이번에는 노트북 CPU의 전압을 강제로 낮추는 언더볼트의 장점에 대해 알아보겠습니다. CPU의 전압을 낮추면 얻을 수 있는 이점은 온도 하락과, 실사용 클럭의 상승 그리고 배터리 사용시간의 증가 입니다. 데스크탑에서는 대용량 공냉 쿨러 장착 또는 수냉쿨러의 활용등으로 얼마든지 낮출 수 있지만, 공간의 제약이 따르는 노트북의 성능을 극대화 할 수 있는 최선의 방법 입니다.
언더볼트란?
CPU undervolt는 공장에서 셋팅된 값보다 낮은 전압을 CPU에 보내서 같은 클럭으로 동작시에 사용 전력량을 낮추는 것을 의미 합니다. 주로 Bios에서 셋팅하며, 컴퓨터의 부팅시 일반적으로 'F2'키나 'DEL'키를 눌러서 진입할 수 있습니다. Bios의 'Advanced' 탭 power~로 시작하거나 끝나는 메뉴에 cpu/메모리 등의 전압/클럭 설정 등이 있지만, 컴퓨터 대기업 완성품 업체에서는 오버클럭에 의한 A/S 비용 증가 등을 이유로 70~80%는 Bios의 해당 셋팅은 막혀있습니다. 노트북은 주로 대기업 제품이 대부분이며, 데스크탑보다 열 배출이 쉽지 않기에 90% 거의 막혀있다고 보시면 됩니다. 간혹 hidden setting을 풀 수 있는 노트북 기종도 존재하지만, 그냥 안된다고 보시면 됩니다. 간혹 AMD 게임용 노트북은 해당 셋팅을 설정할 수도 있습니다.
바이오스를 통하지 않은 전압 조정
인텔 CPU의 경우 'XTU'라는 인텔에서 배포하는 튜닝 소프트웨어와 Techpowerup이라는 사이트에서 배포하는 'ThrottleStop'이 대표적이며, AMD 계열은 'AMD Ryzen™ Master'라는 AMD에서 제공하는 프로그램 이용해서 클럭 조정 및 전압 조정이 가능합니다.
노트북 언더볼트
노트북이라는 기기는 데스크탑 PC처럼 파워서플라이를 바꿀 수도 없고, 쿨링 시스템을 업그레이드 할 수도 없습니다. 처음 구매했던 그 상태에서 계속 사용해야 합니다. 노트북 CPU의 올코어 부스트클럭은 쿨링능력이 견딜 수 있는 최대의 온도와 CPU에 공급할 수 있는 최대 전력량에 따라 달라지며, 4세대 i7 노트북용 cpu인 i7-4702mq로 테스트 한 결과는 다음과 같습니다.
i7-4702mq(기본 클럭 2.2Ghz, 최대 부스트클럭 3.2Ghz)
벤치마크 프로그램을 돌려서 부하를 100% 줬을때의 클럭별 사용 전력량에 대한 그래프 입니다. 최대 부스트 클럭이 3.2Ghz이지만 원래 전압 설정에서는 모든 코어가 2.9Ghz에서 45W 전력제한에 걸려서 더 이상 상승하지 않습니다. -0.05V로 전압을 낮췄을 때는, 모든 코어가 3.1Ghz까지 동작 합니다. 기본 전압 설정 대비 5.3% 클럭이 상승 합니다. 같은 2.9Ghz 상태에서 원래 전압과 -0.05V로 낮춘 전압의 전력량을 비교해보면 45.9W와 41.8W로 8.9% 전력사용 감소 하였습니다. 동일한 CPU 클럭에서 사용전력량의 감소는 그만큼의 발열 감소로 이어집니다.
보통 CPU만을 사용하는 작업이라면, 전력소모량이 약간 줄어들고, 팬소음이 줄어드는 효과에서 끝나지만, 게임과 같이 GPU를 사용해야하는 환경이라면, 노트북 내부에 있는 조그만 쿨링팬 1~2개가 발열량을 전부 감당해야 하기에, 최대 허용 온도 이상이 넘어가면 CPU, GPU 클럭이 모두 내려갑니다. CPU가 GPU 보다 최대 허용 온도가 높아서 GPU클럭이 먼저 내려가며, 이는 게임성능을 크게 떨어뜨리게 됩니다. 쿨링팬이 2개짜리 노트북에서는 그 영향이 덜하지만, 쿨링팬 1개짜리 노트북에서 발열량 8.9%의 감소는 게임성능 유지에 절대적인 요소 입니다. 제가 사용하는 노트북 기준으로 CPU는 100도까지 견딜 수 있지만, GPU는 95도가 최대온도이며, 전압 조정을 하지 않은 상태에서는 게임시 10분 이내에 99도에 도달합니다. 전압을 -0.05V 떨어뜨려 주면 80~85도 정도에서 2시간 이상 유지 됩니다. 전압 조정만 해줘도, 게임성능이 떨어지지 않습니다.
전압을 강제적으로 낮추는데는 한계가 있어서 최대클럭에서는 -0.05V가 고작이지만, 기본클럭에 근접한 2.1Ghz에서는 전압을 -0.10V까지 낮출 수 있습니다.(전압을 낮출 수 있는 범위는, CPU 모델 마다 전부 다름, 같은 모델의 CPU라도 조금씩 다름)
2.1Ghz 올코어 풀로드시 사용되는 전력은 기본전압에서 28.4W, -0.10V 전압에서 23.6W로 기본전압 대비 고작 83.1% 만 사용합니다. 모니터와 다른 장치에서 사용하는 전력까지 계산해야 정확하겠지만, CPU 자체에서 적게 사용하는 만큼 배터리 사용시간은 늘어나게 됩니다.
전압을 조정하지 않은 상태에서 23.6W는 1.6Ghz의 풀로드 상태로, 같은 전력을 소비하는 -0.10V / 2.1Ghz 상태라면 31% 정도의 빠른 처리속도를 얻을 수 있습니다.
CPU의 전압 조정의 유일한 단점
CPU 동작의 불안정성, 언더볼트로 전압을 조정하는 것은 CPU에서 동작할 수 있는 최소 전압을 찾는 과정 입니다. 이 최소 동작 전압보다 많이 낮은 전압에서는 컴퓨터가 동작하지 않으며, 조금 낮으면 사용중에 가끔씩 멈추거나 재부팅 됩니다.
보통 공장에서 생산되어 나오는 CPU들은 모델별로 똑같은 전압으로 셋팅되어 나옵니다. 개별 CPU의 최소 동작전압 보다 전압을 높혀서, 안정성을 위해 모든 CPU가 동작이 가능한 전압보다 조금 더 높게 셋팅이 됩니다. 그래서 대부분의 CPU는 충분히 전압을 낮출 수 있습니다. 최신 CPU일수록, 제품간의 편차가 작아서, 전압을 더욱 많이 내릴 수 있습니다.
소프트웨어 언더볼팅 장단점
소프트웨어를 실행하지 않거나, 삭제하면 공장에서 설정한 그 상태로 돌아갑니다. 시작 프로그램에만 등록하지 않으면 부팅 불량 상태에 빠질 위험이 거의 없습니다. 단점은... 소프트웨어에서 지원하지 않는 CPU 모델이 간혹 있습니다. 주로 출시 5년이 넘거나, 이제 막 생산된 CPU 모델의 경우는 지원 범위에서 제외 됩니다.
CPU 저전압(언더볼트)의 잘 못 된 이야기
오버클럭을 하기 위해 전압을 높이는 행위보다 저전압이 더 위험하다는, 말은 틀린 말 입니다. 전력을 덜 공급하면, 재부팅 전까지 동작을 하지 않는 경우는 있어도, 고클럭을 만들려고 최대 전력제한을 풀고 발열로 CPU 자체를 태워버릴 수는 없습니다.
저전압 적정값을 찾는 방법
소프트웨어로 전압을 조정하면, 해당 소프트웨어에서 제공하는 벤치마크를 최대한 빡세게 5분 쯤 돌려본다. 이상 없으면 빡센 게임을 실제로 플레이 해본다. 2시간 이상 정상적으로 게임을 할 수 있으면 성공, 더 전압을 낮추고 테스트를 반복하면서 가장 낮춘 값이 -0.10V 라면, -0.09 - -0.08V를 실제 적용하여 80~90% 선에서 타협한다.
