오버클럭 기초/입문: CPU 오버를 하는 이유와 방법, 발열/안정화/순정에 대해

ASUS Maximus V Extreme

개론

 이전에도 배수 제한을 해제하고 출시한 프로세서가 존재했지만, 요즘엔 일반인들의 오버클럭에 대한 관심이 높아졌습니다. 물론 이전에도 인텔의 배수 제한 프로세서인 익스트림 시리즈와 AMD의 배수제한 프로세서인 BE(Black Edition) 시리즈가 있었지만 일반인들에게 오버클럭에 대한 관심을 지대하게 이끌어 낸 건 샌디브릿지K 프로세서라고 할 수 있을 겁니다. 그로 인해 K시리즈 프로세서의 인기가 높아져 오버클럭에 대한 별다른 상세한 지식 없이 배수제한이 풀린 K시리즈를 선택한다던가, 극한오버를 하는 경우가 아니면 필요 없다고 여겨지는 지스킬 램이나 커세어의 램을 선택하기도 합니다. 이처럼 오버클럭에 대해서 잘 모르고 선택하는 분들을 위해 오버클럭에 대해 상세한 설명이 필요하다고 느껴 이 글을 작성하게 되었습니다.

단점

오버클럭을 하면 어떤 단점이 있는지는 알고 시작해야겠습니다.

1. 전기 소모량이 증가한다.

 전기소모량이 증가하고 그에 따른 열이 발생합니다. 오버클럭이 잘 안되고 안정화가 잘 안된다는 이유로 전원관리 기술을 꺼버려 CPU가 언제나 전력질주하니 당연히 전기를 많이 소모하겠죠. PC전력소모의 양대 축중 하나인 CPU의 전기 소모량이 증가하는 상황입니다.

2. 부품의 수명이 단축된다.

 부품의 원래 설계속도보다 빠르게 작동시키고, 덤으로 전압도 높여서 과부하 상태를 유도하므로 수명이 줄어들게 됩니다. 그러나 오버클럭으로 CPU의 수명이 줄어들어도 교체주기보다 짧아지진 않습니다. 극단적인 수명단축은 바로 CPU가 사망하는 경우이겠으나 그렇게까지 걱정할 필요는 없습니다.

3. 돈이 많이 들어간다.

 우선 충분한 전류를 안정적으로 공급해야 하기 때문에 좋은 파워 서플라이를 사용해야 합니다. 이제 CPU에 안정적으로 전기를 공급하기 위해 좋은 메인보드를 사용해야 합니다. 이제 마지막으로 발열을 해소하기 위해 좋은 쿨러를 사용해야 합니다. 램에도 방열판이나 램쿨러를 설치해주기도 합니다. 마지막으로, 부품이 사망(너무 높은 전압을 인가)하거나, 불타서 사망(발열을 해결하지 못함) 할 경우에는 그 부품을 교체해야 하고 운 나쁘면 그 부품과 연결된 다른 부품도 같이 사망하니 돈이 많이 듭니다.

4. 시간이 많이 들어간다.

 오버클럭은 시간과의 싸움입니다. 오버클럭을 하는 동안엔 컴퓨터를 사용하지도 못합니다. 오버클럭을 위해 세팅값을 조금만 바꾸더라도 따라붙는게 안정화 테스트입니다. 예를 들면, 슈퍼파이나 프라임파이로 계산 속도/정확성 그리고 풀로드시 안정성을 테스트 해보기 위해 원주율을 소수점 아래 3천2백만 자리까지 계산해 봅니다. 그리고 골든 메모리나 뭐 비슷한 프로그램을 이용하여 램에서의 데이터 오염은 없나 체크해 봅니다. 마지막으로 풀로드를 견딜 수 있나 확인해 보기 위해 인텔번 등의 프로그램으로 CPU 100% 부하상태를 24시간 유지시켜 줍니다. 이 3가지의 테스트는 오버클러킹의 안정화 테스트의 필수 3대 테스트입니다. 이 3가지의 테스트 중 하나라도 통과하지 못한다면, 즉 원주율을 계산해 봤는데 올바른 답이 아닌 답이 나오거나, 램에서 데이터 오염이 일어나거나, 인텔번 24시간 돌리는데 다운되거나 하면 안정화가 제대로 되지 않은 것이기 때문에 클럭을 줄이거나 전압을 더 주거나 해야 합니다. 물론 설정값을 바꾸면 당연히 저 3종 테스트 다시 들어갑니다. 참고로 FSB와 배수는 원하는 목표를 정해놓고 한번에 설정하는 경우가 많지만, 전압은 0.01v 단위로 조절합니다. 게다가 CPU를 오버하면 램도 함께 오버가 되니 램에서도 저런 자잘한 것들을 다시 설정해줘야 합니다. 또 램 오버는 오히려 건드릴게 더 많습니다. FSB는 직접 수정이 안되니 FSB 배율을 정하고, 램타이밍도 조이기 시작하면 그것만 해도 설정할 게 4가지 입니다. 덤으로 잘 신경쓰지 않는 부분까지 뜯어고치기 시작하면 수십개의 숫자가 튀어나옵니다. 그리고 당연히, 그것들만 바꿔도 골든 메모리랑 인텔번 24시간은 필수로 따라붙습니다.

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장점

그렇다면 이 모든 단점을 극복하고 오버클럭을 하면 어떤 장점이 있을까요?

1. 빠르다

 당연히 오버클럭은 이거 하나만 바라보고 하는 겁니다. 같은 구조를 지닌 CPU에서 높은 클럭은 그것에 정비례하는 성능의 향상을 보장합니다. 물론 따져보면 정확히 정비례하는 것은 아닙니다. 같은 3.6GHz라고 해도, FSB 180Mhz에 20배수랑, FSB 200MHz에 18배수랑 비교해보면 FSB가 높은 쪽이 더 성능이 높게 나옵니다. 아무튼 빠르면 좋습니다. 값싼 CPU 사서 비싼 CPU보다 좋은 성능을 낸다면 기분도 좋고 돈도 절약하고 좋죠. 어차피 좋은 파워는 컴퓨터에 대해 좀 아는 사람이면 누구나 쓰고 있는 물건이고, 좋은 메인보드는 3대 메이저 제조회사의 중급기종만 가도 오버클럭에 필요한 요구치를 충족하니 문제 없습니다. 높은 발열에 따른 좋은 쿨러, 케이스가 필요하지만 기본 쿨러 초코파이로도 오버클럭을 할 수는 있습니다.

2. 가슴이 뛴다(?)

 이 이상의 성능을 낼 수 있는데, 그러지 않고 있으면 답답하잖아요.

이론

1. 오버클럭 개론

 오버클럭을 가장 간단하게 설명하자면, 컴퓨터의 각 부품을 제품이 원래 설계된 속도보다 더 빠르게 작동시키는 것입니다. 오버클럭이란 것 자체는 이처럼 매우 단순하지만, 이 단순한 행위를 하기 위해 많은 작업이 수반되어야 합니다. 더 빠르게 작동하다보니 데이터의 정확도가 떨어지고, 이를 극복하기 위해 더 높은 전압을 인가해 줘야 합니다. 또한 작동속도의 증가와 전압의 증가로 인해 전기소모가 증가하고, 발열 또한 전기소모에 비례하여 증가합니다. 발열의 증가는 그 발열을 해소할 수 있는 냉각성능을 강제하며, 높은 전압과 전류량은 고용량을 지닌 CPU전원부를 요구합니다. RAM의 속도는 CPU의 속도와 밀접하게 연관되어 있기 때문에 CPU의 작동속도를 높이기 위해서는 RAM의 속도도 같이 늘려줘야 합니다. 마지막으로 증가한 전력소모를 감당할 수 있는 넉넉한 용량을 지닌 파워, 전원 공급장치가 필요하게 됩니다. 증가한 전압으로 인해 각 부품들은 지속적으로 전기고문을 받는 상태가 되어 수명이 단축되게 되고, 타들어가는 것을 막기 위해 무턱대고 전압을 높일 수도 없습니다. 단순히 작동속도를 올리는 것 뿐인데, 위에 말한 것들을 전부 신경써야 합니다. 즉, 저런 것들을 전부 관리하고 조절할 수 있지 않다면, 오버클럭을 하지 않는 것이 정신건강과 지갑건강에 좋습니다.

2. 오버클럭의 이론적 배경

 오버클럭이 가능하다는 건 다시 말하자면 각 부품이 설계된 작동 속도보다 더 빠른 속도로 작동할 수 있다는 것을 의미합니다. 이게 가능한 이유는 수율 때문입니다. 첫째로, 어떤 공장도 부품을 제작할 때 항상 100%의 완성도를 뽑아낼 수는 없습니다. 이로 인해 같은 제작라인에서 나온 부품이라도 실제 작동속도나 메모리 용량에 차이를 지니게 됩니다. 실제로, 같은 라인업을 지닌 CPU의 경우 전부 하나의 공장에서 나오며, 작동속도 테스트를 거쳐 상세 제품명이 결정됩니다. 인텔을 예로 들면, 샌디브릿지 i5는 전부 하나의 공장에서 나옵니다. 이제 나온 CPU를 테스트 해보고 작동속도가 출중하게 나오면 i5-2500이 되고, 속도가 그저 그렇게 나오면 i5- 2400, 안 좋게 나오면 i5-2300, 몹쓸 작동속도가 나오면 용광로로 보내서 녹여버립니다. 하지만 이 과정을 거친다고 하더라도, i5와 i3는 기본적인 코어 디자인에 차이가 있기 때문에(i5: 쿼드코어, i3: 듀얼코어+하이퍼스레딩) 몹쓸 i5라고 하더라도 i3가 되지는 않습니다. 둘째로 위에도 잠깐 설명한 내용인데, 아무리 정상적으로 작동하는 것으로 보이고 부팅이 문제없이 된다고 하더라도, 1+1이 3이 나오는 CPU는 당연히 클럭을 낮추던 용광로로 보내던 해야 하는 물건입니다. 이처럼 같은 공장의 같은 라인에서 같은 재료를 이용해서 만들었는데 CPU의 가격이 다릅니다. 그것도 두 배 이상이나요! 아무튼, 수율은 공장을 오래 돌릴수록 안정화되는 경향이 있기 때문에 신제품 출시 직후 혹은 신공정 적용 직후(스태핑이 바뀐 직후)에 나온 CPU가 오버클럭이 잘 되고, 출시된지 어느정도 흐른 CPU는 오버클럭이 잘 안되는 경향이 있습니다. 예를 들어 E0, E1, E2, E3 스태핑의 CPU가 있다고 하면 E0가 E3보다 오버클럭이 잘됩니다. 또한 C0에서 D0로 스태핑이 바뀌는 경우에는 D0가 오버클럭이 더 잘되기도 합니다.

3. CPU 구조의 이해(1) - FSB 혹은 BCLK

 CPU의 클럭은 FSB에 배수를 곱한 형태입니다. FSB는 Front-Side-Bus의 약자이며 FSB는 CPU와 노스브릿지, 램을 연결하는 통로입니다. 물론 현재는 노스브릿지를 없애고 램과 CPU를 직접 연결했으며, FSB라는 용어도 BCLK(베이스 클럭, 인텔에서는 QPI 호스트 클럭이라고도 부릅니다)로 변했지만 어쨌든 CPU와 램은 둘다 FSB를 사용하고 있습니다. 그로 인해서 CPU의 FSB의 클럭을 높이면 램의 FSB도 같은 비율로 향상되게 됩니다. 예를 들어서 설명하자면, 인텔의 QPI 호스트 클럭은 133MHz로 설정되어 있습니다. 이에 비해 흔히 사용하는 DDR3 램의 FSB는 166MHz입니다. 이러한 기본 설정을 가지고 있기 때문에 메모리 컨트롤러는 CPU의 QPI 호스트 클럭과 램의 FSB를 3:4의 비율로 설정하게 됩니다. 이 설정을 건드리지 않고 바로 CPU의 FSB를 200MHz로 올려버린다면 DDR3 PC10600(1333MHz) 램의 경우 2133MHz로, 같은 비율로 오버가 되게 됩니다. 이렇듯 CPU를 오버할 때에는 일반적으로 FSB를 높이기 때문에 오버가 잘 되는 램을 구하던가, FSB 비율을 3:4에서 5:6(이 경우 램은 1920MHz)이나 1:1(1600MHz)로 낮춰서 램이 견딜 수 있게 해야 합니다.

4. CPU 구조의 이해(2) - 배수

 최초의 CPU는 배수가 없이 FSB를 그대로 클럭으로 가져갔습니다. 그러나 CPU가 발전하는 것에 비해 램의 속도가 발전하는 것은 더뎠고, 램과 연결되어 있는 FSB를 무작정 상승시킬 수는 없었습니다. 그로 인해 도입된 것이 배수입니다. 이는 FSB를 상승시키지 않거나 혹은 낮추면서도 실클럭을 높일 수 있게 해줍니다. 이 배수에는 제한이 걸려있습니다. 그도 그럴 것이, 출시될 때 설정된 FSB(QPI 호스트 클럭)가 동일하기 때문에, 배수만 높인다면 상위 CPU로 변신이 가능하기 때문입니다. 예를 들어 i7-920같은 경우 최대 배수는 20배, 최소 배수는 9배로 제한이 걸려 있습니다. 보통 출시될 때에는 최대 배수를 기준으로 작동속도를 표시해서 출시합니다. 즉, 상위 제품일수록 최대 배수가 높다는 의미이고, FSB를 동일하게 올려도 실제 클럭이 증가하는 폭이 크다는 의미입니다. 따라서 인텔의 경우 배수제한을 해제한 프로세서는 더 이상 상위 프로세서가 없는 최상위 프로세서에만 출시합니다. 이례적으로 걸프타운 같은 경우는 생산기간이 길어지고(이건 샌디브릿지-E 프로세서가 늦게 출시된 탓이 큽니다), 지속적으로 수율이 상승해 i7-980X, i7-990X, i7-995X 3개의 배수제한 프로세서를 출시했습니다. 아무리봐도 990은 몰라도 995는 원래 출시계획이 없던 것 같은 네이밍이죠. 아무튼 오버를 할 때에는 배수와 FSB를 올리는데, 배수는 최대치가 제한되어 있어서 대부분 FSB를 올리게 됩니다. FSB를 늘리면 QPI폭도 늘어나고, 램의 FSB도 늘어나기 때문에 같은 클럭이면 낮은 배수에 FSB가 높은 쪽이 성능이 조금 더 나옵니다.

5. X58을 쓴다면 잊지 맙시다 - QPI.

 오버를 하다보면 QPI 호스트 클럭을 늘리게 됩니다. 이 경우 QPI폭도 증가하게 됩니다. 우선 기본적으로 QPI는 133MHz의 호스트클럭을 지닙니다. 이걸 48배를 해서 6.4GT가 나오고, 여기에 한번에 전송하는 데이터양인 2Byte를 곱하면 12.8GB/s의 대역폭이 나옵니다. 이게 단방향이니까 양방향 대역폭은 25.6GB/s가 나오게 됩니다(i7-920의 경우 기본적으로는 36배가 설정되기 때문에 4.9GT이지만, 48배를 설정해줘도 정상작동합니다). 근데 이걸 신경쓰지 않고 QPI 호스트 클럭을 200MHz로 올리면 어떻게 되느냐, 당연히 9.6GT가 되고, 단방향 19.2GB/s, 양방향 38.4GB/s의 대역폭이 나오는군요. 멋지죠? 그런데 이대로 쓸 수 있을까요? 당연히 될 리가 없죠. 당연히 이것도 배수조절을 해야합니다. 배수를 깎으면 됩니다. 32배수를 지정할 수 있으면 적절하겠네요. 그런데 중요한 것 한가지, 이 부분은 샌디K 프로세서를 쓰는 분들은 전혀 신경쓰지 않아도 됩니다. X58보드를 제외한 나머지 보드들은 CPU와 메인보드 칩셋을 연결하는데 QPI를 사용하지 않으니까요. H55, P55, H61, H67, Z68은 물론 심지어 X79까지 가도 전부 DMI를 이용하여 데이터를 전송하기 때문에 전혀 신경쓰지 않아도 되는 겁니다. 물론 가끔 있는, 서버용 제온 프로세서를 이용한 서버용 PC를 개인용으로 쓰시는 분들은 QPI를 고려해야 하지만 말이죠.

ASUS, ROG: Republic of Gamers

오버클럭의 실제

1. 검색을 시작합니다.

 무턱대고 오버를 시작하기 전에 자신의 CPU가 어느정도의 오버가 가능한지를 미리 검색해 보는 것이 좋습니다. 분명 인터넷에 이미 오버를 해본 사람들의 후기가 잔뜩 있을 겁니다. 그 후기를 보고 어느정도 오버가 가능한지 미리 확인해보고 그 설정값을 비슷하게 맞추고 시작하는 것이 좋습니다. 목표 FSB와 배수를 정하고, 그게 가능한 전압을 미리 아는 것만 해도 시간을 대폭 줄일 수 있습니다. 한 가지 신경쓸 점은 CPU의 스태핑, 램의 주차, 메인보드의 제조사 등등에 따라 오버가 되는 정도가 다르기 때문에 최대한 자신의 PC구성과 동일한 구성을 찾는 것이 좋습니다. 또 램을 슬롯의 절반만 꽂느냐, 아니면 슬롯을 가득 채워서 꽂느냐에 따라서도 오버가 되는 정도가 달라진다는 이야기도 있습니다. (일반적으로 메모리 풀뱅보다 듀얼채널이 유리) CPU 오버를 한다면 램은 어디까지 오버가 되는지를 다시 한번 확인해 봐야 합니다.

2. CMOS를 열어봅니다.

 목표 클럭을 정했으면 바로 CMOS로 들어갑니다. 쿨링 솔루션과 전원 공급 문제는 이미 해결한 것으로 가정하고, 목표 클럭에 맞춰 FSB와 배수, FSB 배율을 정합니다. X58보드 사용자라면 QPI 배수까지 신경써야 합니다.

3. 부팅을 해봅니다.

 전압을 조절했다면 부팅이 되겠지만, 전압을 조절하지 않았다면 부팅이 되지 않고 그냥 다운이 될 겁니다. 우선 부팅이 가능한 최소한의 전압을 찾는 것이 1차 목표입니다. 만약 CMOS에 진입도 되지 않고 검은 화면만 뜬다면 CMOS를 리셋해줘야 합니다. 오버클럭용으로 나온 메인보드들은 보드 위나 백패널에 CMOS 클리어 버튼/리셋 버튼이 있습니다. 그런 버튼이 없다면 CMOS 리셋 점퍼를 이용하거나 메인보드 배터리를 제거하는 방법으로 CMOS를 리셋시키면 됩니다. 아무튼 최소한 부팅이 제대로 되어 윈도우 바탕화면을 볼 수 있을 때까지 부팅과 전압조절을 반복합니다.

4. 전압을 조절합니다.

 부팅이 안되면 전압을 더 줍니다. 전압은 조금씩 올려야 합니다. 0.01V 단위로 한 단계씩 올리면서 부팅이 되는지를 반복해서 확인합니다. 선구자들이 어떻게 설정했는지를 보고 전압설정까지 가져오면 간단하지만, 재미도 없고 각 CPU마다 안정화되는 클럭과 전압이 다르기 때문에 어차피 이 과정은 반드시 해야 합니다. 여기서 주의할 점은, 전압을 무턱대고 올리면 안된다는 점입니다. CPU마다 다 다르긴 하지만, 전압이 높아질 경우 CPU가 타들어갈 가능성이 증가합니다. 램은 그래도 1.65V라고 하는 마지노선이 명시되어 있긴 한데, CPU는 사실 그런 것도 없습니다. 그냥 타들어가지 않는 것을 바라면서 살살 올릴 수 밖에 없습니다.

5. 3번과 4번을 반복합니다.

 겉보기 부팅이 완료될 때까지 반복하고, 겉보기 부팅이 됐다면 컴퓨터를 종료한 뒤 전압을 0.05V가량 올려줍니다. 간신이 부팅이 되어도 데이터 오염이 심해져서(1+1=3) 실제로는 못쓸 것이 분명하고, 100%의 부하를 주면 100% 다운되기 때문입니다.

6. 안정화 테스트

 위에 언급했던 원주율 소수점 아래 3천2백만자리 구하기, 골든 메모리로 메모리 혹사시키기, 인텔 번으로 풀로드 24시간 유지시키기가 이 안정화에 해당합니다. 이 안정화 테스트를 통과하지 못한다면 전압을 조금 더 올려줍니다. 전압을 더 올릴 수 없다면 클럭을 낮춰야 합니다. 원주율과 골든 메모리는 생략하거나 간소화하는 경우도 있지만 인텔번 24시간은 필수적으로 거치는 코스이며 2~3일씩 돌려보는 분들도 있습니다.

7. 메모리 오버 - CPU보다 램오버를 먼저 하기도 합니다.

 FSB 배율을 수정해서 램의 클럭도 높여줍니다. 9-9-9-27의 기본세팅을 가지고 나오는 램타이밍도 8-8-8-20정도로 조여줍니다. 같은 클럭이라면 램타이밍이 짧은 쪽이 더 고성능이지만, 기본적으로는 클럭이 깡패입니다. 높은 클럭에 긴 램타이밍과 낮은 클럭에 짧은 램타이밍을 비교해보면 클럭이 높은 쪽이 더 성능이 좋습니다. 그러니 램타이밍을 조이는 것에 목숨걸고 클럭을 깎아내리는 일은 할 필요가 없습니다. 그리고 세팅을 바꿨으니 안정화테스트!

8. 실사용

 이제 단지 10~20% 빠른속도를 위해 투자한 며칠간의 시간을 단지 10~20% 빠른속도로 보상받으면 됩니다. 그리고 오버한 김에 그래픽카드도 함께 오버를..

액화질소를 이용한 익스트림 오버클럭

자동 오버클럭/다운클럭

1. 자동 오버클럭: 오버클럭은 하고 싶은데 저런 복잡한 설정은 싫다

 오버클럭이라는 것이 저런 복잡한 과정을 거쳐야 합니다. 따라서 쉽게 시도할 수 없는 부분이었는데, 메인보드 제조사들이 자동 오버클럭 기능을 탑재한 보드를 출시해 그로 전압, FSB, 배수 등을 알아서 조절해줍니다. 하지만 직접 값을 맞춰가며 하는 오버클럭보다는 안정적이지 못하고 CPU의 능력을 끝까지 뽑아내지는 못합니다. MSI의 OC지니(OC Genie)와 같은 기능이 이에 해당합니다.

2. 다운클럭

 전압과 클럭을 조절하는 기술을 반대로도 적용할 수 있습니다. 기본 전압으로도 일정 가량의 오버가 된다는 것은, 다시 말해 전압을 낮추더라도 기본 클럭을 사용할 수 있다는 의미입니다. 전압을 낮추면 당연히 전기소모가 줄어듭니다. 한발 더 나아가 단순히 전압만 낮추는 것에 만족하지 못하고, 실제로 클럭을 확 낮춰서 극저전압을 추구하는 분들도 있습니다. 노트북, 저전력, 저성능 PC를 구해서 그나마도 필요로 하는 성능보다 높다고 확 다운클럭을 해서 전기소모량 5W라던가 하는 극저전력 PC를 만드는 분들도 있습니다. 물론 안정화테스트는 빠질 수 없습니다.

그나저나 오버의 끝은 순정이라고들 합니다. =]

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