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잡담

DC-DC 파워에 대해 알아봅시다 (장문)

까마귀 까마귀 1415

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컴퓨터의 핵심 부품으로는

작업을 처리하는 CPU, 작업 저장 공간인 RAM, 이 둘을 연결해주는 M/B가 있습니다.

gpu라던가 ssd같은 건 사실 없어도 컴퓨터가 켜지는데에 지장이 없습니다.

그저 우리가 특정 작업을 더 빠르고 효율적으로 처리하기 위해 추가로 필요한 부품일 뿐입니다.

 

그러나 이것이 없으면 cpu도 ram도 M/B도 아무런 쓸모가 없습니다.

바로 전기를 공급해주는 Power Supply = PSU = 통칭 '파워' 입니다.

 

일반적으로 컴퓨터에 쓰는 파워는 

image.png.jpg

이렇게 생겼습니다. 큽니다.

 

그리고 메인보드=M/B의 규격인 m-ATX가 파워에도 있습니다.

조금 작습니다.

 

SFX. Small Form... 이런 규격도 있습니다. 조금 더 작습니다.

TFX. 옛날 대기업 슬림 PC에서나 찾아볼 수 있는 규격입니다. 길쭉합니다.

1U FLEX. 1U는 서버 컴퓨터에서 쓰는 용어인데... 아무튼 얇고 길쭉합니다.

 

이런 다양한 파워들이 있습니다.

 

그리고 이 파워들은 본질적으로 같습니다. 규격에 따라 크기만 조금 더 작을 뿐입니다.

 

image.png.jpg

 

모두 이런 전원선을 통해 전기를 끌어와서,

내부에서 이런 저런 과정을 통해 220V의 고전압 전기를

 

image.png.jpg

컴퓨터가 사용하는 저전압으로 변환해줍니다.

기판을 구동할 때에는 5V가 참으로 적절하고 아기자기한 전압이지만,

고전압일수록 전력 손실이 덜 일어난다는 특성을 가집니다.

 

그래서 CPU는 1.5V도 안되는 전압으로 작동하지만, CPU나 GPU에 전기를 공급하는 전원선은 12V입니다.

 

마찬가지로 HDD의 모터를 구동할 때에도 12V를 사용합니다.

 

물론 파워에서도 5V 전기를 공급해주지만, 추가로 필요하다면 연결된 장치가 알아서 12V를 추가로 끌어와서 입맛대로 변환해서 쓰기도 한다는 이야기입니다.

 

따라서 파워의 핵심은 12V고, 전력 손실의 대부분은 220V AC를 12V DC로 변환할 때에 일어난다고도 할 수 있습니다.

물론 5V등으로 변환할 때의 손실도 있지만 사용이 적은만큼 비중이 훨씬 적거든요.

 

 

오늘의 주제인 DC-DC 파워는 이러한 전력 손실들을 극단적으로 줄일 수 있는 획기적인 물건입니다.

 

image.png.jpg


초기에는 이렇게 생겼었는데

 

image.png.jpg

 

요즘은 이렇게 생겨서 그냥 메인보드의 24핀 커넥터에 꽂으면 그게 바로 파워입니다.

이런 형태의 DC-DC 파워를 pico PSU, 피코 파워라고 부르기도 합니다.

 

앞서 봤던 ATX 규격 파워의 cm 단위에 비하면 mm단위는 정말 아기자기합니다.

 

어떻게 이런 소형화가 가능한 걸까요? 왜 현용 파워들은 이렇게 안할까요?

 

 

220V 의 교류 전원을 12V DC로 바꿔주는 게 파워의 핵심이라고 앞서 말했었죠?

DC-DC (= DC-ATX) 파워는 그런 핵심을 파워에서 처리하지 않습니다.

 

image.png.jpg

 

이렇게 생긴 DC 어댑터에서 대신 처리해줍니다.

DC 어댑터. 노트북 등의 소형 전자제품에 많이 쓰이는 전원공급장치입니다.

 

핵심 기능을 이렇게 밖으로 빼놓았으니 당연히 작아질 수 밖에요.

 

 

오히려 걸리적 거리고 거추장스러워지는 게 아닐까요?

그렇기도 합니다.

 

그럼에도 불구하고 DC-DC 파워를 쓰는 이점은 물론 있습니다.

 

image.png.jpg

↑아난드텍 측정 900W 고효율 파워

 

 

일반적인 파워 서플라이는 저출력, 고출력 구간에서 효율이 급감합니다.

예를 들어 500W 파워가 있는데, 컴퓨터가 40W만 쓰고 있다면? 효율이 70% 밑으로 저하되어 60W 이상이 소모될 수 있습니다.

 

일반적으로 파워는 로드율의 대략 50% 지점에서 최상의 효율을 가집니다.

파워의 전력 효율이 80% 이상이라는 건 50% 구간에서의 얘기입니다.

 

그렇다면, 24시간 내내 켜져있고, 전력의 변동이 거의 없는 서버 컴퓨터나 NAS라면 

평균 전력소모의 2배 가량 정격용량을 가진 파워를 선택하는 게 가장 좋은 선택일 겁니다.

 

HDD 하나당 8w씩, 하드 4개에 32w. 

CPU가 10w를, 램이나 보드에서 5w를. 

대략 50W 정도를 소모하는 NAS라면 100W 정도의 파워를 사용할 때에 가장 큰 효율을 가지겠죠?

 

하지만 우리가 일반적으로 사용하는 파워는 500W부터가 '시작'입니다.

400W 300W 200W 없는 건 아닌데 저가 라인업이거나 신뢰성이 불안불안합니다.

 

50W 평균 시스템에 500W 파워를 사용한다면 효율이 떨어지는 만큼 낭비되는 전기가 아주 많겠죠.

 

그렇다면 이런 낭비되는 전력을 줄일 수는 없을까요?

 

그래서 등장하는 게 DC 어댑터입니다.

 

DC어댑터는 일반적으로 저출력-고출력 구간에서의 변환 효율이 ATX 파워처럼 크게 변하지 않습니다. 

그리고 시판되는 DC어댑터들은 효율이 기본 80%이기도 하구요. 고급 어댑터는 90%를 넘어갑니다.

 

 

이 DC어댑터를 이용해 12V를 DC-DC파워에 공급해준다면

DC-DC파워는 일부 전기를 5V로 변환해서 보내주고, 12V를 그대로 메인보드 등의 장치에 전달해줍니다.

 

image.png.jpg

 

물론 여기서도 일부분 손실이 발생합니다만, 0.9 X 0.97을 해봤자

일반 파워를 저부하로 사용할 때에 비하면 아주 귀여운 수준의 손실입니다.

 

 

고효율 어댑터에 DC-DC 파워를 조합해서 사용한다면 NAS용으로 참 좋겠죠?

실제로 NAS 사용자들 중 일부는 이 DC-DC 파워를 사용해서

10% 이상의 전기를 아낀다고 합니다.

 

그러나 여기에도 문제가 있습니다.

 

1. DC 어댑터는 비쌉니다. DC-DC 파워를 샀는데 어댑터를 또 사야합니다.

그런데 고효율일 수록 더 비쌉니다.

그렇다고 고효율 어댑터를 안사자니 이럴거면 그냥 저용량 파워 서플라이를 쓸 걸 그랬나 싶기도 합니다.

 

2. 대부분 중국산입니다. 중국도 요즘 전자 부품 잘 만듭니다.

그런데 과연 성능 말고 QC도 믿을만 할까요...?

갑자기 단자가 뽑힌다거나, 헐거워져서 불이 난다거나 하면?

 

3. DC 어댑터는 파워보다 대기 전력 소모가 크다고 합니다.  즉, 파워는 전원을 끄면 그냥 꺼진 상태지만

DC 어댑터는 코드가 꽂혀있는 이상 최소한도로 켜져있다는 거죠.

뭐 24시간 켜놓을 거면 문제되는 부분은 아닙니다.

 

4. 이건 제가 걱정하는 부분입니다.

MOLEX에서 제정한 IDE에 쓰이는 대형 4핀

image.png.jpg

이 이렇게 생겼죠?

 

12V와 5V를 전달합니다.

문제는 대부분의 DC-DC파워의 선 배분인데요.

 

image.png.jpg

보시면 선 네가닥이 나와서, CPU 8핀과 IDE 4핀, sata 핀으로 나옵니다.

cpu와 HDD가 12V, 5V 전원을 공유하고 있다는 거죠.

 

 

 

다시 위에 사진을 보시면, 왼쪽의 12V만을 받아오는 선 두가닥은 아주 두껍습니다.

반면 오른쪽의 선 네가닥은 그에 비하면 얇죠.

 

선재가 얇을 수록 옮길 수 있는 전류 A 량이 감소합니다.

 

MOLEX에서 제정한 IDE용 4핀 단자가 버틸 수 있는 전류량은 최대 13A라고 합니다.

(*실제로는 이런저런 문제로 11A가 최대라고 합니다.)

 

이건 선이 아닌 단자=커넥터의 한계이기 때문에,

IDE 4핀 전원 단자에 쿨러 팬을 10개 달았다가 불이 났어요!! 같은 일이 있죠?

 

연결된 선만 두꺼우면, 저 단자를 통해서만

과전력을 공급받으려는 게 아니라면 그런 문제는 일어나지 않습니다.

 

 

그런데 저는 저 선이 충분히 두꺼운지 잘 모르겠습니다.

 

그나마 구할 수 있는 최신 자료 Seagate Ironwolf 12TB 기준, 

처음 구동 시 전력이 12V 1.8A 소모된다고 합니다.

만약에 이 하드를 6개 사용한다면 

12V만 8.4A 소모하고, 7개 사용한다면 10A를 넘는 전류를 사용합니다.

 

대부분의 NAS는 3.5인치 하드를 6개 쓰니까,

사실상 상관 없는 거 아닌가? 할 수도 있지요.

 

위에 그림을 다시 봅시다.

 

HDD용 4핀하고... CPU용 8핀이 있네요.

 

그렇습니다. 처음 켤 때 전기를 많이 먹는 건 HDD뿐만이 아닙니다. 

CPU도 많이 사용합니다.

 

물론 ATX 24핀을 통해서 보드에 공급되는 전기만으로 충분할 수도 있고, 

대부분의 NAS에서 사용하는 CPU는 그러할 것입니다.

 

image.png.jpg

 

하지만 대부분이라는 건, 그렇지 않은 경우도 있다는 소리입니다.

 

 

중국의 셀러들에 의하면 

image.png.jpg

 

160W DC-DC 파워는 12V레인에 8A의 전류를 공급합니다.

 

image.png.jpg

 

250W DC 파워는 16A를 공급한다고 합니다.

 

13A를 넘어선 전류량입니다. 

 

image.png.jpg

 

그래서 이렇게 선 재질에 변화를 준 걸까요?

 

image.png.jpg

 

300W DC 파워는 무려 21A라고 하네요.

스펙만 보면 3.5인치 하드 디스크를 10개 넘게 주렁주렁 달아도 될 것 같아요.

 

image.png.jpg

 

선도 신기한 걸 씁니다.

 

 

 

거추장스러워서, 비싸서, 믿고 사용하기 어려워서, 

하드가 많아서, CPU를 비롯한 시스템의 전력 소모가 고전력이라서,

주렁주렁 달고 보니 그냥 ATX 파워 쓰면 될 것 같아서

 

등등의 이유로 DC 파워는 그냥 이런 게 있구나 하는 수준에서 벗어나지 못하고 있습니다.

 

 

image.png.jpg

 

 

하지만 가끔씩 이런 지름을 하는 사람도 있기에 세상의 균형이 맞는게 아닐까요?

 

 

 

ps1. picoPSU는 엄밀히 말하면 특정 브랜드입니다.

image.png.jpg

해당 제품은 보시다시피 하드 더 달고 싶은 사람을 위해 반대편에도 추가로 커넥터를 달아놓기까지 했습니다.

그리고 비쌉니다.

 

ps.2

국내 DC-DC 파워 사용자의 상당 수는 전력을 아끼고 싶어서라기 보다는, DC어댑터의 무소음을 보고 넘어온 분이 많을 것으로 보입니다. 하지만 요즘 파워(*그 돈이면 살 수 있는)들은 저부하 저발열 구간에서 제로팬을 지원하기 때문에 본문에는 딱히 적지 않았습니다. 

 

 

ps.3 

글에 틀린 부분이나 보강할 부분 있으면 알려주세요. 수정하겠습니다.

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profile image 1등
달소 2023.01.01. 00:42
와우,, 새해부터 이런 장문의 정보글이라니요.. 추천부터!!👍
새해 복 많이받으시고 2023년도 행복하시길 바랍니다~😊
profile image
달소 2023.01.01. 00:56
달소
특히 PS2 부분 매우 공감합니다 ㅎㅎ
저도 이번에 서브서버 셋팅할때 아예 제로팬있는 ATX파워를 구매해서 장착해놓았고
중국산에 안정성을 바라는것보다.. 조금 더 투자해서 최소 5년이상의 개런티를 보장하는 안정성 있는 파워를 개인적으로 선호합니다.
2등
th20ry 2023.01.01. 07:40
무소음을 바라는게 아니고서야 dc to dc를 사용할 이유는 크게 없다고 생각합니다.
이론적으로 파워서플라이가 smps 방식을 사용하는 한 효율 차이는 크게 날것이 없고, 고가의 dc to dc 어댑터(유로 특정 기준 만족하는)는 120w 기준 4만원이 넘어가서 제 기준에는 딱 경차(dc to dc) vs 준중형(flex atx)인데, 120w를 넘어가면 경차가 더 비쌉니다 ㅜㅜ...
profile image
까마귀 글쓴이 2023.01.03. 15:55
딕디구리
얘도 하드 최대 연결 수 문제는 그대로군요...그나저나 GaN atx 파워가 있었네요??
딕디구리 2023.01.04. 21:05
까마귀
보조 cpu 전원을 sata나 ide로 변환시키면 어느정도 해결은 됩니다만 조금 그럴수도 있겠네요.
2.5인치 SSD를 섞어 쓴다면 SATA 전원을 확장해도 전류때문에 위험할 일은 거의 없을듯합니다.
메인보드 장착형 NVME 2장, SATA 2.5인치 SSD 3~4장 쓰는데 아주 안정적입니다
profile image
까마귀 글쓴이 2023.01.04. 22:44
딕디구리

저는 3.5 6개는 들어가야 나스 하드웨어 갖춘 맛이 있다고 봐서요...
SSD는 USB로도 전력공급이 원활한걸요.

Cpu4핀을 molex 대형 4핀으로 변환시켜주는 게 있을 것 같아서 찾아봤는데 안보이더군요;;

그것만 있으면 저려미 DC파워 그냥 쓰면 되는데요.

멍개냥이 2023.01.07. 00:26
제가 최근에 dc to dc로 바꿔보기 위해서 꽤나 시간을 투자해서 공부했는데 그 내용이 그대로 총정리 되어 있네요! dc to dc로 바꿔보려고 하시는 분께서는 필독하시면 좋을것 같습니다. 결국 저는 인헨스드 파워 구매와 dc to dc 구매 그리고 기존 파워의 쿨러교체의 선택지에서 빙글빙글 돌다가 결국 알리에서 300와트 짜리 dc to dc를 구매해서 곧 배송 예정입니다. 국내에서 판매하는 더 작은 와트수로도 구매하려고 해봤는데 12v 피크 a가 96와트에 미치지 못해서 결국 300짜리를 선택할 수 밖에 없더군요 가격차이도 얼마 안났고요 암튼 배송받으면 얼른 아답터 구매해서 무소음 NAS를 느껴보고 싶네요ㅎㅎ

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