라즈베리파이(Raspberry Pi) 싱글 보드 컴퓨터는 다양한 용도로 활용하기 좋은 매력적인 기기입니다. 사용자가 자유롭게 개조할 수 있도록 설계된 만큼, 오버클러킹을 통해 성능을 끌어올릴 수도 있습니다. 하지만 오버클러킹은 과열로 이어질 수 있고, 심한 경우 되돌릴 수 없는 손상을 일으킬 수 있습니다. 라즈베리파이는 원래 비교적 높은 온도에서 작동하도록 설계되었지만, 최고의 성능을 위해 오버클러킹을 한다면 문제에 부딪힐 가능성이 커집니다. 다행히 충분한 냉각 장치만 갖추면 이런 문제를 충분히 예방할 수 있습니다.
냉각은 어떤 원리로 작동할까?
전자기기는 작동하면서 열을 발생시킵니다. 이 열은 기기의 성능 저하로 이어질 수 있기 때문에 적절하게 식혀주는 것이 무엇보다 중요합니다. 다행히 비용 부담 없이 실천할 수 있는 방법이 몇 가지 있는데, 그 첫 번째가 바로 히트싱크입니다.
히트싱크는 구리나 알루미늄 등 금속으로 만들어진 부품으로, 베이스에서 위로 솟은 여러 개의 핀이 특징입니다. 이 히트싱크를 열을 발생시키는 부품(여기서는 CPU)에 부착하면, CPU에서 발생한 열이 히트싱크의 핀으로 올라가 공기 중으로 분산됩니다. 그 결과 CPU가 식으면서 안정적으로 작동하게 됩니다.
CPU를 식히는 또 다른 방법은 팬(쿨링팬)을 사용하는 것입니다. 팬은 CPU와 기타 발열 부품에서 열을 빠르게 날려 보내 전체 온도를 낮춰주며, 성능과 안정성 향상에도 도움이 됩니다.
라즈베리파이가 과열되면 어떻게 될까?
당연히 열은 컴퓨터에 좋지 않습니다. 고온에 장시간 노출되면 메인보드와 각종 부품이 손상될 수 있습니다. 라즈베리파이가 부팅조차 되지 않는다면, 과도한 열로 인해 CPU가 망가졌을 가능성이 상당히 높습니다.
다만 라즈베리파이는 약 80℃ 정도의 높은 온도에서도 작동하도록 설계되어 있습니다. 하지만 한계까지 성능을 밀어붙이면 이보다 훨씬 높은 온도가 기록되는 경우도 드물지 않습니다. 이때 라즈베리파이는 스스로를 보호하기 위해 CPU 클럭을 낮추는 '스로틀링' 기능을 작동시킵니다. 불행히도 이는 곧 성능 저하로 이어집니다. 요약하자면, 최선의 경우 성능이 느려지는 데서 끝나지만, 최악의 경우 라즈베리파이 자체가 타버릴 수도 있습니다.
히트싱크(방열판)
라즈베리파이용 히트싱크는 가격도 저렴하고 설치도 아주 간단합니다. 앞서 언급했듯이 가장 흔한 재질은 알루미늄과 구리 두 가지로, 모두 라즈베리파이에 사용할 수 있습니다. 다만 구리는 알루미늄보다 열전도율이 높아 열이 더 빠르게 전달되므로, 일반적으로 방열 성능은 구리 히트싱크가 더 뛰어납니다. 반면 구리는 소재 가격이 비싸고 가공이 까다로운 편이라, 구리 히트싱크는 알루미늄 제품보다 가격이 높습니다.
히트싱크를 부착하면 좋은 위치
라즈베리파이는 CPU, GPU 등이 모두 SoC(System on Chip, 단일 칩) 하나에 통합되어 있으며, 이 부품이 가장 많은 열을 발생시킵니다. 따라서 냉각은 무엇보다 SoC에 집중하는 것이 효과적입니다. 메모리 칩이나 이더넷/USB 컨트롤러에도 히트싱크를 붙일 수 있지만, 성능 향상 효과는 크지 않습니다. 그래도 전체 온도를 1~2도 정도 낮춰줄 수 있으니 부착해두면 나쁠 것은 없습니다.
히트싱크 설치는 매우 간단합니다. 시중에 판매되는 대부분의 라즈베리파이용 히트싱크에는 바닥면에 열전도 테이프가 미리 부착되어 있어, SoC 위치를 찾아 올려놓기만 하면 됩니다. 다만 열전도 테이프는 편리하지만, 열전도율이 더 우수한 서멀구리스(열전도 페이스트)를 조금 발라 부착하는 것을 추천합니다.
쿨링팬
라즈베리파이에 가장 널리 쓰이는 팬은 30mm × 30mm 크기의 PC 케이스 팬이지만, 그보다 크거나 작은 제품도 판매되고 있습니다. 어떤 크기의 팬을 선택할지는 사용 환경과 케이스 종류에 따라 달라집니다. 팬이 내장된 케이스도 있고, 공식 라즈베리파이 케이스처럼 상단 커버를 분리해 팬을 장착할 수 있는 제품도 있습니다.
팬을 장착할 때 차가운 공기를 들이마시게 할지, 뜨거운 공기를 내보내게 할지는 의견이 분분합니다. 일반적으로는 케이스처럼 밀폐된 공간에 라즈베리파이가 있다면, 팬이 공기를 빨아들여 케이스 밖으로 배출하도록 장착하는 것이 좋다고 알려져 있습니다. 라즈베리파이가 개방된 공간에 놓여 있다면 어느 방향이든 크게 문제되지 않습니다. 어느 쪽이든 공기 순환만 잘 된다면 온도가 눈에 띄게 내려가는 효과를 볼 수 있습니다.
팬 설치 방법
팬마다 설치 방법은 조금씩 다르지만, 대부분 너트와 볼트로 고정하는 방식입니다. 팬의 전원은 GPIO(범용 입출력) 핀에서 공급받습니다. 팬을 돌리려면 빨간색 선을 GPIO 핀 바깥쪽 행의 두 번째 핀에 연결하고, 검은색 선을 같은 행의 세 번째 핀에 꽂으면 준비 완료입니다.
수랭(수냉식 냉각)
PC를 직접 조립해본 경험이 있다면 수랭(수냉식 냉각)에 대해 들어보셨을 겁니다. 물은 공기보다 열을 훨씬 잘 전달하기 때문에, 액체 냉각은 PC를 식히는 가장 효과적인 방법으로 꼽힙니다. 물론 대부분의 사용자에게 라즈베리파이 수랭은 과한 스펙일 수 있지만, 필요하다고 생각한다면 전용 키트도 판매되고 있습니다. 한 가지 주의할 점은, 수랭을 선택했다면 반드시 설명서대로 정확히 따라야 한다는 것입니다!
적절한 냉각 방법을 갖추면 RetroPie의 N64 에뮬레이터처럼 무거운 애플리케이션도 오버클러킹을 통해 쾌적하게 구동할 수 있습니다. 다만 골든아이(GoldenEye)를 실행하는 데 성공했다면, 오드잡(Oddjob) 캐릭터 선택은 금물이라는 사실만 기억하세요.