수랭
1. 개요
열을 전달하는 매질이 액체인 냉각 방식. 펌프를 이용해 냉각수를 순환시켜 장치에서 발생한 열을 이동시킨 다음 외부에서 냉각한다.
이 문서에서는 데스크톱 컴퓨터의 부품 냉각 방식 중 하나인 수랭 시스템에 대해 주로 설명하고 있다. 엔진의 열을 식히는 시스템도 같은 수랭이지만 엔진 냉각을 위한 수랭 시스템은 라디에이터 참고. 히트펌프의 응축기를 냉각시키기 위해서도 수랭식 냉각기[2]가 쓰이고 레이저나 촬영소자의 과열을 막기 위해서도 수랭식이 쓰이는 경우가 있고 총기의 과열을 믹기 위해서도 쓰이고 아예 발전소 같은 대형 플랜트 전체를 냉각시키기 위해서 강물을 끌어다 쓰기도 한다.
공랭식보다 효율이 좋고 소음이 상대적으로 적은 장점이 있지만 초기 비용이 많이 들고 설치가 복잡하다는 단점이 있다. 게다가 설치 후에 부품을 바꿀 때마다 냉각시설을 차단 및 분해하고 다시 재조립하는 과정이 들어가니 유지보수도 곤란하다. 덤으로 펌프를 사용해서 고압의 액체를 순환시키기 때문에 장시간 사용하면 누수 현상이 발생하기 쉽다. 농담 반 진담 반으로 수랭식은 곧 터질 수랭이랑 이미 터진 수랭으로 분류된다는 말이 있을 정도. 물 대신 냉매나 기름을 사용하는 경우도 있다.[3]
2. 상세
수랭이 공랭보다 냉각에 더 효율적인 이유는 상온에서 물이 공기보다 밀도와 비열이 더 커 같은 부피 당 더 많은 열을 저장할 수 있을 뿐 아니라 온도도 천천히 상승하고, 열 전도율도 공기보다 커 열 교환이 빠르게 일어나 열 전달 매질로서 더 적합하기 때문이다. 30℃ 기준으로 물은 공기보다 열 용량이 약 6배, 열 전도율은 23배이다. 사실 공기는 냉매로서 최악인데, 겨울에 털옷이나 패딩 점퍼같이 푹신푹신한 옷을 입는 이유가 공기라는 열을 잘 전도하지 않는 물체를 해당 옷 사이 공간에 최대한 많이 넣기 위함이다.
냉매로 냉각수를 쓰며, 증류수와 부동액에 계면 활성제, 알칼리성 인히비터와 색소 등을 첨가해 만든다. 부동액으로는 대부분 프로판디올이나 에탄디올을 많이 쓰나 에탄디올은 독성이 매우 강하기 때문에 자동차 부동액으로 쓰이고, 컴퓨터로는 프로판디올을 더 많이 쓴다. 프로판디올은 스프라이트 등의 식품에도 들어간다. 증류수는 비전도체이기 때문에 회로에 떨어져도 합선이 되지 않는다. 다만 여러 이유로 순도가 떨어지는 순간 전도성을 띄게 되면서 합선이 난다.
워터 블록이 프로세서를 감싸 여기서 발생한 열을 냉각수에 전달한다. 워터 블록에서 데워진 냉각수는 워터 펌프 모터에 의해 호스를 통해 라디에이터로 이동해 이곳에서 식혀진다. 여기서 효율적인 냉각을 위해 팬(Fan)까지 동원한다. 이때 펌프에서 특유의 심장 뛰는 소리 같은 펌프 작동음과 진동이 발생한다.[4]
또한 수랭으로 발생한 열을 식히기 위해선 공기 흐름 설계가 중요하다. 밖으로 방출된 가열된 공기가 역류하지 않도록, 그리고 상대적으로 차가운 공기가 컴퓨터 내부에 들어올 수 있도록 해야 하기 때문이다. 물론 공랭도 이런 점에서 마찬가지이지만, 특히나 수랭에서 중요한 이유는 케이스의 공기 흐름 설계에 따라 라디에이터의 위치가 바뀌기 때문이다. 가열된 공기가 상승한다는 점을 이용해 상단 배기 전면 흡기가 효율적인 경우가 많지만, 가끔 케이스 제작사의 상단과 전면의 설계 수준에 따라 제각각일 수가 있다.
컴퓨터 하드웨어가 취미인 사람들의 실질적인 종착지 역할도 한다. 공랭 방식의 CPU 쿨러가 부수적으로 메인보드 전원부 및 메모리에 냉각 작업을 하는데 비해 일체형 수랭 방식은 이것이 전무하기 때문이다. 그래서 커스텀 수랭 시스템을 마련한다. 냉각하고 싶은 워터 블록을 각각 부품에 맞게 구해 씌우고, 거기에 호스를 연결하기 위한 피팅과 밸브 등을 구매해 서로 연결한다. 그래서 커스텀 수랭 시스템은 컴퓨터 본체 가격이 나온다.
아주 극소수의 유저는 시스템 전체를 미네랄 오일에 빠트리는 유냉이나 액화 질소를 부어가며 오버클럭을 하는 경지까지 도달하기도 한다. 수로를 직접 설계하는 커스텀 수랭은 단순히 성능 뿐만 아니라 디자인적인 만족감도 주기에 하드웨어를 취미로 즐기는 사람들에겐 로망으로 여겨진다.
공랭보다 투자 비용에 비해 효율이 그리 좋지 않다는 의견도 있다. 수랭과 히트 파이프는 둘 다 공통적으로 냉각수를 이용해 냉각하기 때문이다. 다만 워터 블록에서 열을 머금은 냉매를 라디에이터에 전달하는 워터 펌프 모터가 있다는 점에서 수랭이 더 효율적이다. 공랭 쿨러는 아무리 히트 파이프를 많이 꽂더라도 열원에서 멀어질수록, 그러니까 히트 파이프의 끝 쪽 방열핀일수록 열을 전달 받지 못하는 데다 날씨 자체가 더우면 아무리 통풍을 잘해도 CPU 온도가 거기 맞춰서 막장이 되는데 반해 수랭은 더 수로를 길게 늘리거나 라디에이터를 엄청나게 큰 걸 써도 열을 냉각할 수 있다. 다만 비상식적으로 오버클럭을 심하게 하는 경우가 아니면 히트 파이프로도 충분하다.
3. 종목
3.1. 커스텀 수랭
해당 항목 참고
3.2. 일체형 수랭
주로 수랭 방식의 CPU 쿨러로 제품이 만들어진다.
완제품으로 나오는 수랭 방식은 복잡한 것 없이 바로 사용할 수 있지만 동 가격의 공랭 쿨러와 성능이 비슷하거나 밀리는 단점이 있다. 특히 일체형 수랭 쿨러의 경우 비슷한 가격의 대형 공랭 쿨러에 비해 벤치마크 결과가 그리 좋은 편도 아니고 방열 면적도 적고 Fin Per inch도 높아 RPM이 높은 팬을 사용해야 해 소음대비 효율도 떨어지는 편. 물론 라디에이터 크기를 키우고 팬도 120mm짜리 두 개를 사면 효과가 있지만 대신 가격이 보급형 그래픽카드 수준으로 올라가기에 그냥 공랭을 쓰고 주기적으로 청소를 하는 게 효율적인 상황이 발생한다.
다만 팬 2열 이상을 장착할 수 있는 수준(2열 라디에이터)부터는 확실히 웬만한 공랭 쿨러보단 높은 성능을 내 준다. 내부에 먼지가 쌓이지 않는 것과 케이스가 어디 있건 간에 적정 온도를 유지할 수 있는 것, 그리고 상대적으로 CPU에 장착되는 블록이 공랭 쿨러보다 훨씬 면적이 좁다 보니 장착하기 편리하다는 것은 장점. 또한 공랭과는 다르게 CPU의 발열을 아예 케이스 밖으로 버릴 수 있다는 것도 장점이다. 완제품 수랭 쿨러랑 동급의 상위급 공랭 쿨러는 하나같이 크고 아름다운 녀석들이라 경우에 따라선 장착이 제한적인 경우가 많다는 걸 생각하면... 하지만 CPU 주변에 공기가 거의 흐르지 않으므로 대부분의 상황에서 전원부 온도가 공랭 쿨러에 비해선 꽤 높게 측정되는 단점이 있다. 전원부/노스브리지 발열이 골칫거리인 X58 및 AM3+2011 소켓 계열에선 의외로 복병이 될 수 있다. 해결책으로 전원부까지 덮는 수랭 자켓이 나오고 있는 상황이니 크게 문제 될 것은 없다.
하지만 누누이 말하지만, 일체형 수랭도 펌프는 반영구적으로 사용할 수 없다. 코어 온도와 펌프 속도에 따라서 다르지만 얼추 2~3년 사이에 펌프 성능이 절반으로 떨어지니, 오래 쓰다 코어 온도가 올라가거나 펌프 소리가 커지면 펌프 수명이 거의 다 된 것이다. 사실 일체형 수랭이 보급이 몇 년이 지나면서 최대 단점이 드러났는데, 초기에 나온 일체형 수랭의 펌프 수명이 다 돼 AS를 받으러 갈 때 쯤이면 보증이 끝나 그냥 새 물건을 살 정도의 공임비를 요구하고 AS 기사도 수리가 돼도 방수는 보증이 안된다고 말을 할 정도이다.
3.3. 그래픽카드에서의 수랭
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간혹 그래픽카드에서 수랭을 쓰기도 하는데, 과거에는 R9 295X2 같은 초고급형에만 쓰였지만 2015년 6월 AMD가 Fury X에 수랭 쿨러를 붙이고 649달러의 가격표를 달아 출시하였다. 사실 엄밀히 말하면 7990 MARS 등처럼 295x2 이전에도 수랭을 채용한 VGA가 존재했으며, 커스텀 블록을 달아 VGA/CPU 전체를 수랭식으로 구성하는 것은 그보다 더 오래전부터 보편화되어 있었다. 다만 '레퍼런스'로서 수랭을 기본으로 장착한 건 295x2가 최초.
또한 대부분의 퍼포먼스/하이엔드급 레퍼런스 그래픽카드의 경우 여기에 장착할 수 있는 하이브리드 수랭 쿨러 솔루션이 여러 회사에서 출시되어 있다. GPU 코어, 경우에 따라서는 VRAM까지 수랭 쿨러가 냉각하고 전원부의 경우 따로 방열판을 달고 소형 공랭 쿨러로 냉각하는 방식이다.
물론 커스텀 수랭을 위해 GPU 코어, VRAM, 전원부까지 물로 냉각할 수 있는 워터 블록도 출시되고 있으며, 비레퍼런스 카드의 경우 대부분 얄짤없이 전용 워터 블록을 구매해야 한다.
일체형은 몰라도 워터 블록을 쓴다는 얘기는 커스텀 수랭 시스템을 쓴다는 얘기이므로 돈이 굉장히 많이 든다. 당장 워터 블록만 해도 $100 이상씩 한다.
보통 CPU는 모듈 형태의 일체형 수랭 쿨러를 사용하는 경우도 많아졌지만, 아직까지 그래픽카드는 그 모습을 찾기 어렵다. 나와도 비레퍼 제작사에서 나오는 경우만 간혹 있는 정도. 그래서 번거로운 조립형 수랭 쿨러 설치가 싫은 유저들을 위해 이런 제품이나 이런 형태의 어댑터도 판매된다. 전자는 그냥 장착하면 사용할 수 있고, 후자는 CPU용 수랭 쿨러와 함께 장착할 수 있다. GPU 외의 전원부와 VRAM의 쿨링을 위한 작은 쿨링팬이 달려 나오는 형태로, 이걸 사서 그래픽카드에 CPU용 일체형 쿨러와 같이 끼면 된다. 가격이 좀 되지만 관심 있는 사람에겐 꽤나 유용할 수 있다.
또, 아예 개인이 이런 식으로 CPU용 대형 방열판을 장착할 수 있게 개조하는 경우도 있다. 공간 때문에 비효 열적인 납작한 형태의 그래픽카드 쿨러와는 비교도 할 수 없을 정도로 성능이 좋지만, 일반적인 케이스에서는 장착할 수 없다. 그냥 대책 없이 장착했다간 그래픽카드 PCB 기판이 무게 때문에 박살날 수도 있다 보니... 만약 이런 걸 장착하고 싶다면 지지대 설치는 필수고, 가급적이면 PCI-E 연장 케이블을 사용해 따로 세워서 사용해야 한다.
4. 여담
대개 "수냉"으로 틀리게 표기하는 이들이 많은데 冷의 본음이 '''"랭"'''이므므로 수랭이 올바르다.[5] 두음 법칙 때문에 혼선이 온 것으로 보인다.
수랭쿨러의 냉각효율과 정숙성은 인정하면서도 컴퓨터 본체 안에서 물이 흘러다닌다는 사실에 생리적인 불안감과 공포심을 느껴 수랭쿨러를 싫어하는 사람도 많다. 실제로 누수가 발생하면 심각한 문제를 야기하기도 하고....
참고로 이 짓을 건물 단위로 하는 용자집단도 있다. 바로 구글. 핀란드에 있는 제지공장을 사들여서 그 건물을 해수 냉각 시스템을 가진 데이터센터로 개조해 버렸다(!).
수랭식은 공랭식에 비해 냉각에 공간을 많이 필요로 하지 않아서, 크기를 극단적으로 줄여 컨테이너 안에 서버를 우겨넣는 데 쓰이기도 한다.
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문제점으로 안의 냉매가 터지면 이렇게 된다(...) 사진은 파워맥 G5. 맥 프로의 전신으로, PowerPC G5의 발열을 감당하기 위해 수랭 시스템을 탑재했는데 이게 수명이 다해 터지는 일이 속출했다. 당연히 결과는 처참하게 변한 부품들. 때문에 후속작 맥 프로부터는 공랭식으로 바뀌었다.
수랭식이라고 물만 넣을 수 있는 건 아니어서, 유튜브에는 온갖 액체를 넣어 냉각제로 쓰는 일 이 허다하다. 맥주, 위스키, 보드카 등등(...) 당연히 재미를 위해서 찍는 영상들이니 효과가 좋다고 따라할 생각은 말자. 보드카가 내부에서 터지기라도 하면 뒷일은 책임 못진다(...).
국내에 자작 수랭 시스템을 이용하여 온수기를 만든 사람이 있다. 당연하지만, 수랭시스템에서 나온 물은 열을 먹어 따뜻하기 때문에 온수가 된다. 난방비도 절감하고 컴퓨터도 사용할 수 있으니 일석이조인 듯.
5. 수랭을 사용할 경우 방 자체의 온도가 감소한다?
원본 영상 : LinusTechTips
유튜브의 IT 리뷰 채널 LinusTechTips에서는 이 주제를 두고 실험을 했다. 실험 결과 수랭으로 하나 공랭으로 하나 방 온도에는 변화가 없다는 사실이 밝혀졌다.
즉, 결론은 다음과 같다.
공랭/수랭 사용 시 방의 '''Terminal temperature'''에 차이가 있는가? : '''없다.'''
공랭/수랭 사용 시 방의 온도 상승'''속도'''에 차이가 있는가? : 있다. 열발산이 빠른 쪽이 방 안의 온도를 더 '''빨리''' 올린다. (더 빠르게 올리는 것이지 더 높게 올리는 것이 아니다!)
간단히 생각해서 냉장고를 열어놓는다고 해서 집이 시원해지지는 않는 것을 생각하면 된다.
컴퓨터로 인한 방 온도 상승을 막기 위한 가장 좋고 원칙적은 방법은 수랭쿨러 라디에이터를 실외로 빼내면 된다. 멀리 갈 것도 없이 에어컨이 이런 원리다.[6] 어찌 보면 물의 뛰어난 열 전도성을 활용하는 가장 원칙적이고 좋은 방법이다.
6. 관련 문서
[1] 수랭 쿨링 시스템 제작과 컴퓨터 부품 리뷰로 유명한 유명한 해외 유튜버 Jayztwocents의 Skunkworks라는 이름의 시스템이다.[2] 흔하게 보이는 냉각탑[3] 그런데 기름을 냉매로 쓰는 경우는 보통 기름에 아예 부품을 담궈서 냉각하는 유냉식인 경우가 많다.[4] 다만 다이어프램(Diaphragm) 방식 펌프인 경우에만 발생하고 임펠러(Impeller) 방식 펌프는 조용한 편이다.[5] 같은 원리로 공랭, 유랭 역시 ''공냉'', ''유냉''으로 그르게 표기하는 사례가 많다.[6] 냉장고나 에어컨이나 기본 원리는 같지만, 냉장고는 냉장고 내부의 열을 빼내 '''집 안에''' 버리기 때문에 집을 시원하게 만들 수는 없는 것이다.