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노트북의 발열에 대한 오해들 - 전력 값만 이해하면 됩니다

노트북계의 TMI 게사장(crabbyreview) 2021. 7. 9. 19:57
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고사양 노트북을 구매할 때 많이들 걱정하시는 부분이 바로 "발열"이지 않을까 싶습니다. 비단 노트북뿐만 아니라 반도체 기반 기기라면 장시간 고온에 노출되면 기기 수명에 악영향을 줄 수도 있죠. 그런데 가끔 노트북의 쿨링 설계 평가를 단순히 "손으로 만졌을 때 뜨겁다", 혹은 "CPU 온도가 90도니까 불판이다"라는 1차원적인 평가가 보이는 경우가 있어서 이런 부분에 대한 오해를 한번 풀어보고자 합니다.

 

생각보다 재미있을거에요! (아마도...?)

 

유튜브 영상 버전

 


[ 목차 ]

 

1. 발열과 기기 수명과의 관계

 

2. 설계 전력에 대한 이해

 

3. 일반적인 기대치

 

4. 참고 자료

* 각 소제목을 클릭하시면 해당 부분으로 창이 이동합니다 *

 


1. 발열과 기기 수명과의 관계

 

일단 전자기기는 높은 온도에 장시간 노출되면 수명에 부정적인 영향을 미치는 것은 맞습니다. 특히 과거에는 메인보드의 납땜 부위가 열 때문에 일부 녹아서 떨어져 나가는 "냉납 현상" 때문에 내부 발열이 직접적인 고장의 원인이 되기도 했습니다.

 

하지만 최근에는 전자기기의 납땜 재료나 기술의 개선 덕분에 냉납 현상은 찾아보기 힘들더라고요. 정확하진 않지만, 대략 2015년 이후에 생산된 제품들은 제가 사용한 제품들은 냉납 현상으로 고장이 났다는 경우를 찾기가 어려웠습니다.

 

열 때문에 납땜 부위가 떨어지는 "냉납 현상"

 

내부 발열로 인해 수명에 직접적인 영향을 받을 수 있는 부품은 대표적으로 배터리와 전원부 정도가 있겠죠. 일단 배터리는 일반적으로 CPU와 GPU에서 멀리 떨이진 위치에 배치하는 경우가 많기 때문에 생각보다 영향이 크지 않습니다. 일반적으로 리튬 이온 배터리는 15~40℃ 정도를 적정 구동 온도로 보는데, 배터리 주변은 대체로 40도 이하로 유지가 되기 때문이죠.

 

전원부의 적정 구동 온도에 대해서는 확정적인 자료를 찾을 수 없었지만, 전원부도 온도가 높으면 수명이 줄어들 수는 있다고 합니다. 그래서인지 최신 고사양 노트북은 대부분 방열판이 CPU와 GPU 뿐만 아니라 전원부까지 덮는 구조로 많이 설계되더라고요.

 

메인보드를 가로지르는 히트파이프도 대부분은 단열 도료로 코팅되어 있기 때문에 열이 전원부로 잘 확산되지 않는 구조이기도 하고요. 간단히 말하자면, 노트북의 온도 측정 프로그램에 CPU 온도가 높게 측정된다고 해서 메인보드의 다른 부속품의 온도도 그만큼 높다는 것은 아니라는 거죠.

 

노트북의 전원부 / 단열처리 코팅된 히트파이프

 

그러면 마지막으로 남은 것은 CPU와 GPU 자체가 발열로 인해 얼마나 영향을 받느냐인데, 기본적으로 라이젠 CPU는 105℃, 인텔 CPU는 100℃ 까지 허용한다고 공식 스펙시트에 나와 있습니다. 사실상 CPU의 다이 자체는 100℃ 까지는 고장 없이 사용 가능하다는 것이죠.

 

GPU에 대해서는 공식적으로 언급된 수치는 없지만 일반적인 하드웨어 마니아들 사이에서는 75~80℃ 정도를 상한선으로 보고 있습니다. 그렇기 때문에 저는 노트북 내부의 발열로 인해 수명에 영향을 받는 부품은 메인보드의 부속품, 배터리 정도이지, CPU와 GPU는 높은 온도 상황에서도 수명에 별다른 문제가 없다고 생각합니다.

 

라이젠 / 인텔 CPU의 최대 허용 온도

 


2. 설계 전력에 대한 이해

 

모든 CPU와 GPU는 대략적인 "설계 전력"이라는 것이 있습니다. 일반적으로 CPU에서는 이를 TDP(Thermal Design Power) / GPU에서는 TGP(Total Graphics Power)라고 표현합니다. 어렵게 생각할 것은 없고, 간단히 CPU와 GPU가 의도된 성능을 내기 위한 최적의 전력 공급 수치를 와트(Watts) 단위로 표기한 것이라고 보면 됩니다.

 

예른 들면 이런 식인 것이죠 :

제품군 예시 모델명 TDP / TGP 용도
인텔 11세대 CPU i5-1135G7 12~28W 저전력 휴대용 노트북
i7-11800H 35~45W 고성능 노트북
라이젠 4세대 CPU R5-5600U 10~25W 저전력 휴대용 노트북
R7-5800H 35~54W 고성능 노트북
엔비디아 3000번대 GPU RTX3060 Mobile 60~115W

 

같은 CPU나 GPU를 사용한 노트북이라고 하더라도 제조사가 구동 전력을 몇 W로 설정했는지에 따라서 기대 성능과 발열 차이가 많이 나게 됩니다. 당연히 전력 설정이 높을수록 성능은 잘 나오겠지만, 내부에 처리해야 되는 열이 더 많아지겠죠.

 

제조사 입장에서 "발열이 적은" 노트북을 만드는 것은 쉽습니다. 그냥 단순히 전력 설정을 최대한 낮추면 되니까요. 하지만 조금이라도 성능을 중시하는 사용자 입장에서는 전력 제한이 심하게 걸려 있는 노트북은 불만족스러울 수밖에 없습니다. 그래서 전력을 높이면 당연히 노트북 발열은 더 심해지겠죠. 이 발열을 잘 처리하려면 쿨링팬이나 히트파이프 같은 쿨링 설계에 투자를 해야 하고요. 그런데 또 쿨링 구조가 많아질수록 노트북이 크고 무거워집니다.

 

전력과 발열, 무게라는 3가지 요소가 서로 맞물려 있는 느낌이죠? 제가 실제로 테스트해본 노트북 모델 3개를 예시로 보여드려 볼게요.

 

모델명 CPU 전력 온도 소음 벤치마크 점수
젠북 듀오2 i7-1165G7 28 W 68 ℃ 50 dB 5370
스위프트 3x 28 W 93 ℃ 44 dB 5471
젠북 플립 17 W 77 ℃ 52 dB 3964

젠북듀오2 / 스위프트3x / 젠북 플립 내부구조 (클릭하면 확대됩니다)

 

보시다시피 젠북 듀오 2는 전력도 높고 온도도 낮은 대신 팬 소음이 시끄럽고 무거워요. 스위프트 3x는 무게도 제법 가벼우면서 전력이 높은 대신 내부 온도가 뜨겁고요. 젠북 플립은 얇고 가벼우면서 2in1으로 접히는 노트북인 대신 전력도 낮고 소음도 시끄러운 편이라 쿨링 성능 방면에서는 아쉬운 점이 많습니다.

 

온도만 놓고 보자면 젠북 플립이 에이서 스위프트3x 모델보다 발열 제어가 더 좋은 것으로 보일 수도 있겠죠. 하지만 전력과 소음, CPU 성능까지 종합적으로 보게 되자면 스위프트 3x가 쿨링 설계가 더 좋다고 평가할 수 있다고 생각해요.

 


3. 일반적인 기대치

 

결국 "적절한" 노트북 온도에 대한 명확한 결론은 없습니다. 개인의 취향에 따라서 성능, 발열, 소음, 무게를 타협하는 수밖에 없는 것이죠. 하지만 노트북을 처음 구매하시는 분들은 감을 잡기 힘드실 것 같아서 제가 여러 노트북을 리뷰하면서 느꼈던 "개인적인" 기준치를 제시해드려 볼게요.

 

항상 그런 것은 아니지만, 대체로 저렴한 노트북 모델일수록 대체로 무게 대비 쿨링 성능이 떨어지고, 고급형 기종일수록 무게 대비 쿨링 성능이 좋을 가능성이 높다는 점 참고해서 봐주시기 바랍니다.

 

노트북 종류 무게 기대 CPU 전력 기대 GPU 전력
초경량 노트북 1kg 전후 약 15~18W -
일반 휴대용 울트라북 1.2~1.6kg 약 18~28W 약 15W
경량 크리에이터 노트북 1.4~2.0kg 약 28~35W 약 35~45W
경량 게이밍 노트북 1.8~2.1kg 약 35~45W 약 45~75W
고성능 노트북 2.1~2.6kg 약 45~75W 약 80~130W
헤비급 노트북 3kg 이상 약 65~100W 130W 이상

 

그리고 인텔과 라이젠 CPU는 "전력 대비 최대의 효율"을 발휘하는 구간이 각각 다르더라고요. 대체로 CPU 전력이 18W 이하로 유지되는 노트북은 라이젠 CPU가 성능이 더 좋게 나오고, 22W 이상인 노트북에서는 인텔 CPU의 성능이 더 좋게 나오는 경향이 있습니다. 이 현상에 대한 세부적인 설명은 글이 너무 길어지니 추후 따로 포스팅해보도록 할게요.

 

일단은 결과만 안내드리자면, 저전력 노트북은 18W 이하급 설계에서는 라이젠 CPU가, 22W 이상 감당이 가능한 설계에서는 인텔 CPU가 성능적으로 유리한 모습을 보여주는 경향이 있습니다. 고성능 노트북 기준으로는 35~50W 구간에서는 라이젠이 우세하고, 65W 이상 안정적으로 유지가 가능한 모델에서는 인텔이 우세하고요.

 

그렇기 때문에 단순히 인텔 CPU가 더 좋다, 라이젠 CPU가 더 좋다고 주장하기보다는 노트북의 전력 설계에 따라서 더 적합한 CPU를 사용한 모델을 선택하시는 것이 좋지 않을까 싶네요. 굳이 따지자면 라이젠 CPU는 노트북의 전력 설계와 관계없이 무난하게 준수한 성능을 보여주고, 인텔 타이거레이크 CPU는 노트북 설계가 좋지 않으면 힘을 못쓰지만 쿨링 성능이 뒷받침되면 라이젠을 압도하는 성능을 보여주는 느낌이랄까요?

 

 

 

대략 22W 지점부터 인텔 CPU의 성능이 라이젠을 역전하기 시작

 

 

 

 


4. 참고 자료

 

Science Direct - Temperature effect and thermal impact in lithium-ion batteries: A review

We PC - Optimal CPU/GPU Temperature For Gaming

Quora QnA - Why does my GPU hover at around 80°C while gaming? Is it dangerous?

CPU Temper - Ideal GPU Temp Range: Max Safe, Normal GPU Temperature While Gaming

Reddit - Safe temperatures for laptop CPU?

TechPowerUp - Normal temperatures for laptop?

JN테크리뷰 - 노트북 벤치마크

 


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