메인보드 PWM, DC 팬 제어와 시스템 쿨러 3핀(Pin) 4핀에 대해 알아보자
이것 때문에 이틀을 검색만 했습니다. 최근 컴퓨터가 고장이어서 케이스와 CPU 쿨러를 교체한다는 소식은 전해드렸으니 아실 것입니다. 기왕 교체하는거 케이스 안 쪽에 있는 시스템 쿨러들도 알아서 RPM이 조절되도록 만들고 싶었고, 어떻게 해야 할지에 대해 알아봤는데 너무 복잡했습니다. 기초 지식이 거의 없으니 뭔 소린지도 몰랐는데 꾸역 꾸역 공부한 결과 이제 완벽하게 이해했습니다. 드디어 쿨러 세계가 어떻게 돌아가는지 잘 알겠습니다.
이 글은 저처럼 CPU FAN 단자와 SYS FAN 단자에 대해서 햇갈리시는 분들, 본체 케이스 쿨러는 어떤 것으로 해야 제어가 가능한지에 대해 궁금하신 분들, 3핀 짜리와 4핀 짜리에 대한 것, 팬 허브에 대한 것 등등 쿨링에 대한 기본 개념을 완벽하게 정리하는 글이 될 것입니다. 또한 저처럼 본체 시스템 쿨러가 메인보드에서 알아서 자동으로 RPM 조절이 되도록 하고 싶으신 분들을 위한 글 입니다. 제가 아는 선에서 딱 간단 명료하게 말씀을 드리겠습니다.
쿨러의 3핀, 4핀 단자와 PWM, DC에 대한 개념 이해하기
이 기초 용어도 햇갈렸습니다. PWM은 뭐고 DC는 무엇인가? 간단하게 이렇게 말씀 드릴 수 있습니다. 먼저 PWM은 Pulse Width Modulation의 줄임말로 '펄스 폭 변조'라는 뜻 입니다. DC는 Direct Current의 약자로 "직류"라는 뜻을 가지고 있습니다. 컴퓨터 안에 장착되는 모든 팬(쿨러)은 전원을 공급받는 유선이 있고 선 끝에는 메인보드와 연결할 수 있는 핀(Pin) 포트가 있습니다. 이 핀의 개수에 따라 세개면 3핀, 4개면 4핀이라고 부릅니다. 통상적으로 3핀 쿨러는 DC 방식으로, 4핀 쿨러는 PWM 방식으로 회전속도가 변합니다.
보통 모터는 전기의 압력에 의해 동작하게 됩니다. 전압이 높으면 빨리 회전하고 낮아지면 회전속도가 줄어들게 됩니다. 한때 유행이었던 미니카의 경우를 생각해 보시기 바랍니다. 블랙모터니 골드모터니 뭐 이런 훌륭한 모터들도 건전지의 전압이 낮으면 힘이 딸리니까 천천히 돌게 됩니다. 빌빌거리는 미니카를 완충된 건전지로 교체해주면 쌩쌩 날아다니는 것과 같은 이치 입니다. 쿨러(Fan)에도 미니카처럼 모터가 들어가 있습니다. DC 방식이 바로 전압을 조절하여 회전속도가 변하도록 설계된 쿨러 입니다.
PWM 방식은 전압이 아닌 "펄스"라고 하는 신호에 의해 직류 모터의 회전속도를 제어하는 방식 입니다. 좀 더 이해하기 쉽게 예시를 들어 보겠습니다. 전기가 들어가지 않으면 보통은 동작을 안 하죠? 이게 0 이라고 한다면, 전기가 들어가게 되어 동작을 하는 상황을 1 이라고 해보겠습니다. 이 0과 1 사이의 간격이 "펄스"라고 이해하시면 될 것 같습니다. 펄스가 짧으면 꺼졌다 켜졌다 하는 시간이 짧다는 뜻으로 해석합니다. 펄스가 짧다는건 전기가 들어가는 시간이 짧다는 뜻으로 해석할 수 있습니다. 전기가 들어가는 시간이 짧다는건 전기가 그만큼 필요한 상황이 아니라는 뜻으로 해석 할 수 있겠구요. 만약 쿨러가 열일해야 하는 상황이라고 한다면 전기를 그만큼 많이 써야 한다는 뜻이 되므로 결국 펄스 간격이 길어지게 되는 결과를 가져오게 됩니다. 전기를 계속 써야 하는 상황이니 0과 1 사이가 길어진다는 뜻이 되는 겁니다.
이 0과 1의 평균값을 계산한 결과값이 "펄스 신호"가 됩니다. 결국 펄스의 평균값이 클수록 쿨러에 보내는 회전속도가 늘어나게 됩니다. 쿨러의 입장에서 펄스값이 높다는건 그만큼 회전을 많이 해야 한다는 뜻이 되고 이 의미는 결국 RPM을 올려야 한다는 것으로 해석할 수 있겠습니다. 그래서 PWM 쿨러는 전압이 아닌 펄스 신호에 의해 회전속도를 제어 받는 장치이므로 DC보다 핀 갯수가 한개 더 많습니다. 이 한 개의 핀에서 PWM 펄스 신호를 주고 받게 됩니다. 보편적으로 쿨러에 들어가는 전압은 12V 입니다. PWM의 전압은 늘 12V를 유지하면서 펄스 신호에 의해 회전속도를 제어받기 때문에 RGB 타입의 LED가 들어있는 쿨러의 경우는 늘 광량이 일정하면서 회전속도가 조절된다는 장점이 있습니다.
DC 방식은 위에서도 말씀드렸듯 전압으로 회전속도를 조절합니다. 따라서 전압이 낮아지면 당연히 회전속도가 떨어지게 될 것입니다. 12V 짜리 쿨러에 전압을 5V만 쏴주면 회전속도가 떨어지는게 분명하겠지만 RGB 타입의 LED가 들어있는 쿨러의 경우는 밝기(광량)도 줄어들게 될 겁니다. 랜턴 같은 손전등 제품들에 들어있는 건전지 배터리가 거의 방전에 가까워지면 밝기가 약해지는것과 같은 이치 입니다. 두서 없이 설명드린 것 같은데 잘 이해를 하셨는지 모르겠습니다.
위의 그림을 보시면 4핀 단자에는 팬 스피드 컨트롤러 단자가 별도로 존재하고 있음을 알 수 있습니다. 3핀 단자는 이러한 회전속도를 컨트롤하는 단자가 없어서 전압으로 조절을 하게 되는 것 입니다.
따라서 LED의 밝기 변화가 없으며 회전속도만 자동으로 컨트롤이 되게 하기 위해서는 무조건 4핀 쿨러를 마련해야 한다는 결론에 도달합니다. 여러분들께서 혹시 아직 튜닝 전 이라고 한다면 3핀 쿨러는 절대 구매하지 마시고 4핀 쿨러로 준비하셔야 합니다. 저도 케이스랑 쿨러를 이미 3핀으로 장만하고나서 이 사실을 알게 되었으니... 부디 저 같은 실수를 하지 마세요. 하지만 쿨러를 준비하기 전 이것도 점검해봐야 합니다.
메인보드가 PWM / DC 모두를 지원하는가?
두번째로 중요하게 짚고 넘어가야하는 포인트 입니다. 여러분들께서 사용중이신 메인보드 입니다. 메인보드에는 CPU FAN(쿨러) 단자(포트)와 시스템 펜 단자가 무조건 있습니다. 시피유 팬 단자는 무조건 한개는 존재합니다. 대부분 여기에 시피유 쿨러를 연결하게 됩니다. 그리고 바로 이 CPU 쿨러 단자가 4핀 타입의 PWM을 지원하는 리얼 단자 입니다. 만약 3핀 단자라면 구형 메인보드일 것이고 결국 이것은 DC 방식의 단자일 가능성이 큽니다. 그때 당시에는 CPU 쿨러에 LED가 없었으니 어차피 회전속도만 조절되면 되므로 딱히 PWM의 기술이 필요가 없었던 시기죠. 요즘 나오는 메인보드는 99% 이상 4핀짜리 PWM 단자일 겁니다. 작년에 구매한 제 메인보드인 MSI B360M 박격포 제품도 4핀 입니다. PWM을 지원하지요. 가끔 가격이 저렴한 메인보드의 경우는 아예 DC 기능도 없는 팬 포트가 탑재된 모델이 있기도 합니다. 말 그대로 그냥 팬만 돌아가게 하는 전원 공급 포트 역할만 하는 샘 입니다.
그리고 RGB 쿨러가 늘면서 시스템 쿨러 단자도 3핀 보다는 4핀 단자가 탑재된 메인보드들이 많이 늘어났습니다. 지금 나오는 메인보드들은 아마 대부분 시피유든 시스템이든 상관 없이 쿨러 단자가 몽땅 PWM과 DC를 모두 지원하는 4핀 단자일 겁니다. 모두 지원한다는 의미는 4핀 단자이면서 3핀을 연결해도 상관 없다는 이야기이고, 메인보드에서 팬 단자를 PWM으로 할지, DC로 할지 변경해서 세팅할 수 있다는 뜻 입니다. 즉 3핀 쿨러를 연결하고 바이오스 설정에서 DC 모드로 변경만 해주면 아무 문제가 없다는 뜻이 됩니다. 단 LED가 달린 3핀 쿨러라면 위에서 개념 설명을 드렸듯 DC로 설정했으니 전압으로 회전속도가 변경이 될 것이고 당연히 회전속도가 떨어지면 밝기도 줄어들게 될 겁니다.
만약 메인보드가 PWM / DC 교차 지원을 하지 않는다면?
열심히 구글링해서 한 블로거분의 글을 보게 되었습니다. 내용인즉슨 시스템 쿨러 단자가 4핀이어서 이것만 믿고 4핀 쿨러를 구매했는데 자동으로 회전속도 조절이 안 되서 메인보드 메뉴얼을 살펴보니 알고보니까 그냥 4핀이지 실질적으로는 DC로 동작하는 3핀과 똑같은 단자였다는 내용이었습니다. 커뮤니티에서는 보통 이 팬 포트를 짭PWM 이라고 부르고 있습니다. 가짜 4핀 포트라는 뜻 입니다. 따라서 쿨러를 구매하시기전에 먼저 메인보드의 사양과 설명을 꼼꼼히 살펴보시기 바랍니다.
만약 PWM 시스템 단자에 3핀짜리 쿨러를 꽂으면 어떻게 될까요? PWM은 전압은 일정하고 회전속도 컨트롤 선이 따로 있다고 말씀 드렸지요? 따라서 전압에 의해서 회전속도가 변하는 3핀 쿨러는 컴퓨터가 작동되는 내내 밝기 최대치, 회전속도 최대치로 회전하게 될 것입니다. 소음에 민감하신 분들이시면 아주 짱 싫으실 겁니다.
조금 옛날 메인보드의 경우는 대부분 CPU는 4핀, 시스템 팬 단자는 3핀일 겁니다. CPU만 진짜 PWM 단자이고 나머지 본체에 장착해서 연결하는 쿨러는 모두 DC 단자라는 뜻 입니다. 따라서 시스템 쿨러가 3핀이어야 메인보드에서 회전속도 컨트롤이 가능하게 될 것입니다. 물론 이 3핀 포트 마저도 DC 기능이 확실히 지원되는 단자여야만 회전속도 제어가 가능할 겁니다.
중간 결론
1. 먼저 내 메인보드가 바이오스에서 PWM / DC 컨트롤이 가능한지 살펴보기.
2. PWM / DC를 교차 지원하는 메인보드 4핀 포트에 4핀 LED 쿨러를 연결하는게 가장 이상적이고 확실한 방법! (단 반드시 메인보드 팬 설정에서 PWM 모드로 세팅해야 함)
3. PWM / DC를 교차 지원하는 메인보드 4핀 포트에 3핀 LED 쿨러를 연결하면 최대 밝기와 최대 회전속도로만 동작함. (단 메인보드 설정에서 DC로 세팅하면 회전속도 자동 컨트롤이 가능하지만 밝기도 회전속도에 따라 변함)
4. PWM / DC를 교차 지원 안 하는 가짜 메인보드 4핀 DC 포트에 4핀 LED 쿨러를 연결하면 DC 모드로 동작함.
5. 메인보드 3핀 DC 포트에 4핀 LED 쿨러를 연결하면 4번처럼 동작함.
6. 메인보드 3핀 DC 포트에 3핀 ELD 쿨러를 연결하면 4번처럼 동작함.
7. DC 기능이 없는 메인보드 3핀 포트에 그 어떤 쿨러를 연결해도 최대 속도와 최대 밝기로 동작함.
그러면 최신 메인보드에 3핀 LED 쿨러를 연결해서 회전속도가 자동으로 바뀌려면 무조건 DC 제어로만 가능한가?
결론부터 말씀드리자면 그렇습니다. PWM과 DC를 교차 지원하는 4핀 메인보드에 3핀짜리 RGB 쿨러를 연결한다고 가정했을 때, 메인보드에서 회전 수 제어를 받게 하려면 무조건 DC로 세팅할 수 밖에 없습니다. 3핀짜리 쿨러가 절대로 PWM 쿨러가 될 수는 없으니까요. 어쩔 수 없는 선택입니다. 때려죽여도 밝기는 최대로 유지하면서 회전속도만 변화를 주려면 4핀 쿨러로 바꿀 수 밖에 없습니다.
메인보드 시스템 팬 단자보다 본체에 장착되는 쿨러가 더 많은 경우에는?
이 때는 선택지가 두개 입니다. 먼저 Y형 확장 케이블로 연결 가능한 핀 수를 늘릴 수 있고 다른 하나는 팬허브 (Fan Hub) 라고 하는 확장 포트 또는 스플리터 라고 하는 분배 케이블 제품을 이용해서 메인보드의 부족한 팬 포트를 늘릴 수 있습니다.
각자 장단점이 있습니다. 먼저 쉽게 구매할 수 있는 Y형 확장 케이블의 경우 가격이 무척 저렴하다는 장점이 있습니다. 단점은 팬 포트 하나에서 나오는 전력을 나눠써야 하다보니 회전속도가 살짝 부족해지는 영향을 받을 수 있거나 RGB 쿨러의 경우 밝기에 영향을 줄 수도 있습니다. 알아본 바로는 최대 2개 까지의 연결은 괜찮다고 하는데 전류를 뿜빠이 하는 사실은 변함이 없으니 완벽하게 영향을 미치지 않는다고 말할 수 없습니다. 따라서 개인적으로 첫번째 방법은 비추 입니다.
그래서 팬허브를 이용하거나 스플리터 케이블을 이용해서 쿨러를 여러개 확장하는 방법이 있습니다. 팬허브의 경우는 흔히 사용하고 있는 USB 허브와 비슷한 장치라고 이해하시면 될 것 같습니다. USB 허브도 포트가 많이 사용되는 경우 별도의 전원 케이블을 연결해서 쓸 수 있는 제품이 있습니다. 팬 허브의 경우도 별도의 전원을 연결해서 사용하는 제품이 있는데 이때 전원 인터페이스는 대부분 SATA 방식이며, 전원공급장치로부터 직접 연결을 받아 사용합니다. 따라서 전력이 부족해서 회전속도에 영향을 주는 그런 걱정을 할 필요가 없습니다. 스플리터 케이블도 비슷한 원리 입니다. 전력을 전원공급장치에서 직접 공급받고 여러개의 팬을 동시 연결 가능하다는 장점이 있습니다. 단 마감 면에서도 뭔가 깔끔하고 연결해야하는 팬의 개수가 압도적으로 많다면 스플리터 케이블 보다는 팬허브가 좀 더 유리합니다. 때문에 팬허브가 가격이 가장 비싼 편 입니다. 검색해 보시면 아시겠지만 대부분 2~3만원대에 형성되어 있습니다. 예를 들어 딥쿨사에서 출시한 FH-10 팬허브는 10포트로서 10개의 쿨러를 동시에 연결이 가능합니다. PWM을 지원하는 팬허브 이므로 4핀으로 연결된 모든 쿨러는 속도가 동일하게 동시다발적으로 제어가 될 것입니다. CPU부터 시작해서 본체 프론트 (앞) 부분에 3개, 위에 2개, 뒤에 1개, 바닥에 2개 이렇게 총 9개의 4핀 쿨러가 동시에 연결되어 있다고 한다면 이 모든 쿨러가 CPU 온도의 변화에 따라서 회전속도가 동시에 변화하게 될 겁니다.
팬 허브? 확장 케이블? 좀 더 자세히 알아보자
방금 말씀드렸듯 팬허브도 종류가 두 가지 정도 있습니다. 저처럼 3핀 팬들을 동시에 제어할 수 있는 제품도 있습니다. 이번에 구매하게 된 제품인데 Phanteks PWM Fan Hub 라고 하는 제품 입니다. 이 팬허브는 PWM 신호를 DC 전압 신호로 바꿔주는 장치 입니다. 한마디로 PWM > DC 트랜스폼 장치 라고 이해하시면 될 것 같습니다. 즉! PWM으로 설정되어있는 메인보드의 4핀 팬 포트에 이 허브를 연결해주고, 허브에는 3핀짜리 RGB 쿨러를 연결하면 메인보드에서 회전속도 제어가 가능하다는 뜻 입니다. 단 지금까지 설명드린 것 처럼 DC 전압 신호로 변경되는 장치이므로 결국 전압에 의한 회전속도 제어가 진행된다는 이야기고 결국 팬의 LED 밝기도 회전속도에 따라 영향을 받아 변한다는 의미가 될 것입니다. Phanteks PWM 팬 허브에 대한 사용 후기는 아래에 올려두겠습니다. 참고하시기 바랍니다.
결국 3핀 RGB LED 쿨러는 뭔 짓을 해도 하나는 무조건 포기해야 하는 겁니다. 밝기를 유지하려면 회전속도를 포기해야하고, 반대로 회전속도 제어를 하려면 LED 밝기를 포기해야 하는 거죠. 어떻게 보면 장점이 될 수도 있겠네요. 본체 케이스 쿨러의 LED 밝기가 약하면 "음, 현재 CPU 온도가 낮아서 쿨러가 천천히 돌아가고 있구나!" 하고 이해하게 될 것입니다. 쿨러의 LED 밝기로도 내부 온도 상태를 대충 알아볼 수 있게 되는 샘 입니다. 단점을 최대한 장점으로 승화시키는 중 입니다. (울컥)
PWM 스플리터 케이블이나 위에서 잠깐 언급했던 딥쿨 FH-10 팬허브는 PWM 신호를 복제해주는 장치 입니다. 즉 4핀 쿨러 전용 확장 허브라고 생각하시면 좋을 것 같습니다. 만약 이 장치에 3핀 쿨러를 연결하면 최대 속도와 최대 밝기로 동작하게 됩니다. 왜그런지는 이제 대충 이해하셨으리라 생각됩니다. PWM은 전압이 아닌 펄스에 의해 회전속도가 동작하는 원리라고 말씀을 드렸죠? 당연히 3핀 쿨러에는 PWM 핀이 없고 전압은 늘 12V가 들어가므로 밝기랑 회전속도가 최대치로만 작동하게 되는 것 입니다. 저 위의 세 가지 제품 사진을 보시면 Phanteks PWM 팬허브는 자세히 살펴보시면 3핀 확장 허브라는걸 확인하실 수 있고 스플리터 케이블과 딥쿨 FH-10 팬허브는 4핀 확장 허브라는걸 확인하실 수 있을겁니다. 따라서 현재 자신이 사용하려고 하는 시스템 쿨러가 3핀인지 4핀인지도 잘 확인하시어 거기에 맞는 허브를 구매하셔야 합니다. 팬허브라고 다 같은 역할을 하는게 아닙니다.
이 외에도 다양한 팬허브가 있습니다. 노출형 팬허브도 있는데 내구도가 떨어지거나 오작동 하는 경우가 있다는 후기들도 보여서 기왕이면 너무 싼 제품보다는 후기도 많고 여러 커뮤니티에서 인정받은 제품으로 구매하시는걸 추천합니다. 그리고 케이스에 아예 펜허브 제품이 같이 묶음으로 판매되는 제품도 있더군요. 아마 이건 튜닝용 케이스의 경우일 겁니다. RGB 팬을 여기 저기 많이 사용하는 케이스의 경우가 그렇습니다.
번외편 : 케이스에서 속도 제어하는 스위치의 경우는?
위의 사진은 현재 사용중인 본체 케이스 입니다. 이 스위치로 본체의 위에 장착된 팬, 그리고 후면에 장착된 팬의 속도를 2단계로 조절할 수 있습니다. 선풍기로 비교하자면 1단과 2단 입니다. 회전속도는 결국 풍량이고 풍량 조절을 위해서는 결국 DC 제어인 전압을 바꿔서 조절한다는 뜻이 됩니다. 저 스위치와 연결된 쿨러들은 메인보드가 아닌 파워에서 직접 공급을 받고 있습니다. 따라서 12V의 전압을 낮추는 방법은 저항 밖에 없습니다. 즉 해당 스위치의 한쪽 부분에는 저항이 붙어 있습니다. 현재 이 케이스에서 스위치를 아래로 내리면 Law (낮음) 속도이고, 위로 올리면 High (높음) 속도 세팅이 됩니다. 가운데는 스위치 OFF 구요. 컴퓨터를 켜고 스위치를 아래로 내리면 확실히 속도도 줄어들고 LED 빛의 세기도 줄어듭니다. 반대로 위로 스위치를 올리면 속도도 빠르고 LED도 밝아집니다. 즉 저항은 Law 쪽에 아마 장착되어 있을 겁니다. 12V로 들어가는 쿨러의 전압을 수동으로 낮춘 거지요. 그래서 이런 회전속도와 밝기 차이가 발생하게 되는 것 입니다. 메인보드와는 별개로 이렇게 수동으로 쿨러 속도를 제어하는 방법도 있습니다.
마무리
긴 글을 정독하시느라 고생 많으셨습니다. 개념을 정리하는데 시간이 좀 걸릴 수도 있습니다. 그래도 이 글이 여러분들의 시스템 쿨러 구매에 도움이 되길 바라는 마음으로 최대한 아는만큼 자세히 작성해 봤습니다. 최종 마무리 결론을 지어 보도록 하겠습니다.
1. 메인보드의 4핀 팬 포트가 모두 진짜 리얼 PWM을 지원하는지 여부를 최우선으로 따질 것.
2. 3핀짜리 쿨러는 무조건 DC로만 회전속도 제어가 가능. 따라서 LED가 들어간 쿨러의 경우 광량의 변화도 발생함.
3. 4핀짜리 쿨러는 무조건 PWM으로 제어 받는걸 권장. 그래야 LED 밝기가 최대치이고 동시에 회전 속도의 변화가 발생함.
4. 3핀짜리 쿨러를 회전속도 제어까지 원한다면 아직까지는 Phanteks PWM 팬허브 제품이 유일함. (단 반드시 메인보드와의 연결은 리얼 PWM 4핀 포트에 연결이 되어야 하며 LED 밝기 최대치는 포기할 것)
5. 4핀짜리 쿨러를 회전속도 제어를 원한다면 위에서 언급한 스플리터 케이블 혹은 딥쿨 FH-10 같은 PWM 허브를 사용할 것. (밝기도 유지하고 회전속도 제어까지 가능함)
이 정도로 마무리를 하면 될 것 같습니다. 이 글 하나 작성하는데 거의 7시간이 걸렸군요. 쓸데없는 TMI로 마무리를 하겠습니다. 끝.
"친절한효자손 취미생활" 을 검색!
