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직접 해보는 9세대 코어 i7-9700K의 5GHz 실전 오버클록킹

기사입력 : 2018년 12월 14일 11시 52분
ACROFAN=권용만 | yongman.kwon@acrofan.com | SNS
9세대 코어 프로세서는 그 등장과 함께 ‘오버클록킹’ 측면에서도 많은 관심을 받고 있다. 8세대 코어 프로세서와 비교할 때 크게 달라지지 않은 공정과 마이크로아키텍처지만, 8세대 코어 프로세서와 같은 95W TDP에서 두 개 더 많은 코어를 갖췄음에도 동작 속도도 더 높아졌기 때문이다. 또한 오버클록킹에 나서는 데 있어 반가운 소식으로는, 9세대 코어 프로세서의 패키징에는 STIM이 적용되어, 프로세서의 열을 더 빨리 외부로 전달할 수 있게 함으로써, 고성능 쿨링 솔루션들이 좀 더 진가를 발휘해 더 높은 동작 속도를 달성할 수 있을 것이라는 점이 있다.

현재 데스크톱 PC를 위한 9세대 코어 프로세서는 8코어 16쓰레드, 최대 동작 속도 5GHz를 가진 코어 i9-9900K, 8코어 8쓰레드 구성과 최대 동작 속도 4.9GHz를 가진 코어 i7-9700K, 6코어 6쓰레드 구성과 4.6GHz의 최대 동작 속도를 가진 코어 i5-9600K 등이 선보이고 있다. 이들 ‘K 시리즈’ 9세대 코어 프로세서는 8세대 코어 프로세서와 같이 300시리즈 칩셋과 함께 사용할 수 있으며, Z시리즈 칩셋인 Z370, Z390 칩셋 기반 메인보드와 함께 사용해 오버클록킹이 가능하다. 오버클록킹의 방법 또한, 이전 세대들과 마찬가지로 주로 터보 부스트 배수의 재정의를 사용한다.

현재 선보인 오버클록킹 가능한 ‘K 시리즈’ 9세대 코어 프로세서 중, 오버클록킹에 있어 가장 흥미로운 제품을 꼽자면 ‘코어 i7-9700K’ 프로세서가 될 것이다. 코어 i5-9600K는 기존 i5-8600K와 비교할 때 동작 속도의 향상 정도만이 보이는 반면, 코어 i7-9700K는 i7-8700K보다 물리적 코어 수가 두 개 더 많기 때문에 오버클록킹에서 기대할 수 있는 성능 향상의 폭이 이전보다 더 크다. 또한 코어 i9-9900K의 경우 기본적으로 TDP에 빠듯한 설정을 가져 오버클록킹의 난이도가 만만치 않은데, 상대적으로 i7-9700K는 같은 코어 수에서 조금은 더 오버클록킹에 여유가 있다.

▲ 오버클록킹을 위한 환경의 기본은 ‘K 시리즈 프로세서’와 ‘Z 시리즈 칩셋 기반 메인보드’다.

▲ 테스트 시스템 구성

프로세서의 오버클록킹을 위해서는 일단 오버클록킹이 가능한 프로세서와 메인보드를 준비해야 할 것이다. 이 중 프로세서는 코어 i7-9700K를 사용할 것이고, 메인보드는 Z370, Z390 칩셋 기반 메인보드 중 취향에 따라 선택하면 되는데, 이번에는 에이수스(ASUS)의 PRIME Z370-A를 사용했다. 이 메인보드는 Z370 칩셋을 사용하고 있으며, 최신 바이오스 업데이트를 통해 9세대 코어 프로세서의 오버클록킹에도 사용할 수 있다. 메모리는 DDR4-2666 8GB 두 개로 16GB를 사용했는데, 메모리의 수가 적을수록 오버클록킹에서 부담이 적다. 그래픽카드는 내장 그래픽 코어 대신 지포스 GT730을 사용해, 프로세서 언코어 영역의 부담을 줄였다.

일단 오버클록킹에 나서기 전에 이 프로세서의 기본 동작 상태를 알고 나서는 것이, 출발선과 물러설 곳을 정하는 데 있어 중요한 단서가 된다. 테스트 시스템의 기본 설정 상태에서, 코어 i7-9700K는 기본 동작 속도 3.6GHz, 단일 코어 터보부스트에서 최대 49배수, 8코어 전체의 터보 부스트에서 46배수로 동작했으며, 이 때 전압은 1.28~1.32V 가량이 들어가고 있었다. 또한 AVX 오프셋 없이 Linpack 테스트에서도 46배수를 안정적으로 지키고 있었는데, 이는 기본 패키지 설정에서도 오버클록킹을 위한 약간의 마진이 남아있다는 정도로 해석할 수 있을 것이다.

기본적인 시스템 모니터링은 메인보드의 전용 프로그램 혹은 일반적인 범용 프로그램 중 취향에 따라 선택할 수 있는데, 범용 프로그램의 경우에는 메인보드에 따라 호환성 문제로 값을 제대로 불러올 수 없을 수 있다는 점도 고려할 필요가 있다. 또한 메인보드의 전용 프로그램은 모니터링 뿐 아니라 오버클록킹을 위한 설정값의 변경을 즉각적으로 할 수 있어 편리하기도 한데, 때로는 이 설정이 메인보드에 제대로 반영되지 않는 경우도 있는 만큼, 프로그램을 통한 설정 변경 뒤에는 실제 설정이 변경되었는지 다시 한번 살펴볼 필요도 있겠다.

▲ 9세대 코어 프로세서의 오버클록킹은 ‘배수 재정의’부터 시작한다

▲ 터보 부스트에 적용되는 전력 관리에서의 제한 또한 풀어주는 쪽이 좋다

▲ 전원부 설정에서도 고부하 상황을 위한 설정들을 확인할 필요가 있다

9세대 코어 프로세서의 오버클록킹을 위한 설정은 기본적으로 ‘배수 재정의’부터 시작한다. 베이스 클럭을 조정하지 않은 상태에서, 동작 속도는 베이스 클럭인 100MHz와 배수의 곱으로 정해진다. 즉, 5GHz라면 100*50, 50배수가 되는 것이다. 그리고 이 배수를 설정하는 방법은 보통 모든 코어에 일괄적인 최대 배수를 넣는 방법, 혹은 사용하는 코어 수에 따라 설정하는 방법이 있는데, 프로세서의 기본 설정은 사용하는 코어의 수에 따라 배수가 차등 설정된다. 하지만 실질적으로 이 설정을 정교하게 맞추기는 테스트 여건 등에서 어려운 만큼, 전체 코어 기준으로 일괄적인 최대 배수를 넣는 방법이 일반적이다.

그리고 이 배수 재정의는 ‘터보 부스트’를 활용하는 만큼, 프로세서의 전원 관리 부분에서 ‘터보 부스트’를 끄면 오버클록킹 자체가 성립되지 않는다. 물론 EIST(Enhanced Intel Speedstep) 기능은 꺼도 상관없으며, C-state나 스피드시프트 등의 기능은 안정화 상황에 따라 기능 사용을 선택하면 되는데, 일반적으로는 끄는 쪽이 추천된다. 물론 C-state 를 끄면, 프로세서 코어가 언제나 활성화 상태로 대기하므로 기본 소비 전력은 올라간다. 또한 CPU SVID 설정은 프로세서의 수율 품질에 따라 전압 조절을 지원하며, 이 기능 또한 상황에 따라 켜고 끌 수 있는데 오버클록킹 시에는 많은 보드의 기본 값이 끄기로 설정된다.

또한 오버클록킹에 앞서 확인해야 할 부분으로는 전력 관리, 패키지 TDP의 제약을 푸는 부분이 있다. 이 중 터보 모드 파라메터의 패키지 파워 리미트는 설정 가능한 최대값으로 해 두는 것이 추천된다. 또한 VRM 설정에서는 고부하 상황에서의 전압 변동을 막는 ‘Load-Line Calibration’ 설정을 적당한 수준으로 높이고, 전류 용량 설정 역시 최대한 높여 놓는 편이 좋다. 이 외에도 전원 페이즈 컨트롤도 ‘익스트림’으로 설정하면 언제나 고정적으로 최대 페이즈를 사용하게 된다. 온도 관련 컨트롤도 끄거나 할 수 있는데, 이 부분은 안전장치 정도로 남겨 두는 것도 좋다.

▲ 전압 조절은 권장 범위 안에서, 무리하지 않고 최소한으로 올리는 것이 좋다

프로세서의 오버클록킹에서 ‘전압 조절’은 필연적으로 따라오는 과정이다. 기본 동작 조건에 맞춰진 기본 전압 설정에서 무리하게 높은 동작 속도를 설정하면, 내부 동작에서 신호의 명확성이 떨어져 제대로 동작할 수 없게 되기 때문이다. 이럴 때 프로세서 코어의 전압을 살짝 올려주는 정도로 성공적인 오버클록킹이 가능해지기도 하는데, 언제나 과도한 설정은 금물이다. 필요한 값에 비해 지나치게 큰 값이 들어간 경우에는 발열 등으로 원하는 결과를 얻을 수 없기 때문이다. 이에 기본 전압에서부터 시작해 조금씩 올려가면서, 권장 한계선 아래에서 조정하는 것이 좋다.

앞서 코어 i7-9700K의 기본 전압 설정은 가변적이고, 0.6V 대에서 많게는 최대 터보 부스트 시 1.3V 정도까지 들어가는 것을 모니터링으로 확인할 수 있었다. 전압 설정에서 오프셋이나 어댑티브를 사용하는 경우에는 이 기본 전압 곡선에 추가 전압만 설정하게 되므로 이 설정 자체를 고민할 필요가 없지만, 고정 전압 설정을 사용할 때는 이 기본 수치를 확인 후 이를 시작점 정도로 잡으면 된다. 그리고 코어 i7-9700K에서 코어 전압의 추천 상한선은 1.4V 정도로, 오프셋 설정시 최대 오프셋 폭은 0.1V 전후로 생각하면 될 것이다.

한편 9세대 코어 프로세서의 오버클록킹에 있어, 이론적으로 어댑티브나 오프셋 설정에서 정교한 전압 조절이 가능하지만, 때로는 메인보드의 여건 등에 따라 이 설정이 여의치 않은 경우도 있다. 테스트에 사용된 메인보드의 경우 최신 바이오스로의 업데이트 이후에도, 오프셋과 어댑티브 설정에서 예상 이상의 고전압이 인가되는 현상이 있었지만, 전통적인 ‘고정 전압’ 설정은 정상적으로 설정 가능했다. 이 외에도, 고전압의 극한 오버클록킹의 경우 프로세서 코어 이외에도 VCCPLL, VCCIO나 시스템 에이전트 등에 약간의 추가 전압을 주면 도움이 되기도 한다.

▲ POV-ray 3.7 beta 9(All CPU) 테스트 결과, 단위 PPS, 높을수록 좋다

▲ Cinebench R15 테스트 결과, 높을수록 좋다

▲ CPU-Z 1.86 내장 벤치마크 테스트 결과, 높을수록 좋다

테스트 시스템에서는 코어 전압 1.35V에서 전체 코어 4.8GHz, 코어 전압 1.375V 정도에서 전체 코어 5GHz를 비교적 안정적으로 달성할 수 있었다. 이 때 5GHz에서 프로세서의 최대 소비 전력은 메인보드 추정치로 160W를 넘어가는 모습도 보인다. 또한 테스트에 사용된 TDP 최대 220W 급의 공냉 쿨러에서, 최대 부하시 온도는 순간적으로 90도 가까이 올라가기도 했지만, 전체적으로는 80도 전후를 보였다. 물론 이 온도가 낮은 수준은 아니지만, 좀 더 좋은 성능의 쿨러를 사용하면 이 부분에 대한 염려는 이전 세대보다는 좀 더 쉽게 해결할 수 있다.

오버클록킹 전후의 간단한 성능 테스트 결과에서는, 전반적으로는 동작 속도가 오른 만큼의 성능 향상을 확인할 수 있다. 일단 코어 i7-9700K는 기본 상태에서도 터보 부스트 작동 시 전체 코어가 최대 4.6GHz로 동작하고, 이 최대 동작 속도를 꽤 지속적으로 유지하는 모습도 보인 바 있다. 이에 전체 코어의 동작 속도가 0.2GHz씩 오를 때마다, Cinebench R15는 동작 속도가 오른 폭 정도인 3% 정도의 성능 향상을 보이는 모습을 확인할 수 있다. 또한 AVX2를 사용하는 POV-ray 3.7 beta 9에서는 이보다 좀 더 큰 성능 향상을 보이는데, 이는 기본 동작 조건에서 약간의 부스트 성능 저하가 영향을 준 것으로 보인다.

간단한 연산 성능 확인을 위한 CPU-Z의 내장 벤치마크 테스트 결과는, 이 프로세서의 오버클록킹 전략 측면을 다시금 생각하게 한다. 코어 i7-9700K의 싱글 코어 최대 터보 부스트는 4.9GHz로, 올 코어 4.8GHz 설정이면 멀티쓰레드에서는 성능 향상이 있지만 싱글쓰레드에서는 오히려 손해를 보게 되는데, 이런 부분이 결과에 반영되어 있다. 이에, 올 코어 기준의 오버클록킹 이후, 싱글쓰레드 성능까지 최적화하려면 터보 부스트 배수 설정을 코어 부하별로 설정해, 1~2쓰레드 정도를 1~2배수 정도 더 높여 주는 것도 프로세서의 잠재력을 다 끌어 내는 데 도움이 될 것이다.

한편, 테스트 시스템 구성에서는 5GHz 까지는 비교적 수월하게 도달했지만, 5GHz 이상부터는 오버클록킹 난이도가 급격히 높아지는 모습을 보였다. 5.2GHz 설정에서는 1.4V 수준의 전압에서도 CPU-Z 벤치마크는 통과했지만 POV-ray 테스트나 Cinebench 테스트를 제대로 마치지 못했다. 이 경우 AVX 오프셋 설정을 ‘-2’로 주면, POV-ray 같이 AVX를 사용하는 경우에 50배수를 적용, 테스트를 무사히 넘길 수도 있다. 이런 부분은 쿨링 성능에 상관없이 실리콘의 수율 수준에서 나타날 수도 있으며, 오버클록킹 관련은 제품 품질 보증에 포함되지 않는 영역이라는 점도 고려해야 한다.

▲ PC 애호가들에 있어, 코어 i7-9700K는 오버클록킹의 재미가 각별한 프로세서가 될 것으로 기대된다

오버클록킹 설정을 적용한 이후에는, 적용한 설정을 제대로 사용할 수 있는지 확인이 필요하다. 이 확인 작업은 보통 프로세서에 높은 부하가 걸리는 연산이나 렌더링, 벤치마크 툴들이 많이 활용되며, 정상적으로 기대한 성능을 얻어낼 수 있고 발열도 감당할 수 있는 수준이 되었다 하면 성공이다. 하지만 이들 도구에서 장시간 제대로 동작했다고 해도 실제 환경에서는 사소한 이상 동작이 발생할 수도 있다. 이는 애플리케이션마다 프로세서를 사용하는 방법이 다르기 때문이기도 한데, 이에 프로세서 오버클록킹의 안정화 테스트는 시간과 노력이 필요한 부분이기도 하다.

9세대 코어 i7-9700K의 오버클록킹에서 인상적이었던 부분이라면, 8코어 프로세서에서도 전체 코어 5GHz 동작 속도라는 상징적인 성과를 현실적으로 사용할 수 있는 수준에서 달성할 수 있었다는 점이 있겠다. 이에, ‘8코어 프로세서’와 오버클록킹을 통한 ‘전체 코어 5GHz’라는 부분을 생각할 때, 코어 i7-9700K는 오버클록커들에 가장 매력적인 프로세서로 꼽힐 것으로 기대된다. 특히, 코어 i9-9900K가 8코어 16쓰레드 구성과 단일 코어 터보 부스트 5GHz라는 최고 성능의 상징성을 가지고 있지만, 오버클록킹 측면에서는 그리 여유가 남아있지 않다는 점을 고려하면 더욱 그렇다.

한편, 현재의 오버클록킹은 프로세서를 규정 동작속도보다 빠르게 동작시켜 더 높은 성능을 내게 할 수 있지만, 예전처럼 이를 통해 하위 제품군의 오버클록킹이 상위 제품군의 성능을 잡기는 아주 힘들다. 이는 제품군별 코어와 쓰레드 수 등의 기술적 특징이 오버클록킹으로 넘기에는 큰 성능 차이를 내기 때문이기도 하다. 이에 오버클록킹에서 성능에 너무 큰 기대를 걸기보다는, 약간의 성능 향상과 이 과정에서의 즐거움 쪽을 추구하는 쪽이 현실적일 것이다. 또한, 오버클록킹 과정에서의 시스템 손상 등의 책임은 온전히 사용자에게 있는 만큼, 무리하지 않는 적정선을 지키는 것도 명심해야 할 부분이다.

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