이비브리지(Ivy Bridge) 세대부터 HEDT(High-End Desktop) 제품군을 제외하고, 코어 다이와 히트스프레더 사이를 솔더링 방식이 아닌 서멀컴파운드(서멀그리스)를 도포하는 방식을 사용하였습니다. 그러나 이러한 방식은 솔더링 방식에 비해 열전도 효율이 떨어져 결과적으로 더 높은 CPU 온도를 가지게 되었고, 이는 오버클러킹에 방해 요소가 되었습니다. 따라서 오버클러커를 중심으로 한 하드웨어 마니아들 사이에서는 일명 '뚜따'로 불리는 IHS 튜닝 작업(히트스프레더 분리 후 기존 서멀 물질을 제거하고 리퀴드 프로와 같은 고성능 열전도 물질로 대체)을 실시하게 되었고, 이는 큰 폭의 온도 하락으로 이어져 CPU 내부 열전도 방식을 단순히 서멀컴파운드 방식으로 대체한 인텔의 행보에 부정적인 여론을 형성하는 데 힘을 보태게 되었습니다.

 

그 전에, i9-9900K는 굳이 뚜따를 하지 않아도 되는 것으로 알려진 ‘솔더링(Soldering)’ 방식의 STIM(Solder Thermal Interface Material)이 적용되었는데, 왜 또 뚜따를 하는 것일까요? 여기에는 다양한 원인이 있지만, 첫 번째로 i9-9900K의 근본적인 발열 수준을 꼽을 수 있습니다. 기본적으로 i9-9900K는 올코어 터보부스트 클록이 4.7 GHz에 달하고, 단일 코어 기준 최대 5 GHz까지 상승하지만 정작 올코어 5.0 GHz 달성 가능한 전압 인가 시, 고성능 쿨러를 장착하여도 높은 소비전력과 발열이 수반됩니다. 특히 링스(LinX)나 프라임(Prime95)과 같은 프로그램은 말할 것도 없고 일반적인 사용 환경에서 가장 높은 풀로드를 보여주는 블렌더(Blender) 구동 시, 90도가 넘는 CPU 온도를 보여주기도 했습니다.

 

 

 

두 번째는 i9-9900K 솔더링의 구조적인 문제입니다. i9-9900K는 코어를 품고 있는 다이와 ‘뚜따’의 뚜껑에 해당하는 히트스프레더(Heat Spreader) 사이를 열전도 및 접합 역할을 담당하는 인듐(Indium) 물질로 메워져 있는데, 문제는 인듐 접합 상태가 CPU마다 균일한 품질을 보여주지 못하고, i9-9900K 다이가 두꺼워 열전도 효율이 떨어진다는 의견이 있습니다. 물론, 이것은 충분히 많은 CPU 샘플과 정밀한 검증 과정을 거쳐야만 알 수 있기 때문에 100% 확신할 수 있는 사항은 아니지만, 하나의 가능성으로 충분히 생각해볼 수 있습니다. 즉 i9-9900K 뚜따 작업에서는 인듐 물질 자체의 열전도율이 키 포인트가 아닐 수 있다는 것이죠.

 

이런 특징으로 인해 실제로 IHS 튜닝 작업 시에는 다양한 변수를 고려해야 하며, IHS 튜닝으로 인한 온도 저하 효과가 무엇으로부터 발생하는지 확실히 이해할 필요가 있습니다. 핵심은 바로 코어 다이와 히트스프레더의 접합 상태(condition)이며, 이러한 작업을 잘 수행하기 위해서는 리퀴드 프로(IHS 튜닝에 가장 많이 사용되는 열전도 물질)와 절연 실리콘을 고르게 도포하여 표면장력을 높여야 합니다. 세심하게 도포하지 않으면, 다이와 히트스프레더 사이에 열전도율이 매우 낮은 공기층이 침투하여 결국 전체적인 열전도율도 나빠지기 때문입니다.

 

즉 IHS 튜닝 작업은 굉장히 섬세한 작업 기술이 요구되며 초보자가 쉽게 도전할 만한 것은 아닙니다. 그래서 퀘이사존의 공식 후원사이자 익스트림 커스텀 수랭 PC 제조 업체, 시스기어의 김용운 이사를 초빙하여 IHS 튜닝을 함께 진행했습니다. 수많은 CPU 뚜껑을 따온 그의 작업 과정을 본 퀘이사 리포트를 통해 확인해보시기 바랍니다.

 

 

 

 

 

 

 

 


 

CPU 뚜따 키트 출격 !!

먼저 뚜따 키트에 i9-9900K를 잘 고정해줍니다. 뚜따 키트의 위용이 상당한데요. 안쪽에 CPU를 고정하고 히트스프레더를 밀어낼 수 있도록 특별히 제작되었습니다.

 

 

 

 

 

 

 

 


 

히트스프레더 분리를 위한 가열 작업

i9-9900K를 고정했으니, 이제 히트스프레더 분리를 위한 사전 작업을 시작해야 합니다. 바로 히팅건을 통한 가열 작업인데요. 이 가열 과정은 매우 중요합니다. 만약 인듐으로 솔더링되어 있는 히트스프레더를 가열하지 않고 분리하려 하면, 다이가 함께 밀리면서 코어에 대미지가 가해질 수 있습니다. 따라서 IHS 튜닝 작업 시에는 히트스프레더 각 부에 골고루 열이 분산되도록, 적정의 온도로 충분히 가열해야 합니다. 단, 140~160도 이상일 때 PCB 기판이 녹을 수(열손상) 있으므로 열화상 카메라, 히팅건의 온도, 히트스프레더 온도 등을 함께 체크하는 것이 좋습니다.

 

 

 

▲ 참고: IHS 튜닝 작업 과정에서 PCB 기판이 녹은 사례(시스기어 제공)

 

 

 

 

 

 

 

 


 

히트스프레더 분리 성공!

가열이 완료되면, 뚜따 키트의 나사를 조여 히트스프레더에 압력을 가해 분리합니다. 이 과정에서 시스기어 김용운 이사는 손으로 히트스프레더를 만져가며 적정 타이밍을 알아채는 신기를 보여주었습니다. 여러분은 지금 진정한 인간 손도계를 보고 계신 겁니다.

 

 

 

 

 

 

 

 


 

인듐 긁어내기

히트스프레더를 벗겨내어 다이가 드러난 i9-9900K의 적나라한 자태입니다. 양 표면에는 본래 다이와 히트스프레더 사이를 메꾸고 있던 인듐을 확인할 수 있는데요. 분리 과정에서 균열과 변형이 일어났기 때문에 제거를 해주어야 합니다. 당연하지만 실온에서는 굳어 있는 상태이기 때문에 살살 잘 긁어내야 합니다. 김용운 이사의 경우 도루코(dorco, 한국 기업입니다!!) 면도날을 사용하였습니다.

 

 

 

 

 

 

 

 


 

실리콘 제거 작업

인듐을 어느 정도 제거한 후에는 히트스프레더와 PCB 기판을 부착하는 데 사용된 실리콘을 제거합니다. 이러한 작업이 필요하고 중요한 이유는 차후 히트스프레더 접합 시 균일한 높이로 접합될 수 있게 해주기 때문입니다.

 

 

 

 

 

 

 

 


 

리퀴드 프로 도포

인듐을 제거했으니, 다시 다이에서 발생한 열을 히트스프레더에 잘 전달할 수 있는 물질이 필요하겠죠. 바로 리퀴드 프로(CoolLaboratory Liquid pro)가 등판할 차례입니다. 리퀴드 프로는 스펙상 열전도율이 80 W/mK에 달하며, 이는 일반적인 서멀컴파운드의 약 10배에 해당하는 수치입니다. 물론, 반도체 온도는 열전도율뿐만 아니라 다양한 변수에 의해 결정되기 때문에, 열전도율이 10배 높다고 해서 10배 낮은 온도를 보여주는 것은 아닙니다. 리퀴드 프로의 역할은 열원에서 발생한 열을, 열을 해소해주는 최종 목적지(쿨러)까지 전달하기 위한 매개체 역할에 한정되기 때문이죠.(물론, 최종 목적지 단계에서 직접 열을 전달해주는 건 히트스프레더와 히트스프레더 표면의 서멀컴파운드입니다) 하지만 핵심적인 역할을 담당하는 것은 맞습니다.

 

또한, 리퀴드 프로 도포 작업 역시 매우 중요한 과정에 속하는데요. 면봉을 이용하여 히트스프레더 안쪽 표면과 코어 다이 표면에 골고루 펴 발라주어야 하며, 너무 한 쪽으로 몰리게 되면 표면 장력 확보에도 좋지 않고 결과적으로 열전도 효율이 떨어질 수 있습니다. 또한, 리퀴드 프로 도포 전에는 PCB 기판 표면이 쇼트로 인해 망가지는 것을 방지하기 위해 실리콘 재질의 접착 물질을 발라줘야 합니다.(사진 참고) 리퀴드 프로의 경우 기본적으로 액체 상태이고, 전도성을 가지고 있기 때문에 이러한 작업이 선행되지 않으면 불상사가 발생할 수 있죠. 이제 거의 마무리 단계군요.

 

 

 

 

 

 

 

 


 

히트스프레더 접합

실리콘 접착제를 바른 히트스프레더가 잘 붙을 수 있도록 CPU 패키지에 포함된 용기에 넣어 꾹꾹 눌러줍니다. 모양이 흐트러지지 않아야 하기 때문에 누르는 것에만 집중하지 않고, 모양을 봐가면서 작업을 진행합니다. '제발 온도야 내려가라!!' 염원을 담아 정성을 다해 눌러줍니다.

 

 

 

 

 

 

 

 


 

▲ 제역할을 다한 뚜따 키트 그리고 실리콘 접착제

 

이렇게, IHS 튜닝 작업은 모두 완료되었습니다. 그렇다면 이제 튜닝 전후의 온도를 살펴봐야겠죠. 테스트는 i9-9900K 기본 설정 그리고 5.0 GHz 오버클록 적용 시의 간략 성능 비교와 5.0 GHz 오버 시 IHS 튜닝 전후 온도 비교를 수록하였습니다.

 

 

 

 

1. 인텔 코어 i9-9900K 클록에 따른 시네벤치 성능

 


 

 

 

 

2. 인텔 코어 i9-9900K 클록에 따른 블렌더 렌더링 성능

 


 

 

 

 

3. IHS 튜닝에 따른 풀로드(프라임95) 온도 변화

 

 

 

 

▲ IHS 튜닝에 따른 프라임95(in-place large FFTs) 온도 변화(좌: 튜닝 전, 우: 튜닝 후)

 

IHS 튜닝 효과는 보시는 그대로입니다. 프라임95 풀로드를 지속하였을 때, 튜닝 전과 비교하여 약 9도 정도의 온도 하락이 발생했습니다. 이 정도 차이면 실사용이 불가능한 수준을, 실사용이 가능한 수준 영역으로 바꿨다고 평가할 수도 있겠죠. 결국 솔더링이 적용된 i9-9900K조차 IHS 튜닝으로 인한 온도 하락 효과는 확실하다는 것을 말해줍니다.

 

그러나 냉정하게 말해서 튜닝 후의 온도도 결코 낮은 것은 아닙니다. 또한, 해당 테스트는 오픈 시스템에서의 측정 결과이기 때문에, 실제 사용자의 시스템 환경과 동일하게 설정한다면 온도는 더 높아질 수 있죠. 이렇게 5.0 GHz 오버클러킹은 결코 쉽지 않습니다. 물론, 시스기어의 IHS 튜닝 기술을 통해 그 가능성을 높였다는 것은 분명한 사실입니다.

 

어쨌든, i9-9900K마저 IHS 튜닝의 매력이 여전히 유효하게 작용된다는 사실은 많은 것을 시사합니다. 솔더링을 적용했다고 해서 그것이 반드시 열전도 효율 설계가 최상이라는 뜻은 아닙니다. 인듐이 문제가 아니라 다양한 구조적 변수가 발생할 수 있다는 것이죠. 또한, 이러한 IHS 튜닝/뚜따가 하나의 즐길 거리나 마니아 문화로써 긍정적으로 바라볼 수도 있겠지만, 유저 입장에서는 의문이 들 수밖에 없습니다. 오버클러킹을 위해 대체 우리는 언제까지 뚜따를 해야 하는 걸까요? 과거의 인텔 CPU 오버클러킹이 그리워지는군요. 20~30%는 물론이고 40~50% OC까지 가능했던 그때 그 시절...

 

이상, 퀘이사존벤치였습니다.

 

 

 

 

 

 

 

 


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