인텔이 출시한 9세대 코어 프로세서는 기존 8세대 코어 프로세와 같은 14nm 공정을 이어받았다. 14nm 공정의 최적화라는 의미로 14nm++ 공정으로 불리며 헥사(6) 코어에서 2개의 코어가 더 증가한 옥타(8) 코어로의 전환이 진행되었고 동작 클럭도 이전보다 더 증가하며 성능 향상을 이어가고 있다. 

9세대 코어 프로세서는 6코어의 8세대 코어 프로세서를 이어 8코어로의 전환은 비교적 순조롭게 진행되었지만 기본적으로 물리 코어도 증가하고 싱글 코어 부스트 클럭도 최대 5GHz에 도달했다. 이는 기존 프로세서 대비 발열 및 소비전력이 필연적으로 증가할 수밖에 없는 상황이다.

그에 따라 9세대 코어 프로세서는 오버클럭 지원에서도 기존과 약간의 차이를 보이게 된다. 인텔은 9세대 코어 프로세서도 기존과 같이 배수 조절이 자유로운 K 시리즈 CPU를 유지하고 있지만 더 많아진 코어와 높아진 클럭 등으로 오버클럭 잠재력과 한계가 보다 명확하게 드러난다.

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8코어로 돌아온 인텔 9세대 코어 프로세서

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인텔 9세대 코어 프로세서와 오버클럭(OC)

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PC를 이용하는 작업은 대부분 CPU 자원을 항상 100%로 활용하지 않아 여유 자원이 남아 있으며 멀티 코어화되면서 여러 가지 작업을 동시에 진행하는 멀티 태스킹도 보다 원활해졌다. 보통 메인스트림 CPU에 적용하는 TDP 95W 범위 내에서 동작하므로 쓰로틀링(Throttling)을 경험할 일도 그렇게 많지는 않다.

하지만 렌더링이나 영상 편집 등 CPU에 장시간 높은 부하가 적용되는 특정 작업에서는 안정적인 쿨링 환경 등이 갖추어져 있지 않다면 쓰로틀링 현상을 빈번하게 목격할 수 있다. 안정적인 사용을 위해서는 전반적인 PC 환경을 고려해야 한다.

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오버클럭과 발열로 인한 코어 i7 9700K(5.0GHz OC)의 쓰로틀링(Throttling)

일반적으로 알려진 쓰로틀링은 CPU가 손상되는 한계 온도에 도달하지 못하도록 클럭이나 전압을 강제로 낮추는 것을 말한다. CPU와 메인보드에는 온도로 인한 손상을 방지하기 위한 한계 설정을 미리 해놓아 오버클럭이나 쿨링 솔루션 장착 오류 등 다양한 상황에 대비하고 있으며 9세대 코어 프로세서도 예외는 아니다.

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인텔은 쿼드(4) 코어를 수년 동안 유지해왔고 최근 헥사(6) 코어와 옥타(8) 코어로의 전환이 이루어졌지만 공정이나 아키텍처의 전환은 크게 이루어지지 않았고 CPU의 물리 코어 및 클럭 증가가 복합적으로 이루어지면서 쓰로틀링의 영향은 그만큼 더 커지게 됐다.

메인스트림에 처음으로 8코어를 도입하는 코어 i9 9900K와 코어 i7 9700K는 싱글 코어 최대 부스트 클럭이 각각 4.9GHz와 5GHz로 증가하는 등 6코어를 도입한 8세대 코어 프로세서보다 쓰로틀링으로 인한 오버클럭의 한계를 더 쉽게 접할 수 있게 됐다. 특히 최대 8코어와 함께 상징적인 5GHz 클럭을 달성한 코어 i9 9900K는 쓰로틀링에 보다 민감해진다.

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이로 인해 9세대 코어 프로세서의 오버클럭은 기존 8세대 코어 프로세서와 다른 양상을 보이게 되었고 그만큼 CPU 오버클럭을 위해 고려해야 할 것들이 더 많아진 셈이다.

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오버클럭 향상을 위한 솔더링(STIM) 부활과 CPU PCB 두께 증가

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열전달 효율 향상을 위한 솔더링 (Solder Thermal Interface Material, STIM)

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인텔 9세대 코어 프로세서는 14nm 공정을 유지하면서 최대 8코어와 상징적인 5GHz 달성으로 이전 세대보다 쓰로틀링이 발생할 가능성이 높아졌다. 이는 오버클럭 가능성과 잠재력도 한계에 가까워졌다는 것을 의미하는데 인텔을 이를 보완하기 위해 히트스프레더와 코어 사이의 간극을 줄이고 열 전도율을 높이기 위한 시도가 이루어졌다.

그것은 바로 솔더링(STIM)이다. 인텔은 샌디브릿지(Sandy Bridge) 발표 당시 솔더링(Solder)을 적용해 안정적인 열전달이 가능하도록 했으며 이를 통해 오버클럭 지원면에서도 향상이 이루어졌다. 이후 7세대와 8세대 코어 프로세서는 솔더링 대신 서멀 그리스 TIM을 이용해 솔더링은 사라지는 듯했다. 오버클럭 과정에서도 안정적인 열 전달을 통한 온도 상황과 안정적인 동작을 위해 히트스프레더 (IHS)를 제거하는 일명 뚜따가 본격화됐다.

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뚜따 작업은 오버클럭이나 일반 사용에서 발생하는 발열을 효과적으로 처리할 수 있는 장점이 있지만 A/S를 포기해야 하는 큰 단점이 있다. 오버클럭에 사용하는 K 시리즈 CPU는 고가에 속하기 때문에 오버클럭을 위해 포기해야 하는 것이 작지 않다. 솔더링은 이런 부분을 줄일 수 있으며 번거로운 과정을 줄일 수 있고 안정적인 동작을 돕는다는 점에서 환영할 수 있다. 반면 CPU 제조사 입장에서는 추가 작업에 따른 비용과 작업 과정에서 발생하는 CPU 불량 등으로 인한 리스크가 존재한다. 14nm 공정의 한계에 도달한 코어 i9 9900K는 오버클럭이 쉽지 않지만 이보다 낮은 단계의 코어 i7 9700K와 코어 i5 9600K는 보다 만족스러운 쿨링 특성을 제공할 수 있게 됐다.

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CPU PCB 두께 증가한 인텔 9세대 코어 프로세서 : 코어 i7 9700K (1.15mm)과 코어 i7 8700K (0.87mm)

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또한 9세대 코어 프로세서는 이전 8세대 코어 프로세서와 다르게 CPU의 PCB의 두께가 증가했다. 인텔 CPU는 한동안 PCB가 얇아져 오버클럭이나 안정적인 쿨링 성능을 얻기 위해 장착하는 고성능 쿨링 솔루션의 장력에 의해 CPU의 PCB가 휘어지거나 다른 상황으로 손상되는 문제를 자주 접할 수 있었는데 PCB가 두꺼워지면서 이러한 상황에서 조금은 자유로울 수 있게 됐다.

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이처럼 두꺼워진 CPU의 PCB는 고성능 쿨러 장착시 발생하는 문제를 보완할 수 있는 부분 외에도 더 많은 전력을 CPU에 안정적으로 공급할 수 있도록 해주기 위한 전력 공급 라인을 강화하는 역할도 있는 것으로 알려졌다. 기존 대비 더 늘어난 8코어 구성에 따라 그만큼 안정적인 전원 공급은 중요하기 때문이다.

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인텔 9세대 코어 프로세서를 위한 전원부 보강, Z390 메인보드

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인텔이 새로 출시한 Z390 칩셋 기반 메인보드는 9세대 코어 프로세서의 증가한 코어와 클럭을 고려해 안정적으로 동작할 수 있는 전원부를 제공한다.

인텔 Z390 메인보드는 전반적으로 기존 Z370 칩셋 메인보드 대비 일반 및 오버클럭 상황 모두에서 보다 안정적으로 동작할 수 있도록 전원부가 보강된 것이 특징이다.

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전력 공급 강화한 Z390 메인보드 전원부  (기가바이트 Z390 Gaming SLi 제이씨현)

인텔 Z390 메인보드에서는 발생하지 않는 쓰로틀링 현상이 Z370 메인보드 일부에서는 확인되고 있다. 실제로 Z370 메인보드를 이용해 테스트를 진행하는 과정에서 6코어 12스레드(6C/ 12T)의 코어 i7 8700K에서 특별한 문제가 발생하지 않았던 것과 달리 전원부 VRM 쓰로틀링 현상을 목격할 수 있었다.

이는 코어 i9 9900K 또는 코어 i7 9700K가 보통 메인스트림 CPU에 적용하는 TDP 95W 범위 내에서 동작하지만 과부하가 걸리는 특정 작업이나 부하가 지속적으로 발생하면 TDP 상승과 발열의 증가로 쓰로틀링을 보다 쉽게 접할 수 있기 때문이다.

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코어 i9 9900K와 인텔 Z370 메인보드 조합(메인보드 전원부 VRM 쓰로틀링)

전원부 VRM 쓰로틀링은 전원부의 발열과 전력 한계를 넘어서는 과정에서 주로 발생한다. Z370 메인스트림 이상의 제품군은 6코어 기반 프로세서와 8코어 CPU 호환을 염두에 두고 설계된 것을 고려할 때 전력 한계보다는 전원부 발열로 인한 쓰로틀링의 가능성이 높아 보여 Z370 메인보드와 8코어 기반 코어 i9 9900K 또는 코어 i7 9700K를 사용한다면 안정적인 동작을 위한 전원부 방열 대책도 반드시 필요해 보인다.

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결과적으로 Z370 메인보드가 6코어 기반의 8세대 코어 프로세서 코어 i7 8700K와 같은 CPU에 최적화되었다면 Z390 메인보드는 8코어에 최적화된 설계가 더해졌다. 8코어의 발열과 전력 한계를 고려한 설계가 더해진 만큼 공급되는 전력과 전원부 방열 대책 역시 한층 강화되었다. 그렇기 때문에 일반 사용 및 오버클럭 상황에서 보다 잘 견딜 수 있으며 오버클럭 잠재력을 더 이끌어낼 수 있음을 의미한다.

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인텔 9세대 코어 프로세서 오버클럭(OC), 쓰로틀링 제한 해제

CPU 오버클럭에서 발생하는 쓰로틀링은 발열과 전력 공급, TDP 한계를 넘어서는 소비전력, 메인보드 전원부의 온도 제한 등 다양하게 발현될 수 있고 이들이 복합적으로 작용할 수도 있다. 이들 중 어느 하나만 적용되어도 CPU 속도와 전압이 낮아지고 제 성능을 내지 못한다.

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오버클럭에 의한 클럭 향상은 발열과 전력 증가로 이어져 쿨링 솔루션이나 메인보드 전원부 VRM이 감당하는 한계를 넘어선다면 쓰로틀링은 자연스럽게 나타나고 이를 해결하지 못하며 오버클럭은 실패하게 된다. 일반적인 상황에서도 부하가 지속적으로 발생할 때 쿨러나 메인보드 전원부 VRM 등이 견디지 못한다면 쓰로틀링을 통해 CPU를 보호한다.

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​인텔 코어 i9 9900K, 전력 제한으로 인한 쓰로틀링

보통 퍼포먼스급 이상의 메인보드를 사용한다면 메인보드 전원부 VRM 설계가 오버클럭 상황에서도 안정적으로 동작하도록 구성되는 만큼 대체적으로 CPU의 발열과 전력 공급, TDP 한계를 넘어서는 소비전력 등이 오버클럭 과정에서 쓰로틀링이 발생하는 원인으로 작용한다.

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인텔 익스트림 튜닝 유틸리티 (intel XTU) 제한 해제 (터보 부스트 파워 Max, 코어/ 캐쉬 IccMax)

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최근에는 여러 가지 유틸리티가 등장해 PC의 윈도우 상에서 전압이나 전력 등의 변화를 체크할 수 있지만 쓰로틀링을 보다 상세하게 체크할 수 있는 소프트웨어는 인텔이 제공하는 익스트림 튜닝 유틸리티(Extreme Tuning Utility)가 있다.

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또한 인텔 익스트림 튜닝 유틸리티는 전압과 전력 변화, CPU 온도, 쓰로틀링, 오버클럭과 안정성 테스트까지 지원하고 있어 오버클럭 후 간단한 안정성 테스트도 진행이 가능하다. 또 오버클럭 등에서 발생하는 전력 제한을 해제하기 위해 터보 부스트 파워 Max나 코어 IccMax, 캐쉬 IccMax 등의 설정 값을 조정해 이를 보완할 수 있다.

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기가바이트 Z390 Gaming SLi 제이씨현(M.I.T.의 CPU 설정)

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인텔 익스트림 튜닝 유틸리티와 같은 소프트웨어로 전력 제한 등을 해제가 가능하지만 보다 확실하게 하드웨어적인 제한 해제 등이 필요하다면 사용하는 메인보드의 바이오스(BIOS)에 진입 후 CPU 전력 설정 메뉴로 이동해 전력 제한 부분을 최대값으로 설정해주면 된다. 메인보드에 따라 설정값에 따라 차이가 있으며 기가바이트 Z390 Gaming SLi 메인보드는 위 이미지와 같은 값들이 최대값으로 설정 가능하다.

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이와 같이 윈도우용 소프트웨어나 메인보드의 바이오스 전력 제한 해제를 설정했다면 지속적인 부하를 주어 안정성을 테스트하는 스트레스 테스트 소프트웨어를 이용해 쓰로틀링을 확인해보며 진행하면 보다 안정적인 오버클럭을 시도할 수 있다.

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9세대 코어 프로세서 오버클럭, 2열 이상의 일체형 수냉 쿨링 솔루션 필요

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또한 오버클럭에서 안정적인 전원을 공급하는 파워 서플라이(PSU)는 기본 사항이며 8코어와 증가하는 클럭으로 인한 발열을 안정적으로 제어해줄 쿨링 솔루션의 역할도 이전 세대 보다 중요해졌다.

특히 9세대 코어 프로세서는 8코어로 코어 수가 증가하고 고클럭 적용에 따라 부하 상황에서 발열 제어가 중요하다. 이전까지는 고성능 공랭 쿨링 솔루션도 어느 정도 감당이 가능했지만 9세대 코어 프로세서는 감당이 어려워졌다. 때문에 고성능 공랭 쿨링 솔루션보다는 2열 이상의 일체형 수냉 쿨링 솔루션을 이용한 냉각이 필요하다. 더 나아가 커스텀 수냉 쿨링 솔루션을 이용할 수도 있다.

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인텔 9세대 코어 프로세서, 안정적인 오버클럭을 위한 준비 필요

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인텔 9세대 코어 프로세서는 14nm 공정의 최적화를 통해 최대 8코어 구성이 가능해졌으며 코어 i9 9900K는 상징적인 5GHz 클럭도 달성했다.

이 과정에서 솔더링(STIM)을 통해 뚜따 과정을 줄여 A/S를 포기하지 않고도 이전보다 조금 더 효율적인 발열 제어가 가능해졌다. CPU PCB 두께도 증가해 쿨러 장력에 따른 PCB 손상도 줄일 수 있게 됐다.

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인텔 9세대 코어 프로세서, 안정적인 오버클럭을 위한 준비가 필요하다

새로운 인텔 9세대 코어 프로세서는 8개로 늘어난 코어로 인해 오버클럭 적용시 일반 공랭 쿨링 솔루션으로 발열을 감당하기 어려워지기도 했다. 온도와 발열 등으로 인한 쓰로틀링을 줄이기 위해서는 적어도 2열 이상의 일체형 수냉 쿨링 솔루션(AIO)이 필요해졌으며 안정적인 전원 공급 유지를 위한 파워서플라이 선택도 중요하다.

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또한 9세대 코어 프로세서를 위한 메인보드의 전원부 VRM 설계도 살펴야 한다. 8코어와 고클럭으로 동작하는 코어 i9 9900K는 코어 i7 9700K나 코어 i5 9600K보다 부하 상황이나 오버클럭 등을 고려한다면 안정적인 설계의 메인보드가 유리하다. 6코어에 초점을 맞춰 설계한 Z370 메인보드 보다는 8코어를 고려한 Z390 메인보드가 전원부를 보강한 만큼 안정적인 오버클럭 환경에 보다 적합하다.

지금까지 살펴본 내용과 사용하는 PC 환경을 고려해 시스템을 구성한다면 보다 안정적인 활용 및 효율적인 오버클럭 환경을 구축할 수 있을 것이다.