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MSI 그래픽카드의 아이콘 ‘트윈 프로져’ 쿨러의 발자취MSI의 그래픽카드의 성공을 이끈 일등 공신 '트윈 프로져'
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승인 2016.10.07  09:43:39
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PC에서 성능은 곧 전력소모와 발열이다. 높으면 높을수록 그에 맞춰 전력소모와 발열이 상승한다. 특히 발열을 해소하는 것이 큰 숙제다. 때문에 소비자들의 시선을 사로잡을 고성능 제품은 그에 맞춘 쿨링솔루션을 제시한다. 발열을 해소하지 못하면 원하는 작동속도를 구현하기 어려운 것은 물론이거니와 장시간 작동 환경에서 안정성을 확보할 수 없어서다.

무엇보다 그래픽카드는 이 분야에서 가장 치열하다. 1프레임이라도 더 부드러운 게임 몰입감을 제공하기 위해 1MHz라도 더 높이려는 노력이 지속되고 있다. 과거 그래픽 프로세서 제조사가 정한 성능에 맞춰 제품(레퍼런스)을 선보인 것과 다르다. 타 브랜드와 같은 작동속도와 구성을 갖춘 그래픽카드를 선보인다면 의미가 없기 때문이다. 때문에 그래픽 프로세서와 부품을 가지고 연구개발에 몰두한다. 성능을 높이는 것은 기본, 사용자가 원하면 더 높은 잠재력을 제공하게끔 하는 것이 목표다.

이와 함께 최적의 쿨링솔루션도 개발된다. 과거에는 잘만(ZALMAN)이나 제로썸(ZEROTHERM)과 같은 유명 쿨링솔루션 개발사가 설계한 제품을 채택하는 식이었지만, 지금은 그래픽카드 개발 단계부터 기판에 맞춰 설계하는 것이 일반적이다. 그래야 부품 발열에 능동적으로 대처할 수 있어서다.

   
 
그런 점에서 가장 두드러지는 그래픽카드 제조사 중 하나가 바로 MSI다. 다른 브랜드와 달리 자체 개발한 쿨링솔루션을 비교적 빨리 도입하며 주목 받았다. 그 이름이 바로 ‘트윈 프로져(Twin Frozr)’. 2009년 4월, 지포스 GTX 260 그래픽 프로세서 기반의 고성능 그래픽카드 ‘N260GTX 라이트닝(Lightning)’에 처음 탑재되면서 이름을 알린 이 쿨링솔루션은 현재 MSI 그래픽카드의 아이콘이라 해도 과언이 아닐 정도로 세대를 거듭하고 있다.

두 개의 쿨링팬으로 시원하게 ‘트윈 프로져’의 매력은?

트윈 프로져(Twin Frozr), 두 개의 냉각 정도로 생각하면 될 듯 하다. 실제로 트윈 프로져는 다양한 형태를 취했지만 ‘두 개의 냉각팬’이라는 큰 틀은 유지했다. 물론, 그 사이에 트라이 프로져(Tri Frozr)나 하이브리드 프로져(Hybrid Frozr) 등 여러 시도가 이어졌지만 오랜 시간 꾸준히 사랑 받은 쿨링솔루션은 트윈 프로져가 아닐까 예상해 본다.

   
트윈 프로져 6에서도 두 개의 큼직한 대형 냉각팬과 넓은 방열판이 두드러진다

트윈 프로져는 몇 가지 큰 특징을 품고 있다. 하나는 두 개의 대형 냉각팬이고 그 다음은 대형 방열판이다. MSI는 성능과 정숙성이라는 두 명제를 가지고 꾸준히 개선 및 발전을 이어왔다. 본래 반도체는 성능을 높이는데 한계가 있고, 이에 도달하는 데에는 많은 노력이 필요하다. 특히 발열과의 싸움은 치열하다고 할 정도다. 오버클럭의 필수 요소 중 하나로 ‘냉각’을 꼽는 이유도 속도가 상승하면서 증가하는 발열 해소가 필수 조건이기 때문이다.

먼저 냉각팬을 살펴보자. 초기 트윈 프로져는 평범한 냉각팬을 채용했지만, 그래픽 프로세서의 발열이 증가함에 따라 자체 제작해 성능을 높이는 방식으로 전환했다. 크기를 키우고, 냉각팬 날개의 디자인을 고쳐 풍량과 풍압을 개선했다. 이런 노력은 타 그래픽카드가 쉽게 흉내내기 어려운 부분 중 하나다. 특히 지금의 톡스(Torx) 디자인은 성능과 소음 측면에서 높은 평가를 받고 있다.

이 냉각팬은 5세대 트윈 프로져에서 처음 도입됐다. 그 이전에는 블레이드 팬 디자인을 채용했었다. 냉각팬 끝을 안으로 꺾어 풍량을 높인 구조다. 톡스는 일반 날개와 블레이드 형상의 날개를 교차 구성하면는 구조로 개선해 난기류와 풍량을 개선했다. 6세대 트윈 프로져에는 이보다 더 발전한 톡스 2.0 디자인이 적용됐다. 기존 대비 풍량이 13%, 풍압이 22% 향상됐다.

동시에 소음도 잡았다. 더블 볼 베어링 구조로 수명과 마찰 소음을 줄인 것이다. 날개 수도 늘려 적은 회전에서도 효과적인 냉각 성능을 내도록 했다. 당연히 타 그래픽카드보다 높은 속도로 작동해도 발열은 낮고 정숙한 환경을 제공하게 된다. 게임 몰입감 향상에 도움이 되는 것은 물론이다.

   
▲ 2세대에 처음 도입한 이후, 8mm 슈퍼파이프와 6mm 히트파이프 조합을 고집하고 있다

방열판 디자인도 독보적이다. 빠른 시기에 슈퍼파이프(Superpipe) 디자인을 채택한 MSI는 기존의 장점은 유지하면서도 공기 흐름을 원활히 유도하기 위한 설계도 함께 진행했다. 6세대 트윈 프로져에 탑재되는 방열판은 그 정점에 한걸음 더 다가가는데 성공했다. 그래픽 프로세서와 맞닿는 바닥면(베이스)은 니켈 도금한 구리를 채택했고, 여기에 고성능 써멀 컴파운드를 도포해 열 전도 성능을 높였다.

8mm 슈퍼파이프와 6mm 히트파이프를 조합한 구성은 동일하다. 그러나 히트파이프의 수를 5개로 구성해 방열핀 곳곳에 열을 전달하도록 만들었다. 그래픽 프로세서가 닿는 곳에는 최대한 접촉 면적을 확보하기 위해 반듯하게 압착한 형태로 구성했다.

‘시원하고 조용하게’ 트윈 프로져 쿨링솔루션의 변천사

2009년 4월, 트윈 프로져가 처음 모습을 드러낸 시기다. 첫 제품은 N260GTX 라이트닝. 코어 수를 늘린 지포스 GTX 260 그래픽 프로세서를 채택하고, 여기에 호화로운 부품 구성을 통해 타 제품간 차별화를 두었다. 이 때부터가 MSI 도약의 발판을 마련한 계기가 된 셈이다. 쿨링솔루션도 마찬가지지만 8+2 페이즈 구성의 전원부와 자체 설계된 기판, 터치 오버클럭 패널(에어포스 패널, 블랙에디션에만 제공됨) 등 기존 실력 외에 사용자가 탐할 수 있는 잠재력을 갖춘 제품으로 평가 받고 있다. 그래픽카드에 밀리터리 클래스가 적용된 것도 이 때부터다.

   
▲ 지포스 GTX 200 시리즈에 쓰인 1세대 트윈 프로져.
라이트닝에 처음 쓰였는데, 이후 고성능의 대명사로 자리잡게 됐다.

1세대 트윈 프로져는 6mm 두께의 구리 히트파이프를 5개 사용했다. 방열핀과 히트파이프는 모두 니켈 도금해 고급스러움은 물론 산화에 의한 부식을 억제했다. N260GTX 라이트닝 외에도 N275GTX에도 트윈 프로져 쿨링솔루션이 채택된 바 있다.

당시 N260GTX 라이트닝에 탑재된 트윈 프로져의 성능은 인상적이었다. MSI의 자료에 따르면 당시 엔비디아 기본 쿨러와 비교해 유휴 상태에서는 7도, 최대 부하 상태에서는 8도 정도 낮은 온도를 기록했다. 당시 비슷한 성능을 내는 쿨러는 많았지만 덩치가 매우 컸는데, 트윈 프로져는 부담스러운 상대적으로 크기에 대한 부담도 적었다.

   
▲ 2세대 트윈 프로져는 기존 대비 쿨러의 크기는 키우고 슈퍼파이프의 개념을 도입했다.
사실 트윈 프로져 쿨링솔루션의 뼈대가 여기에서 거의 완성됐다고 평가된다.
여러 그래픽카드에 두루 쓰였다는 점이 이를 방증한다

1세대가 고성능 쿨링솔루션의 성공 가능성을 점치기 위한 실험대라고 한다면 2세대 트윈 프로져는 본격적인 자체 개발한 쿨링솔루션을 본격적으로 보급하는데 큰 역할을 했다. 특히 제품군을 다양하게 구성한 MSI의 의도에 따라 냉각 성능에 차등을 둔 형태의 트윈 프로져를 선보이기도 했다.

트윈 프로져 2는 2010년에 등장했다. 기존 틀은 대부분 유지하면서도 냉각팬 크기를 키워 냉각 성능을 향상시켰다. 1세대 트윈 프로져가 당시 일반 그래픽카드에도 흔히 쓰이는 70mm 규격의 냉각팬을 사용했는데, 2세대에 와서는 크기를 10mm 키웠다. 80mm의 냉각팬은 낮은 회전에서도 조용했고, 풍량도 뛰어났다. 무엇보다 MSI는 냉각팬 날개의 디자인을 냉각 효율을 고려해 설계함으로써 한계를 극복하고자 했다.

이 뿐만 아니라, 히트파이프의 설계도 새로 이뤄졌다. 히트파이프의 두께가 6mm였던 것에서 일부 중요한 부분에 8mm 두께의 히트파이프를 배치하는 것이었다. MSI는 이를 슈퍼파이프(Superpipe)라고 불렀다., 이를 그래픽 프로세서가 있는 곳을 지나도록 만들었다. 히트파이프는 구리로 만들어졌기에 열 전도가 높다. 이를 감안한 것이다.

트윈 프로져 쿨링솔루션은 기본적으로 라이트닝과 같은 고성능 제품군에 주로 쓰였지만, 2세대에 와서는 적용범위가 상당히 넓어진다. 라이트닝은 물론, 이후 전개되는 여러 그래픽카드에 두루 쓰인 것이다. 대신 히트파이프와 방열판의 크기 등을 차등 적용하기 시작했다. 고성능 그래픽 프로세서에는 완전체를 탑재했으며, 중급기나 보급기에는 그에 맞는 트윈 프로져를 탑재했다.

고급 라인업에는 대형 방열판과 5개의 히트파이프를, 중급기에는 4개의 히트파이프를 썼다. 소형 또는 보급형 그래픽카드에는 3개의 히트파이프를 적용하기도 했다. 이후 지포스 GTX 500 또는 라데온 HD 5000 시리즈부터 출시된 호크(HAWK) 라인업에도 동일한 방식이 적용됐다.

2세대 트윈 프로져는 비교적 장수한 쿨러다. N275GTX 라이트닝을 시작으로 엔비디아 지포스 GTX 400, 500 초기 라인업에도 탑재됐다. 라데온은 HD 5000, HD 6000 등에서 이 쿨러를 사용했다.

   
3세대 트윈 프로져에서 블레이드 팬 디자인이 처음 도입됐다

3세대 트윈 프로져는 지포스 GTX 500 시리즈 후기부터 사용됐다. 시기적으로 보면 2012년 경이다. 지포스 GTX 570에서 먼저 탑재됐는데, 부분적으로 효율을 높이는 것에 주력한 것이 이 때의 트윈 프로져 쿨링솔루션이다. 외관은 물론이고 냉각팬에도 큰 변화가 있었다. 히트파이프(또는 슈퍼파이프)와 방열판 조합으로 제품군을 구별한 부분은 큰 차이가 없었다.

MSI가 효율을 높인 것은 당시 그래픽 프로세서의 전력 소모와 발열이 높아서다. 당시 성능이 괜찮은 그래픽 프로세서는 300W에 달하는 전력 소모를 자랑했다. 중급 그래픽 프로세서라도 200W를 넘던 시절이었다. 이들의 성능을 높이기 위해 오버클럭하면 자연스레 기본 상태보다 더 많은 발열과 전력소모가 이뤄졌다. 이를 개선해야 할 필요가 있었다.

때문에 MSI가 떠올린 묘안은 바로 냉각팬에서의 성능 향상. 기존 방열판과 히트파이프 구조는 방열효과가 충분했지만 냉각팬이 문제였다. 기존 형태로는 열 해소에 한계가 있었기 때문이다. 다른 접근이 필요했고, 도달한 것이 날개의 형상이었다. 그렇게 탄생한 것이 바로 블레이드 팬이다. 날개 끝을 안쪽으로 살짝 꺾어 풍량을 늘린 것이다.

결과는 성공적이었다. 냉각팬 크기는 80mm를 유지했지만 풍량이 높았기 때문에 쿨러 디자인을 새로 바꿀 필요가 없었다. 트윈 프로져 3는 이전 대비 20% 많은 풍량을 보여줬다. 이후 지포스 GTX 600, 라데온 HD 7000 시리즈에 이르기까지 이 쿨러가 사용됐다.

   
▲ 4세대 트윈 프로져는 성능도 중요하지만 저소음에 더 큰 무게를 두고 설계됐다

2013년에는 트윈 프로져가 4세대로 진화하게 된다. 지포스 GTX 600 시리즈가 출시되던 시기다. 이 때 MSI는 게이밍 G 시리즈로 브랜드를 통일하고 여기에 라이트닝이나 호크 등 세부 라인업을 구성해 세력을 본격적으로 확장하기 시작했다. 처음 이 쿨러는 N680GTX 라이트닝에 탑재되면서 본격적인 시대의 변화를 주도했다.

트윈 프로져 4 쿨링솔루션의 특징은 대형 냉각팬이다. 기존 블레이드 팬 디자인은 유지하면서도 크기를 80mm에서 100mm로 늘려 이전에 지적되던 소음에 대한 우려를 잠재웠다. 일반적으로 냉각팬이 크면 낮은 회전으로도 넉넉한 풍량을 기대할 수 있다. 때문에 MSI는 쿨러의 디자인을 간결하게 구성하면서 냉각팬 크기를 획기적으로 늘려 이에 대응하고자 한 것이다.

단순히 냉각팬 크기를 키운 것에서 끝나지 않는다. 방열판에도 변화를 주었다. 방열판은 그래픽 프로세서의 열을 흡수하는 베이스(덮개)를 중심으로 얇은 핀이 주위에 배치된다. 이를 히트파이프가 지나는 구조로 설계한다. 열이 베이스를 시작으로 히트파이프를 지나 방열핀으로 고루 퍼지는 식이다. 이렇게 품은 열을 100mm에 달하는 냉각팬이 밖으로 내보내는 것이다.

다시 본론으로 돌아와, 방열핀은 열전도는 물론이지만 공기 흐름을 유도하는데 도움을 준다. 특히 4세대 트윈 프로져는 냉각팬 크기를 키우면서 회전 속도를 낮췄기 때문에 기존 설계로는 자칫 난류로 인한 효율 저하가 생길 수 있었다. MSI는 설계 과정에서 방열핀에 굴곡을 주거나 단차를 구성하는 식으로 해결했다.

트윈 프로져 4는 방열판의 면적과 히트파이프의 구성을 바꿔도 두 개의 100mm 냉각팬 구성은 그대로 유지해 성능과 정숙성이라는 두 마리 토끼를 잡았다. 이 쿨러는 R7970 라이트닝에 이어 지포스 GTX 700 시리즈와 라데온 R9 200 시리즈 등에 두루 쓰였다.

   
성능과 함께 화려함까지 제공하게 된 5세대 트윈 프로져

2014년, 지포스 GTX 900 시리즈, 라데온 R9 300 시리즈와 함께 트윈 프로져는 5세대로 세대교체가 이뤄진다. 대형 냉각팬과 방열판은 그대로 유지하되 디자인과 성능 개선을 위한 설계를 새로 적용했다. 최신 흐름을 어느 정도 반영하면서 쿨러 상단에 LED도 적용되기 시작한 것도 이 때부터다.

냉각팬은 100mm로 동일하지만 기존 날개를 꺾은 구조가 아니라는 점이 다르다. 이번에는 일반 날개와 꺾은 날개를 교차로 배치한 방식을 채택했다. MSI는 이를 톡스(Torx)라고 불렀다. 기존에는 풍량 개선에 중점을 뒀다면, 새로운 냉각팬은 풍압도 함께 고려하게 됐다. 동시에 60도 이하에서는 회전을 멈추고 정숙성을 제공하는 제로 프로져(Zero Froze) 기술도 추가했다.

방열판은 새로운 쿨러 도입에 맞춰 방열핀 설계를 개선했다. 여기에 히트파이프는 8mm 2개, 6mm 2개로 구성해 그래픽 프로세서의 열을 빠르게 분산시키도록 했다.

‘성능은 최대로 소음은 최저로’ 더 강력해진 6세대 트윈 프로져의 시대로

지포스 GTX 10 시리즈와 함께 MSI 역시 6세대 트윈 프로져로 게이머를 찾아간다. 5세대보다 더 낮은 방열 성능은 물론이고, 정숙성 역시 과거 명성을 이어간다. 꾸준히 세대를 거듭하며 업그레이드가 이뤄진 것처럼 새로운 트윈 프로져도 기존 대비 큰 개선과 업그레이드가 있었다.

   
▲ 톡스 2.0 디자인이 적용되면서 날개의 평상과 면적이 미묘하게
조정됐다. 이를 통해 풍량과 풍압 모두 개선할 수 있었다

먼저 냉각팬에서는 풍량과 풍압을 개선하기 위한 노력이 스며들었다. 5세대 트윈 프로져에 적용된 톡스 쿨러는 2.0으로 업그레이드 되면서 크게 달라졌다. 일반 날개와 블레이드 디자인을 교차 구성한 것은 그대로지만 블레이드 날개 디자인을 변경했다. 또한 날개 면적을 조정하면서 풍량과 풍압을 높였다. 그 결과, 기존 냉각팬 대비 풍량은 13%, 풍압은 22% 늘었다. 같은 환경이라면 발열 효과가 더 향상된 셈이다.

   
새 냉각팬에는 더블 볼 베어링을 적용해 마찰 소음을 줄이고 수명도 늘렸다

정숙성을 향한 노력도 이어졌다. 톡스 2.0에는 더블 볼 베어링이 적용된다. 부드러운 작동을 도와 정숙성을 높여주는 것은 기본이고 수명 향상에도 도움을 준다. 결국 더 적게 회전해도 여유로운 풍량과 풍압, 정숙성 모두 제공 가능하게 됐다. 소음에 민감한 게이머에게 또 다른 희소식이 아닐 수 없다.

새로운 냉각팬 디자인은 성능으로 말한다. 동일한 그래픽 프로세서라면 6세대 트윈 프로져가 5세대 대비 온도는 비슷해도 냉각팬 회전 속도는 더 낮다. 동일한 속도로 작동하면 성능이 높아지는 것은 당연한 결과일 것이지만, 정숙성이라는 문제도 해결해야 한다. 새로운 냉각팬은 그 목표에 어느 정도 도달했다.

기존 특징은 그대로 유지된다. 일정 온도 이하에서 작동하면 냉각팬 회전을 멈추는 제로 프로져(Zero Frozr)가 그것이다. 그래픽 가속이 없으면 발열이 낮아지는데 이 순간에도 냉각팬을 회전시킬 필요는 없다. MSI는 60도 이하인 상태에서는 냉각팬 작동을 중지하고 조용한 PC 환경을 만드는데 힘을 보탠다. 반대로 60도가 넘으면 냉각팬이 회전하며 즉시 열을 해소한다.

   
▲ 방열판은 효과적인 열 해소를 위해 슈퍼파이프와 히트파이프를 함께 구성하는 것은
물론, 열 전도를 높이기 위해 베이스에 고성능 써멀 컴파운드까지 도포한다

방열판에도 변화가 있었다. 새로운 냉각팬 디자인에 맞춰 방열핀 구조를 개선했다. 이를 통해 난류에 따른 성능 저하를 막으면서 열을 효과적으로 배출하도록 돕는다. 히트파이프는 8mm 슈퍼파이프와 6mm 일반 히트파이프를 총 5개 배치하는 구조다. 그래픽 프로세서와 맞닿는 바닥면에도 많은 정성을 쏟았다. 반듯하게 다듬은 바닥면은 니켈 도금된 구리로 만들어 열을 빠르게 히트파이프로 전달한다. 또한 고성능 써멀 컴파운드를 도포해 최대한의 성능을 내는 것에 집중했다.

이렇게 완성된 트윈 프로져 6는 MSI의 지포스 GTX 10 시리즈 그래픽카드에 탑재되고, 게이밍 Z와 X 시리즈로 나뉘어 게이머를 찾아간다. 트윈 프로져 외에도 MSI는 제품 특성에 맞는 다양한 쿨링솔루션을 적용, 최적의 게이밍 환경을 제공하고 있다.

MSI 트윈 프로져는 2009년부터 2016년인 지금까지 계속 이어지고 있다. 약 7년 동안 게이머들에게 전폭적인 지지를 받는 것은 쉬운 일이 아니다. 오랜 시간에 걸쳐 사랑 받는 제품은 그만한 이유가 따른다. 무엇 때문이었을까? 이유는 다양하겠지만 아마도 게이머들의 요구를 수용하고 끈질기게 개선해 나간 노력이 있었기에 가능한 결과가 아니었을까?

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