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9세대 코어 프로세서의 성공적인 오버클록킹을 위해 챙겨야 할 부분들

기사입력 : 2018년 12월 07일 12시 03분
ACROFAN=권용만 | yongman.kwon@acrofan.com | SNS
새로운 프로세서가 나올 때마다 ‘오버클록킹’ 과 관련된 부분은 큰 관심을 받는 부분 중 하나로 꼽힌다. 프로세서 등을 규정 동작 속도보다 더 높은 속도로 동작시켜, 더 높은 처리 성능을 얻는 오버클록킹은, 반도체 제품의 안전 마진 영역에 있는 잠재력을 모두 끌어낸다는 차원에서 아키텍처와 공정의 안정성과 성능을 모두 반영하는 부분이기도 하다. 또한 PC 애호가들에 있어, 오버클록킹은 주어진 성능의 한계를 넘어, 새로운 영역으로의 가능성을 찾는 여정이기도 하다.

인텔의 9세대 코어 프로세서는 기존 8세대 코어 프로세서와 같은 플랫폼을 공유하며, 프로세서의 마이크로아키텍처 또한 기존의 ‘커피 레이크’를 리프레시했다. 하지만 이제 인텔의 14nm 공정은 현존하는 그 어느 공정보다도 충분히 안정화되었고, 동작 속도 측면으로 반영되는 성능 측면에서도 충분히 검증되어 있다. 여기에 기존 ‘커피 레이크’ 마이크로아키텍처를 기반으로 실리콘 레벨의 보안 문제 해결 등이 반영되고, 메인스트림 PC용 프로세서로는 처음으로 8코어 구성을 선보였으며, 패키징 차원에서는 2세대 코어 프로세서 이후 다시 STIM(Solder Thermal Interface Material)이 적용되었다.

9세대 코어 프로세서의 오버클록킹에서, 방법 자체는 플랫폼을 공유하는 기존의 8세대 코어 프로세서와 크게 다를 게 없다. 하지만 새로운 9세대 코어 프로세서가 가진 기술적 특징은 이전 세대와 비교해 다소 달라진 만큼, 방법보다는 전략 측면에서의 변화가 필요하다. 특히 9세대 코어 프로세서는 기존과 거의 동일한 마이크로아키텍처와 공정 수준에서 더 늘어난 코어와 더욱 높아진 동작 속도 설정을 갖고 있는 만큼, 오버클록킹에서의 전략 부분을 다시 고민할 필요가 있다. 또한 STIM의 적용에 따른, 좀 더 공격적인 쿨링을 위한 구성 측면도 눈여겨 볼 부분일 것이다.

 
▲ 9세대 코어 프로세서는 오버클록킹에서 고려해야 할 기술적 특징들에 변화가 있다

인텔의 9세대 코어 프로세서는 기존 8세대 코어 프로세서와 소켓과 플랫폼을 공유하며, 기존 300 시리즈 메인보드에서도 최신 바이오스 업데이트를 통해 9세대 코어 프로세서를 사용할 수 있다. 그리고 9세대 코어 프로세서의 오버클록킹은 기존과 마찬가지로 ‘K 시리즈’ 프로세서와 ‘Z 시리즈’ 메인보드 칩셋 조합에서 공식적으로 허용되며, 이에 따라 현재 오버클록킹에 사용할 수 있는 메인보드 칩셋은 8세대 코어 프로세서와 함께 등장한 Z370, 9세대 코어 프로세서와 함께 등장한 Z390이 있다. 양 칩셋 간에는 약간의 세대 차이에 따른 부가 기능의 차이도 있다.

9세대 코어 프로세서를 기존 8세대 코어 프로세서와 비교한다면, 가장 크게 달라진 점은 라인업에서의 기술적 구성 측면이 될 것이다. 8세대 코어 프로세서는 최대 6코어 12쓰레드 구성을 제공했으며, 6코어 12쓰레드의 코어 i7, 6코어 6쓰레드의 코어 i5, 4코어 4쓰레드의 코어 i3 모델이 있었다. 하지만 9세대 코어 프로세서에서, 코어 i5는 여전히 6코어 6쓰레드지만 코어 i7은 코어가 두 개 더 늘고 하이퍼쓰레딩이 빠져 8코어 8쓰레드가 되었고, 이보다 상위 모델로 코어 i9이 등장해 8코어 16쓰레드와 가장 높은 동작 속도를 제공하는 식으로 라인업이 맞춰졌다.

또한 오버클록킹 측면에서 관심있게 볼 부분이라면 패키징에서의 STIM 적용이 있다. 흔히 ‘솔더링’이라 하는 STIM은 2세대 코어 프로세서 이후 다시금 메인스트림 PC용 프로세서에 적용되었는데, 이를 통해 프로세서가 열을 더 빨리 외부로 전달할 수 있고, 고성능 쿨링 솔루션들이 좀 더 제 성능을 낼 수 있는 환경을 제공할 수 있게 되었다. 특히 순간적인 고부하로 인한 발열 상황에서 기존보다 더 빠른 열전달과 쿨링을 통해, 더 안정적으로 성능을 유지할 수 있다. 한편 코어 수와 동작 속도 모두가 올라갔으면서도, TDP는 기존과 같은 95W를 유지하고 있다는 부분도 특징이다.

 
▲ 9세대 코어 프로세서들은 기본 터보 부스트 배수 자체가 높다

9세대 코어 프로세서에서 눈여겨볼 재미있는 부분이 있다면 ‘터보 부스트’ 설정일 것이다. 이 터보 부스트 설정은 기본 동작 속도 이상의 영역에서, 열과 전력 공급 등에서의 여유분을 사용해 순간적으로 높은 성능을 끌어낼 수 있도록 하는 것을 기본 개념으로 한다. 이에 사용 환경에서 터보 부스트를 사용할 만한 여유의 유무에 따라 프로세서가 자동적으로 부스트 수준을 조절하게 되며, 이런 부분이 실제 성능 차이로 이어지지만 엄밀히 말하면 이 부스트 영역은 보증되는 성능 영역을 넘어서는 부분이다.

그리고 기존 8세대 코어 프로세서까지는 대부분의 환경에서 이 터보 부스트 설정의 최대 지점에 쉽게 도달해, 실질적으로는 ‘부스트’보다 성능의 ‘제약’이란 형태로 작용했지만, 9세대 코어 프로세서는 그렇지 않다. 기존 코어 i7-8700K의 전체 코어 사용시 부스트 성능은 약 4.3GHz 정도지만, 코어 i7-9700K는 두 개 더 많은 8개 코어를 가지고 있으면서도 전체 코어 사용시 부스트 성능은 최대 4.6GHz 정도에 이른다. 하지만 이 부스트 설정의 의미는 기존의 ‘제약’이 아니며, 실제 동작 속도는 이보다 더 내려가기도 한다. 실제 코어 i9-9900K에서도 8코어 부스트 설정은 4.7GHz 정도지만 실제 고부하 동작시는 4.0~4.2GHz 정도까지 내려가는 모습도 보인다.

터보 부스트 배수의 설정에서 볼 수 있는 전략의 변화는, 터보 부스트 배수의 재정의를 이용하는 9세대 코어 프로세서의 오버클록킹에서 전략 자체를 다시 생각하게 한다. 즉, 오버클록킹을 시작하는 시점이 기본 정의된 터보 부스트 배수에서 시작하는 게 아니라, 일단 기본 정의된 터보 부스트 배수부터 안정적으로 유지할 수 있는지부터 확인해야 할 필요가 있는 것이다. 게다가 기존 8세대 코어 프로세서보다 코어가 더 늘어난 9세대 코어 i7, i9 프로세서는 오버클록킹 상황에서 발열량과 전력 소비량이 이전보다 더 늘어나는 만큼, 성공적인 오버클록킹을 위한 난이도도 더 높게 느껴질 것이다.

9세대 코어 프로세서의 오버클록킹에 있어, 배수 조절 전에 먼저 해야 될 부분은 패키지에 있는 전력과 발열 부분의 제한을 확인하는 것이다. 상식적으로도 같은 아키텍처와 공정 기반에서 더 많은 코어를 가진 프로세서가, 같은 TDP와 전력 공급 상황에서 더 높은 속도로 동작할 수 있다는 것은 쉽게 생각할 수 없다. 실질적으로는 이 패키지 제한 덕분에 아주 순간적으로만 이런 것이 가능한 만큼, 현실적으로는 95W의 TDP에 맞춰진 전력 부분의 제한을 풀고, 발열 부분에서는 제한을 풀기보다는 좀 더 강력한 쿨링 솔루션을 통해 제한 온도 이내에서 동작할 수 있도록 하는 것이 좋을 것이다.

 
▲ 메인보드는 Z390 쪽이 좋지만, 굳이 고집할 필요는 없을 것이다

9세대 코어 프로세서의 오버클록킹을 위한 준비에서, 메인보드의 선택 또한 중요하다. 9세대 코어 프로세서의 오버클록킹이 가능한 메인보드 칩셋은 현재 Z370, Z390 두 가지가 있는데, 두 칩셋 모두 8, 9세대 코어 프로세서의 사용과 오버클록킹이 가능하지만, USB 3.1 Gen2나 무선 네트워크 지원 등의 기능 차이가 있다. 그리고 오버클록킹 관점에서 이 둘을 비교하면, Z390 메인보드 쪽이 좀 더 최신 기능들을 탑재하고 8코어 프로세서의 특성에 대비하고 있으며, Z370 메인보드에서는 볼 수 없던 몇몇 기능들이 추가된 모습을 볼 수 있다. 하지만 Z370 메인보드로 오버클록킹을 시도한다고 해도, 비슷한 설정에서 성능 등의 차이는 거의 없다.

9세대 코어 프로세서의 오버클록킹은 전통적인 터보 부스트 배수 조절과 베이스 클럭 조절의 양쪽을 자유롭게 사용할 수 있지만, 일반적으로는 터보 부스트 배수의 조절이 간편하고 안전하다. 베이스 클럭을 조절하는 경우 메모리 동작 속도 등이 이에 연동되어 더 높은 동작 속도를 사용할 수 있기도 하지만, 기본 베이스 클럭에서도 이미 충분한 선택의 폭을 제공하고 있는 만큼, 특별한 경우가 아니면 큰 의미가 없을 것이다. 배수 조절의 경우 모든 상황에서 배수를 동기화하는 방법과, 부하에 따라 동작 속도를 바꾸는 방법 중 선택할 수 있는데, 코어 부하에 따라 동작 속도를 정의하는 방법은 좀 더 까다롭지만, 정교한 오버클록킹이 가능하다.

전압 설정은 먼저 전원부 설정에서 각종 제약을 완화시킨 다음에 진행하는 것이 좋으며, 고정 전압과 오프셋, 어댑티브 등의 선택이 가능한데, 난이도 측면에서는 고정 전압이 좋지만 어댑티브 쪽이 가장 정교한 조절이 가능하다. 전압 조절의 경우 원하는 결과를 얻을 수 있을 때까지 조금씩 점진적으로 올리는 것이 정석이지만, 이는 사용자의 취향에 따라 조절 폭을 조절해 시간을 아낄 수도 있을 것이다. 그리고 8코어 구성의 코어 i7, i9의 경우에는 현실적으로 코어 부에서 전압 1.3V 이상, 오프셋 +0.1V 이상이 들어가는 경우에는 발열 문제가 발목을 잡을 수 있으니 고전압 영역에서는 좀 더 신중하게 접근하는 것을 추천한다.

한편, 이번 세대의 메인보드 설정에서도 전체 코어의 터보 부스트 배수를 싱글 코어 배수까지 끌어올려서 제한적이나마 오버클록킹의 효과를 내는 메인보드들의 ‘Multi-Core Enhancement’ 기능은 유효하지만, 그 영향도 크다. 이 설정에 따라 배수와 추가 전압 프리셋이 적용되더라도, 상황에 따라서는 시스템이 정상적으로 동작하지 않는 경우도 생긴다. 이런 상황이 생기는 이유는, 기본적으로 터보 부스트 배수 설정이 이전 세대들보다 훨씬 공격적으로 설정되어 있기 때문이기도 하다.

 
▲ 오버클록킹의 마무리는 정상 동작과 성능, 쿨링 등에 대한 확인이다

기본적인 오버클록킹 설정 이후에는 온도가 적절한지, 다양한 상황의 애플리케이션에서 안정적인 동작이 가능한지 확인하는 과정이 필요하다. 일반적으로는 이 과정에서 코어에 부하가 큰 Linpack 등의 연산 프로그램을 사용하며, Cinebench나 Blender 등의 렌더링 프로그램이나, 3DMark 등의 게이밍 벤치마크도 좋은 도구가 된다. 한편 배수 조절에서 ‘AVX 오프셋’은 코어에 부하가 큰 AVX 연산시 동작 속도를 일정 배수만큼 떨어뜨리는데, 이는 테스트 과정에서 AVX 미사용 애플리케이션에서는 문제가 없지만 AVX 사용 애플리케이션의 테스트를 통과하지 못하는 경우 사용할 수 있는 옵션이다.

이와 함께, 9세대 코어 프로세서의 오버클록킹에서 염두에 두어야 할 점이라면 ‘쿨링’이 있다. 특히 9세대 코어 프로세서는 이전 세대와 달리 패키징에 STIM이 적용되어, 이전 세대 대비 오버클록킹이나 순간적으로 큰 발열이 일어나는 고부하 상황 등에서 프로세서 외부로의 열 전달이 더 빠르고 효율적으로 이루어진다. 또한 9세대 코어 프로세서의 패키징에 STIM이 적용되면서, 기존에는 패키지의 열 전달 효율 문제로 그 가치를 제대로 활용할 수 없었던 고성능 쿨러들도 제 성능을 발휘할 수 있게 되었다. 실제로 9세대 코어 프로세서는 예전보다 순간적인 부하에서 내부 코어 온도 기준으로 움직이는 쿨러의 회전수 변동이 줄어드는 모습도 보였다.

9세대 코어 프로세서의 8코어 구성을 5GHz 수준의 높은 동작 속도로 오버클록킹하는 경우, 패키지의 95W TDP제약을 풀면 실질적으로는 140W 이상의 전력 소비와 만만치 않은 발열이 나온다. 그리고 쿨러를 고를 때, 언제나 수냉이 공냉보다 우수한 성능을 보이는 것도 아니며, 쿨러의 처리 TDP는 고성능 공냉 쿨러가 제공하는 300W 정도면 대부분의 경우 충분히 대응할 수 있을 정도다. 성능을 위해 수냉을 고려한다면 2열 정도까지는 고성능 공냉과 별 차이가 없는 결과가 나오기도 하니, 아예 눈을 높여서 3열 수준을 보는 쪽도 좋을 것이다. 또한 공냉이든 수냉이든, 최종적으로는 실내 온도에 영향을 크게 받는다는 점도 고려해야 할 것이다.

마지막으로, 무리한 오버클록킹 등으로 인해 일어날 수 있는 부품 손상 등의 결과는 모두 사용자의 몫이라는 점을 명심해야 한다. 특히 외관 손상을 수반하는 IHS 제거 등의 개조를 거치는 경우 제품 보증은 이유를 막론하고 무효화된다. 하지만 국내에서 정품 프로세서를 사용하는 경우 외관에 손상이 없다면, 심지어 무리한 오버클록킹으로 프로세서가 손상되더라도 보증 처리를 받을 수 있는 경우도 있다. 이에, 원칙적으로는 모든 보증이 적용되지 않는 오버클록킹으로의 길을 나선다고 하더라도 정품 프로세서를 사용하고, 외관 손상이 없도록 사용하는 것도 나름대로의 전략이 될 것이다.

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