샌디브릿지 메인보드의 선택 (메인보드 보는법 2부: 전원부와 페이즈(Phase))

 메인보드(Mainboard)를 선택하는
 과정을 나열하면

1. 프로세서(CPU)와의 소켓 호환성을
    고려하고,

2. PC케이스의 크기를 고려하며
    메인보드의 크기를 선택합니다.

3. 구성하고자하는 시스템의 특성을
    파악하여  메인보드의 칩셋(P67, H67, H61, Z68 등등)을 선택합니다.
    (하드의 갯수, 다중 그래픽카드의 구성여부, USB포트의 갯수와 USB3.0의 유무 등등)

4. 전원부의 구성을 고려하여서 최종 제품을 선택합니다.

    그러나 위의 이러한 순서를 뒤엎는 요소가 하나 있는데... 
    지출 가능한 ￦금액 이라고 했습니다.

                    메인보드의 종류와 크기에 대한 설명은 아래의 링크를 참고하세요.
           링크 ☞  샌디브릿지 메인보드의 선택 (메인보드 보는법 1부: 종류와 크기)

 

위의 3번에 대해서 부연설명을 조금 더 하자면

P67칩셋을 적용한 보드라도
10만원초반의 제품부터 60만원대까지 다양하게 나오는데

이 다양한 금액에 영향을 끼치는 요소로는
NF200 브릿지 칩, PLX브릿지 등등 보다 성능을 강화시켜주는 칩셋의 유무와 지원하는 사타포트의 갯수, USB3.0의 지원유무 등등의 요소도 있지만...
"전원부의 구성이 어떻게 되느냐?" 역시
가격에 많이 반영되는 요소입니다.

예를들면
P67,H67 칩셋이 지원하는 SATA3 (SATA 6Gbps) 포트수는 2개
입니다. 그러나 20만원대의 보드를 보면 4개의 Sata3(SATA 6Gbps) 포트를 지원하는 보드가 많은데... 이것은 제조사에서 별도의 칩을 추가했다는 것을 알수 있습니다.

   NF200 칩은 다중멀티 그래픽카드(SLI or CorssFire)를 구성할때...
   3개의 그래픽카드를 연결(3Way)할때 데이터의 병목현상을 발생하지 않게
   하기 위해서 탑재하는 칩셋입니다. 
    ※ 2개 그래픽카드를 구성할때도 NF200 칩셋을 적용하지 않으면 5%안쪽의 성능하락이 있으나...
        NF200 칩셋이 추가된 보드와의 가격을 감안할때는 무시할 수준입니다.

   PLX는 PCi-E의 대역폭을 늘려줘서 SATA3 (SATA 6Gbps), USB3.0을 동시에
   사용하여도 VGA의 성능하락이 없도록하는 칩셋입니다.

즉 위의 요소들이 성능향상적인 요소보다는
확장성을 높이고 확장시 성능이 하락되는것을 막는 요소라면...
아래에 설명하게될 메인보드 전원부는 보다 안정적으로 오랫동안 사용하기 위한 요소입니다.

이런말이 있죠?
"전쟁에 지고 온 병사는 용서를 받을 수 있지만, 배급에 실패한 병사는 용서를 받을 수 없다"
군대에 가지 않았어도 한번즘은 들어보셨을건데....

24 Phases 기가바이트 메인보드

메인보드의 전원부는
파워(PSU)에서 공급되는 12V의 전압을 CPU와 RAM
그리고 각종 칩셋들이 요구하는 수준으로 낮춰서 공급하는 역활을 합니다.
즉 메인보드의 전원부가 좋으면 좋을수록 이 배급을 보다 확실하게 하는것입니다. 배급잘한다고 부대의 전투력이 올라가는것은 아니지만... 안정적유지는 가능한것 처럼... 안정적인 전원부는 PC의 안정적인 동작을 위해 반드시 필요한 부분입니다.




이제부터 살짝 전문용어가 많이 나오게 되는데...
메인보드들을 살펴보다 보면 가장많이 접하는 스펙중에 페이즈(Phase)라는 단어를 많이
접하게 될것입니다. (오늘 작성하는 내용 역시 이 Phase에 대한 내용입니다.)

1페이즈(Phase) 라는 것은 하나의 전원부(電源部)를 말합니다.
여기 부(部)라는 단어에서 알수 있듯이 여러개의 요소가 모여서 하나의 부를 구성한다는 것도
짐작 가능하실것입니다. (농구부는 농구감독 + 코치 + 선수 이렇게 구성되어 농구부를 이루것과 같죠)
3페이즈는 3개의 독립된 전원부를 말하고 8페이즈는 8개의 독립된 전원부를 말합니다.

하나의 페이즈(Phase)는
초크(Cholk), 모스펫(MOSFET)소자, 스위칭 레귤레이터(Switching Regulator),
콘덴서(Condensor), Switching Regulator를 컨트롤하는 드라이버 칩으로 구성되어 있습니다.

모스펫 MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effec Transistor)
모스펫은 메인보드에서 스위치의 역활을 하게 되는데... 이 스위치역활에 대해서 말하자면..
모스펫은 반도체입니다.
즉 전기가 통하는 도체와 통하지는 않는 부도체로 조절할 수 있습니다.
모스펫 다리가 3개인 소자로 각 다리부분의 명칭은 Gate, Source, Drain 이라고 합니다.

일반적으로 소스와 드레인 사이는 부도체로 되어 있습니다. 이 부도체에 약간의 불순물을 집어넣어서 그 안에 약간의 자유전자가 존재하게 됩니다. 이것이 반도체의 원리입니다.

그런데 소스와 드레인 사이에 있는 Gate 에 전압을 걸어주면 (+) 가 (-) 를 끌어들이는 원리로 인해
소스와 드레인 사이의 공간에 있던 약간의 자유전자가 gate 주변으로 몰리게 됩니다.
바로 이때 모여진 전자들때문에 소스와 게이트에 전류가 흐를 수 있는 통로를 만들어 주게 되고
전기가 통하게 됩니다. 반대로 gate 에 전압을 걸어주지 않게되면 모여있던 전자들이 흩어지게 되어 다시 전기가 흐르지 않게 되는 것입니다.

1.코일초크(Coil Choke) 2. SFC (Super Ferrite choke) 3.페라이트초크(Ferrite Choke) 4.코일초크-금속제 초크

초크 Choke
전원부의 고주파 노이즈를 걸러주는 필터역활을
하는 소자입니다.
같은 원리의 제품들로는 마우스나 각종 입출력 케이블에 보면 노이즈 필터라고 달린것이 있는데.. 전자석으로 생각하시면 되는데... 전선에 전류가 흐르면 자기장이 형성되서 일정주파수 이상을 걸러주는 것입니다.

코일의 형태를 강화하고 안정성을 높힌것이 큐빅코일 또는 차페형 페라이트 초크가 있는데...
코일 내부의 전기장이 만들어내는 자기장에 의해 서로 불안하게 동작하거나 고주파잡음을 만들어내는것을 막기위해 차폐장치로 코일 주변을 감싸 자기장이 세어나가는 것을방지하고 내부에서는 금속물질의 차폐장치가 스스로 자기장을 흡수하고 다시 내부의 자기장만을 강화시킵니다.

캐패시터 또는 콘덴서
(Capacitor or Condensor)
기본적으로 전기를 띤 입자인 전하를 충전, 방전 하는 소자
입니다. 간단하게 말하면 전기를 보관하고 있는 임시 창고같은것입니다.
자신이 충전하고 있는 전압보다 높은 전압이 인가될 경우에는 '충전'을 하며, 자신이 충전하고 있는 전압보다 낮은 전압이 인가될 경우에는 '방전'을 하여 항상 일정하게 전기가 공급되도록 돕는 장치입니다.
즉, 전원라인에 어느 정도 전압변동이 있어도 충전, 방전의 동작을 통해 그 변화의 폭을 다소 줄여서 거의 일정하게 전원을 공급해 주는 소자입니다.

스위칭 레귤레이터 (Switching Regulator)

스위칭 레귤레이터
(Switching Regulator)
메인보드의 메인 전원부는 파워 서플라이에서 DC로 변환된 12V전원을 받아 CPU와 칩셋에 공급하기 위한 일종의 레귤레이터(Regulator)입니다.

레귤레이터는 DC to DC (직류-직류) 컨버터로 파워에서는 12V,5V의 전압을 보내주지만 실제 CPU와 RAM에서 사용하는 전압은 1.5V 정도입니다.
즉 전압을 낮춰서 공급해야 될 것인데. 이 역할을 하는 것이 레귤레이터입니다.

일정한 출력전압(레귤레이터 : Regulator)를 만드는 방법은 크게 2가지입니다.
하나는 리니어 레귤레이터 방식이 있고 또 하나는 스위칭 방식입니다.

리니어 레귤레이터(Linear Regulator) 방식이란
입력을 받아 필요한 만큼의 출력전압을 내보내고 나머지는 자신이 열로 방출하는 것입니다.
따라서 입출력전압차가 많을 때는 효율이 매우 나빠지고, 열도 많이 발생하게 됩니다. 아마 이 방식을 사용하게 되면 CPU쿨러만한 쿨러가 메인보드 전원부에도 하나 달려있어야 될 것입니다.

스위칭 레귤레이터(Switching Regulator)는
스위칭 레귤레이터는 단순히 초당 엄청난 횟수의 ON/OFF를 반복해서 원하는 전압을 만들어내게
됩니다. 위의 리니어 보다 효율이 높고, 열 발생이 적기 때문에 콤팩트(Compact)한 설계를 할 수 있습니다. 그러나 회로가 복잡하고 노이즈가 심하다는 단점도 있습니다.

   위의 두 방식에 대해 예를 들자면…….
   밭에 물을 주는데 항상 일정하게 주어야 한다고 가정합니다.
   물론 들어오는 물은 이보다 많죠. 여기에는 두 가지 방법이 있습니다.
   하나는 물의 일부를 버리고 필요한 양만큼만 공급하는 방법이 있고 
   또 하나는 물줄기를 막았다 풀어주었다 하면서 공급해 주는 방법이 있습니다. 

   전자의 방법이 리니어(Linear) 방식이라면 
   후자의 방식이 스위칭(Switching) 방식이라 할 수 있습니다.

즉 메인보드의 스위칭 레귤레이터는
단순히 초당 엄청난 횟수의 ON/OFF를 반복해서
원하는 전압을 만들어낸다고 했습니다.

이때 ON/OFF의 스위치가 위에서 언급한
"모스펫(MOSFET)"이 사용됩니다.
그리고 이 횟수를 조절하기 위해서
Switching Regulator를 컨트롤하는 드라이버 칩이 있게 됩니다.
그리고 수많은 ON/OFF 를 반복할 때 노이즈가 심하게 발생하게 됩니다. 이 ON/OFF 스위칭 과정에서 발생하는 노이즈를 걸러주는 "초크코일 또는 페라이트 초크"가 달려있습니다.


작성하다보니 그냥 설명만 잔뜩하게 되었는데... 
5페이즈의 구성이라면 CPU에 필요한 전압을 만들어내기위해 각각 1/5 정도만 사용하게 됩니다.
10페이즈의 구성이라면 1/10 정도만 사용하게 됩니다. 
페이즈(Phase)의 수가 늘어나면 늘어날수록 구성하는 각 페이즈당 할일은 줄어들게 됩니다. 즉, 각 부품에 부하가 줄어들면 그만큼 수명이 연장된다는 것이고, 각 페이즈에서 만들어내는 전압 또한 적기 때문에 그 노이즈가 적을 것입니다.

     일반적으로 6페이즈 보다는 8페이즈가 그보다는 12페이즈의 구성이 보다
     효율적입니다. 그러나 이러한 것이 반드시 적용되는것은 아니고
     1페이즈(Phase)당 공급되는 전류의 양이 더 중요합니다. 

8페이즈 또는 12페이즈 이런 식으로 표기한 제품들도 있지만...
12+2 또는 8+1 등의 표기도 볼 수 있는데…….
여기서 +1 또는 +2 라고 표기된 것은 CPU가 아닌 메모리를 위한별도 전원부를 나타내는 것입니다.
오버클럭을 위한 제품일 경우 메모리 역시 고전압을 가하는 경우가 많기에 메모리를 위한 별도의
전원부를 부각시키기 위해 +1 또는 +2 형식으로 표기하는 경우가 많습니다.

위의 내용은 중저가 메인보드의
아날로그 전원부에 해당되는 내용이고,
고가의 메인보드일수록 디지털 전원부를 많이 채용하고 있고 앞으로의 대세라고 여겨집니다. 이것은 디지털의 관리의 획일화를 통한 제품의 일정수준을 맞출 수 있다는 것이 대표적인 이유입니다.

아날로그 방식은 저항이나 캐패시터 (콘덴서)등을
통해 처리되는 과정에서 열잡음, 주위 온도의
불안정성 등의 문제를 내포하기에, 일정수준
이상의 결과를 얻어내기가 어렵습니다.

그러나 이를 디지털 방식으로 처리하게 되면, 소프트웨어를 통해 컨트롤되어 간단히 변경이 가능하고 같은 회로 여러 개를 만들어도 동일한 특성을 가진 제품을 생산할 수 있습니다. 반면, 아날로그는 특성에 민감하기 때문에 동일한 특성을 가진 제품을 생산하기는 어렵습니다.

즉 대량생산에서도 유리하고, 디지털의 특성인 여러 기능의 통합으로 생산 단가의 절감으로
이어지게 됩니다.

                                                 메인보드의 보는법 
           링크 ☞  샌디브릿지 메인보드의 선택 (메인보드 보는법 1부: 종류와 크기)
   링크 ☞  샌디브릿지 메인보드의 선택 (메인보드 보는법 2부: 전원부와 페이즈(Phase))

디지털 전원부는 데이터시트를 들어다 봐야 되는 거라 그냥 미루고 있지만…….
언젠가는 한번 다루도록 하겠습니다.