3. HDD와 SSD의 섹터별 속도 차이 비교

HDD의 또 다른 단점은 원판 모양의 플래터 위에 데이터를 기록하고 플래터가 회전하면서 데이터를 읽고 쓰는 원리이기 때문에 섹터의 위치에 따라 선속도가 달라지고 이것이 실제 성능 차이로 이어진다는 것이다.

각속도란 원주 위를 운동하는 물체가 단위 시간당 회전한 각도의 크기를 의미하며 다음과 같이 표현된다.

                                     (1)

또한 평균 각속도의 크기는 물체가 , 즉 2πrad을 회전하는 데 주기 만큼의 시간이 걸리므로 다음과 같이 표현할 수 있다.

                                     (2)

선속도는 원주 위를 운동하는 물체의 단위시간당 원주방향 이동거리를 의미하며 평균 선속도는 회전 주기 당 원의 둘레길이이므로 다음과 같이 표현된다.

                       (3)

Fig. 3-1 선속도와 각속도의 관계

일반적으로 사용 많이 사용되는 HDD의 플래터의 반지름은 3.5inch, 즉 8.89cm이다. 여기에 플래터를 돌려주는 스핀들의 반지름이 보통 1inch, 2.54cm임을 고려해야 한다. 즉, 플래터의 가장 바깥쪽 섹터는 플래터의 중심으로부터 8.89cm 떨어져 있고 가장 안쪽 섹터는 플래터의 중심으로부터 2.54cm 떨어져 있다. 그리고 대부분의 3.5inch HDD의 회전 속도는 7200rpm으로 회전 주기는 1/120sec 이다. 따라서 가장 바깥쪽 섹터의 선속도는 equation(3)으로부터

으로 약 6.7m/s 이다. 또한 가장 안쪽 섹터의 선속도는 같은 식으로부터

으로 약 1.9m/s 이다. 실제 선속도는 3배 이상 차이가 나게 된다. 물론 Controller를 포함한 부가적인 기술의 발전으로 실제 성능은 3배까지 차이가 나지는 않지만 분명히 큰 차이가 존재한다. 실제로 읽기, 쓰기 속도의 벤치마크 결과 값에서도 시작 부분과 끝 부분의 성능이 3배 가까이 차이가 난다. 이는 보통 플래터의 가장 바깥쪽의 있는 C 드라이브의 속도와 플래터의 안쪽에 위치하는 D, F 드라이브의 성능 차이가 3배 가까이 난다는 것이다.

이런 섹터의 위치에 따른 성능 불균형은 전체적인 시스템 성능의 저하를 유발한다. HDD 의 기록되는 파일들은 보통 여러 개의 섹터에 나누어져 저장된다. 한 개의 파일이 여러 개의 섹터에 나누어져 저장되면 각 섹터들로 헤드가 이동하는 데 Access Time이 생길 뿐 아니라 읽기 속도의 불균형으로 전반적인 속도가 떨어지게 된다.

그에 비해 SSD의 경우는 데이터의 읽기, 쓰기 모든 과정이 전기적으로 이루어지고 같은 성능의 Nand Flash Memory의 데이터를 같은 우선순위로 Controller에서 처리하므로 섹터별 성능 차가 거의 없게 된다.

Fig. 3-2 HDD의 64KB 파일의 읽기 속도 측정결과

Fig. 3-3 SSD의 64KB 파일의 읽기 속도 측정결과

위 2개의 그래프는 HDD와 SSD의 64KB 파일에 대한 실제 읽기 속도를 벤치마크 프로그램을 이용하여 측정한 결과이다. Fig. 3-2는 HDD 그래프로 실제로 속도가 갈수록 감소하고 있고 Fig. 3-3은 SSD 그래프로 비교적 균일하다. 벤치마크의 사용된 HDD는 최신 Controller 기술이 사용되어 비교적 성능의 낙폭이 적은 것을 참고하면 좋을 것이다.

Fig. 3-4 사용 중인 1TB HDD 의 쓰기속도 (D 드라이브: 가장 바깥쪽 파티션)

Fig. 3-5 사용 중인 1TB HDD 의 쓰기속도 G 드라이브: 가장 안쪽 파티션)

이번에는 쓰기 성능 비교를 해 보자. 나는 1TB의 HDD를 총 4개의 파티션으로 나누어 관리하고 있다. 가장 바깥쪽에 위치한 파티션은 D 드라이브이고 가장 안쪽에 위치한 파티션은 G 드라이브이다. 같은 저장장치 내에서 읽기, 쓰기 작업을 동시에 진행하면 오차가 생기므로 기계적으로 다른 저장장치인 SSD에서 파일을 복사하는 속도를 비교해 보았다. Fig. 3-4이 D 드라이브, Fig. 3-5가 G 드라이브이다. 즉 HDD의 가장 바깥 부분과 가장 안쪽 부분에 쓰기 작업을 해 본 것이다. 실제로 2배 가까이 쓰기 속도의 차이가 난다. 여기서 D드라이브와 G드라이브의 섹터가 모두 HDD의 가장 바깥쪽, 안쪽 트랙이 아닌 것을 감안하면 성능 차이가 더 크다는 것을 알 수 있다.

앞에서 분석했듯이 HDD의 가장 바깥쪽과 안쪽 섹터의 선속도 차이가 큰 것을 실제 읽기, 쓰기 성능의 차이가 뒷받침해주고 있다.

2. HDD와 SSD의 읽기, 쓰기 원리와 속도 비교

HDD와 SSD의 가장 큰 차이는 바로 데이터의 읽기, 쓰기 속도이다. 컴퓨터에서의 데이터의 처리 및 저장은 모두 0과 1을 이용하는 이진법 원리로 작동된다. 이 0과 1로 이루어진 데이터들이 반도체의 AND, OR, NOT 등의 논리 회로들을 지나면서 연산이 이루어지게 되고 이 데이터들을 필요한 경우 역시 0과 1의 형태로 저장하게 된다.

지금 알아볼 HDD와 SSD의 읽기, 쓰기 속도 차이를 비교할 때 특히 주목해야 할 점은 바로 작은 파일들을 처리할 때의 속도이다. 작은 파일보다 큰 파일들을 처리하는 속도가 더 중요하다고 생각할 수도 있지만 사실은 작은 파일들을 처리하는 속도가 전반적인 시스템 속도를 결정짓는다고 할 수 있다.

Fig. 2-1은 윈도우 7 운영 체제가 설치되어 있는 드라이브의 사용량과 파일 수이다. 전체 사용량을 파일 수로 나누면 평균적인 파일의 크기를 얻을 수 있을 것이다. 전체 사용량은 약 10507384KB이고 파일 수는 65983개이다. 평균 파일 크기를 계산해보면 159KB라는 생각보다 훨씬 작은 값을 얻을 수 있다. 이는 일반적인 MP3 파일과 사진 파일들의 크기가 3MB 내외라는 것을 고려하면 매우 작은 값이다. 여기에 프로그램의 실행 파일들의 크기가 꽤 큰 것을 고려하면 전반적인 실제 시스템 파일의 크기는 매우 작은 것을 알 수 있다. 이제 왜 작은 파일들을 처리하는 속도가 전반적인 시스템 속도를 결정짓는지 이해할 수 있을 것이다.

Fig. 2-1 운영체제가 설치되어 있는 드라이브 사용량과 파일 수

HDD의 구동 원리에 대해 이해하기 위해서는 먼저 HDD의 주요 부품에 대해 알아야 한다. HDD는 플래터와 헤드, 스핀들, 헤드 구동 장치, 카트리지 등 많은 부품들로 이루어져 있지만 여기서는 HDD의 데이터 기록 원리와 직접적으로 관련이 있는 플래터와 헤드에 대해서만 다루기로 한다.

Fig. 2-2 HDD의 내부구조

플래터는 데이터가 실제로 기록되는 얇은 판으로 플래터 자체의 재질로 사용되는 알루미늄이나 유리가 자성을 갖지 못하기 때문에 표면에 자성을 가질 수 있는 산화물 층 또는 합금을 도금한다. HDD는 플래터가 회전하며 헤드가 플래터에 자기 데이터를 읽고 쓰는 원리로 구동되는데 플래터가 한 바퀴 돌 때마다 헤드가 일정량의 데이터 처리를 한다. 그러므로 플래터의 회전 속도는 HDD의 성능에 큰 영향을 미치는데 발열과 소음 문제 때문에 일반적인 HDD의 회전 속도는 7200rpm 이하로 작동한다. 그리고 플래터에서 데이터의 기록 단위를 섹터라고 하는데 헤드는 플래터에 데이터를 기록하는 장치로 플래터와 보이지 않을 정도의 간격을 두고 떨어져 있으며 플래터의 읽기, 쓰기를 원하는 섹터 위로 이동할 수 있다.

Fig. 2-3 HDD에서 헤드의 끝 부분이 읽기, 쓰기를 원하는 섹터 위의 위치한 모습[1]

Fig. 2-3은 헤드의 끝 부분이 읽기, 쓰기를 원하는 섹터 위에 위치한 모습을 나타내는 모식도이다. HDD의 쓰기 원리는 전자석의 원리를 이용한 것이다. Controller에서 쓰기 작업을 할 0과 1로 이루어진 디지털 신호를 전송하면 이것이 Fig. 2-3의 코일에 흐르는 전류의 방향을 결정하게 된다. 그리고 코일에 흐르는 전류의 방향이 결정되면 전자석의 원리에 의해 코어를 중심으로 하는 일정한 방향의 자기장이 형성되게 되고 이 자기의 방향이 섹터에 저장된다.

읽기는 쓰기의 원리를 거꾸로 생각하면 쉽다. 헤드가 읽기를 원하는 데이터가 저장되어 있는 섹터 위로 이동하면 섹터에는 이미 데이터가 저장되어 자기를 띄고 있으므로 코일 내부의 자기장의 변화가 생기게 된다. 따라서 전자기 유도의 원리에 의해 코일에 전류가 흐르게 되어 데이터를 읽게 된다. 즉 기록되어 있었던 데이터의 자기의 방향에 따라 코일에 유도되는 전류의 방향이 결정되고 이를 통해 데이터를 읽는 것이다.

이처럼 HDD는 기계적인 원리로 작동하기 때문에 전반적인 데이터 처리 속도가 느리다.  헤드가 데이터를 처리할 섹터 위로 이동해야 하기 때문에 10ms가 넘는 Access Time이 발생하고 데이터가 저장되는 플래터의 회전 속도가 일반적으로 7200rpm을 넘지 못하는 등 데이터 처리 속도가 느려질 수밖에 없다. 기본적으로 전자석 및 전자기 유도의 원리에 의해 작동한다는 점도 다른 전기적 원리로 작동하는 부품들에 비해 성능이 떨어질 수 밖에 없는 이유이다.

Fig. 2-4 SDD의 구성요소

SSD의 읽기, 쓰기 원리는 HDD 의 그것에 비하면 훨씬 간단하다. 기계적인 방법은 전혀 없이 전기적으로만 구동된다. SSD는 크게 Nand Flash Memory와 Controller로 구성되어 있다. 여러 개의 Nand Flash Memory가 하나의 SSD를 이루고 있고 Controller가 이 Nand Flash Memory들을 관리하는 방식으로 작동한다.

Fig. 2-6 Flash Memory의 Floating Gated에서의 읽기, 쓰기 작동 원리[2]

Flash Memory는 Floating Gate에 Control Gate를 이용해 전자를 주입시켜 전자가 없을 경우에는 1, 전자가 있을 경우에는 0이 되는 원리로 작동한다. 즉 Floating Gate의 전하량의 차이를 두어 데이터를 저장하는 것이다. 이때 Floating Gate의 데이터는 반영구적으로 보존된다. 이처럼 Flash Memory는 HDD와 같이 물리적으로 데이터를 처리할 섹터에 접근하는 과정이 불필요하기 없기 때문에 Access Time이 0.1ms 미만으로 매우 짧다.

Flash Memory는 또다시 Nor Flash Memory와 Nand Flash Memory로 나누어진다. Nor은 Not Or의 약자로 앞에서 살펴보았던 Floating Gate가 병렬로 연결되어 있고 Nand는 Not And의 약자로 Floating Gate가 직렬로 연결되어 있는 구조다. Fig. 2-6과 Fig. 2-7은 각각 Nor Flash Memory와 Nand Flash Memory의 모식도이다.

Fig. 2-6 Nor Flash Memory[3]

Fig. 2-7 Nand Flash Memory[4]

일반적으로 생각하면 Nor Flash Memory는 어떤 Floating Gate에나 직접 접근할 수 있지만 Nand Flash Memory는 어떤 Floating Gate에 접근하기 위해서는 다른 Floating Gate들을 거쳐야 하기 때문에 Nor Flash Memory가 Nand Flash Memory보다 빠르다고 할 수 있다. 이와 같은 이유로 각각의 Floating Gate에서의 읽기 작업은 Nor Flash Memory가 빠르다. 하지만 어떤 규모 이상의 데이터, 즉 Nand Flash Memory에서 한 단위 회로 이상의 데이터를 읽는 경우 Nor Flash Memory와 Nand Flash Memory 사이의 큰 차이가 없게 된다. 쓰기 작업의 경우 상황이 조금 다르다. 쓰기 작업의 특성상 한 번의 작업에서 한 단위만큼, 즉 Nand Flash Memory의 단위 회로 전체의 데이터를 처리하기 때문에 쓰기 작업에서는 Nand Flash Memory가 Nor Flash Memory에 비해 빠르다. 또한 Nand Flash Memory의 경우 직렬 회로로 구조가 비교적 단순해 집적도를 높이기 쉽기 때문에 대용량화와 보급화가 쉽다. 즉 읽기 성능은 조금 떨어지지만 쓰기 성능이 우수하고 무엇보다도 생산 단가가 저렴한  Nand Flash Memory가 Nor Flash Memory보다 많이 사용되고 있으며 SSD에도 주로 Nand Flash Memory가 사용되고 있다.

Nand Flash Memory는 또 SLC 방식과 MLC 방식으로 나누어진다. SLC는 처음 설명한 것과 같이 하나의 Floating Gate에 0과 1의 단계를 두어 1Bit의 데이터만을 저장하는 방식이다. MLC의 경우 하나의 Floating Gate에 0과 1사이의 더 많은 단계를 두어 1Bit 이상의 데이터를 저장하는 방식이다. SLC의 경우가 하나의 Floating Gate에서의 데이터 구별이 명확하기 때문에 속도와 신뢰성이 MLC 보다 우수하지만 대용량화가 힘들기 때문에 가격이 비싸다. 때문에 최근 Controller의 발전으로 MLC의 단점을 많이 보완할 수 있기 때문에 최근 출시되는 SSD는 보통 MLC 방식의 Nand Flash Memory를 사용하고 있다.

이제 Controller에 대해 알아보자. 앞에서 말했던 Nand Flash Memory의 읽기, 쓰기 속도는 보통 20MB 정도로 HDD보다 낮다. USB Memory의 속도가 느린 것을 생각하면 알 수 있다. 하지만 SSD는 여러 개의 Nand Flash Memory로 이루어져 있고 Controller가 하나의 데이터도 여러 개의 Nand Flash Memory에 나뉘어 저장하는 다중 채널 분산 기술을 사용하므로 SSD의 실제 성능을 극대화시켜준다. 실제로 SSD의 실제 성능은 하나의 Nand Flash Memory의 10배가 넘는다. 그렇기 때문에, Controller의 성능은 SSD의 성능의 큰 영향을 미친다. 최근 이 Controller의 기술이 급속도로 발전하면서 SSD의 성능의 발전을 이끌고 있다.

결론적으로 읽기 쓰기의 작동 원리적인 측면으로 봤을 때 HDD는 전기적 신호를 통해 섹터 위에 자기를 인식하거나 기록하는 상대적으로 느린 과정이 필요하고 읽기, 쓰기 작업을 할 섹터로 헤드가 이동하기까지 걸리는 Access Time이 있으며 플래터가 한 바퀴 돌 때마다 일정량의 데이터밖에 처리할 수 없으므로 읽기, 쓰기 속도가 비교적 느리다. 하지만 SSD는 Nand Flash Memory에 단순한 전기적 원리로 데이터를 저장하기 때문에 Access Time이 매우 짧고 Controller가 데이터를 다중 채널 분산 기술로 처리해 읽기, 쓰기 속도를 극대화시켜주기 때문에 성능이 매우 우수하다.

Fig. 2-8 HDD의 Access Time

Fig. 2-9 SSD의 Access Time

실제로 HDD와 SSD의 Access Time을 비교해 보았다. 측정 프로그램으로는 저장장치 벤치마크 프로그램인 HD Tune을 사용했다. Fig. 2-8는 HDD의 Access Time을 측정한 것이고 Fig. 2-9은 SSD의 Access Time을 측정한 것이다. 데이터가 저장돼 있는 섹터에 접근하는 HDD의 Access Time이 SSD에 비해 훨씬 길다. 특히 512B와 4KB, 64KB 등 작은 크기의 파일의 Access Time이 큰 차이가 난다. 그래프를 보면 차이를 더 쉽게 이해할 수 있다. 즉 작은 파일들에 접근하는 데 소요되는 Access Time에 의해 전반적인 시스템 속도가 결정되는 것을 감안했을 때 SSD가 훨씬 우수한 것을 볼 수 있다.

Fig. 2-10 HDD의 읽기 쓰기 속도

Fig. 2-11 SSD의 읽기 쓰기 속도

이번에는 HDD와 SSD의 실제 읽기, 쓰기 성능을 비교해 보았다. 역시 저장 장치 성능 벤치마크 프로그램인 CrytalDiskMark로 내 컴퓨터의 HDD와 SSD의 성능을 벤치마크 해 보았다. Fig. 2-10은 HDD, Fig. 그림 2-11은 SSD의 경우다. 전체적인 속도가 큰 차이가 났으며 역시 512KB와 4KB 등 작은 파일에서는 SSD가 HDD보다 훨씬 빠른 속도를 보여 주었다. 다시 한 번 말하지만 시스템의 실제적인 속도는 작은 파일들을 처리하는 데에 결정되기 때문에 SSD가 HDD보다 훨씬 우수함을 알 수 있다.

HDD와 SSD의 작동원리분석과 이에 따른 성능 비교


1. 서론

현재 컴퓨터에 없어서는 안 될 부품 중 하나가 바로 HDD(Hard Disk Drive)이다. 사실 HDD는 주로 하드디스크(Hard Disk)라 불리나 정식 명칭은 HDD(Hard Disk Drive)이며 앞으로 비교할 SSD(Solid State Drive)와의 비교를 위해 앞으로도 HDD로 표기하겠다. HDD는 컴퓨터의 데이터를 저장하는 보조 기억 장치이다. 컴퓨터의 데이터를 저장하는 저장 장치는 크게 주 기억 장치와 보조 기억 장치로 나뉘는데, 주 기억 장치와 주 기억 장치를 대표하는 D-RAM(Dynamic Random Access Memory)은 지금은 자세히 다루지 않기로 하고 보조 기억 장치를 대표하는 HDD 와 SSD를 수학, 과학적 측면에서 비교해보려 한다.

컴퓨터의 보조 기억 장치란 컴퓨터의 데이터를 전원이 들어오지 않는 상황에서도 저장하기 위해 사용되는 장치이다. 주기억장치를 대표하는 D-RAM의 속도는 HDD와는 비교가 되지 않을 정도로 빠르며 보조 기억 장치 중 최고의 속도를 자랑하는 SSD보다도 빠르다. 하지만 D-RAM은 휘발성 반도체로 주기적으로 리플래시라는 동작을 통해 전류를 공급해 줘야만 데이터를 보존할 수 있다는 단점이 있다. 물론 ROM과 같은 비휘발성 주 기억 장치도 있지만 경제적인 면에서 매우 불리하다. 때문에 컴퓨터를 종료하게 되어 더 이상 전류가 공급되지 않으면 저장된 데이터가 모두 손실되게 된다. 이러한 이유로 전원이 없는 상태에서도 데이터를 보존할 수 있는 보조 기억 장치들이 사용되는 것이다.

현재 보조 기억 장치의 대부분은 HDD가 차지하고 있다. 하지만 플래터를 회전시켜 플래터 위에 자기적으로 데이터를 기록하는 기계적인 원리의 HDD는 많은 전력 소모, 발열, 소음 등의 문제가 있고 무엇보다도 전자적 원리로 작동하는 컴퓨터의 다른 부품들에 비해 데이터 처리 속도가 매우 느려 시스템의 전체적인 성능을 저하시키게 된다. 하지만 지금까지는 Flash Memory 등 다른 비휘발성 반도체 저장 장치의 생간 단가가 매우 비싸 HDD를 대신할 수 없었다. 그러나 최근 몇 년 사이 나노 기술이 발전하면서 Flash Memory, 특히 Nand Flash Memory의 가격이 급속도로 하락해 많은 Nand Flash Memory들에 Controller를 조합해 만든 SSD가 등장하게 되었다. 반도체 집약 기술이 나날이 발전해서 제조 단가가 낮아져 SSD의 가격도 계속해서 떨어지고 있고 Controller의 발전으로 전체적인 성능과 안정성도 향상되고 있다. 그 예로 Freezing 문제의 해결을 들 수 있는데 초기 MLC SSD에서 가장 큰 문제가 되었던 Freezing 현상은 순간적으로 데이터 처리량이 많아졌을 때 일어나는 일종의 병목 현상으로 시스템 자체가 일시적으로 정지하는 SSD의 대표적 문제였다. 이 추세라면 앞으로 수년 안에 SSD가 보조 기억 장치를 대표하게 될 것이다.

그래서 본 연구에서는 HDD와 SSD의 작동원리에 따른 성능의 차이를 비교, 분석해보려고 한다. 먼저 HDD와 SSD의 기본적인 구동 원리에 따른 읽기, 쓰기 속도를 비교했으며 선속도 차이를 이용한 HDD 플래터의 위치에 따른 데이터 처리 속도 비교, 전력 소비량과 발열량도 비교 하였다.

또한 직접 본인의 컴퓨터의 HDD와 SSD의 성능을 비교해 보았다. 실험에 사용된 HDD는 삼선전자의 1TB Spinpoint F3 HD103SJ로 가장 최신 세대의 모델이고 SSD는 S470 Series 64GB MZ-5PA064로 역시 가장 최신 세대의 모델이다.

1TB, 즉 1024GB와 64GB라는 큰 용량의 차이가 있는 제품들을 비교한다는 것에 의문이 있을 수도 있다. HDD의 경우 일반적으로 2개 내외의 플래터에 데이터를 기록하는데 HDD의 용량이 커질수록 플래터에서의 기록 밀도가 높아져 어느 정도의 성능 향상이 존재한다. SSD의 경우 데이터를 여러 개의 Nand Flash Memory로 분산시켜 처리하므로 어느 정도까지는 용량이 클수록 Nand Flash Memory의 수도 많아지고 따라서 성능도 높게 된다. 따라서 본 연구의 벤치마크 결과 값의 절대적인 수치에는 큰 의미를 두지 않아도 되며 HDD와 SSD의 성능 차이를 보이는 방법으로만 사용할 것이다. 참고로 SSD의 경우는 Controller의 특성 상 데이터 저장 비율이 높은 경우에서는 약간의 성능 저하가 발생하기 때문에 데이터 저장 비율은 약 50% 의 상태에서 진행했다.

  1. 애기잔다 2012.10.03 20:32 신고

    좋은글 읽고 갑니다.
    중학생이라고 하시니 진짜 할말이 없고 존경합니다.
    앞으로 우리나라의 멋훈날이 기대됩니다.^^""
    앞으로 더욱 멋진 사람되길 바랄께요~~
    화이팅!!

컴퓨터의 발열 문제와 효율적인 냉각 시스템 구축에 관한 연구를 진행하며 기록한 사진들과 연구에서 직접 다루지 못한 몇몇 부분들을 다루려고 합니다.

먼저 실험을 위해 알루미늄 프로파일을 준비했습니다. 한쪽 면은 투명한 PC 플라스틱 판으로 막았습니다.
처음에는 실제 컴퓨터에서 모든 실험을 진행하려고 했지만 쿨러의 배치가 자유롭지 못해서 알루미늄 프로파일에 시스템 환경을 유사하게 구현하고 실제로 시스템을 구동했습니다.
알루미늄 프로파일은 인터넷 철물점에서 쉽게 구할 수 있었습니다. 나중에 직접 케이스를 만들어보고 싶은데 알루미늄 프로파일을 기반으로 구현하면 될 것 같습니다. 컴퓨터 케이스의 경우 20*20 프로파일이 적당합니다.

본격적인 실험 전에 알루미늄 프로파일과 실제 컴퓨터 케이스를 비교해 보았습니다.

실험을 위해 준비한 80mm 팬 4개와 가변저항 및 하드보드지입니다.
120mm 팬을 사용하려고 했지만 풍량이 너무 많을 경우 공기의 흐름을 관찰하기 어려울 것으로 예상돼 80mm 팬을 사용했습니다. 팬을 모두 병렬 연결해 구동했고 가변저항 1개로 모든 팬의 회전 속도를 일괄적으로 통제했습니다.

시스템 내부 환경을 구현하기 위해 준비한 박스 및 하드보드지입니다.
공기의 흐름을 좀 더 효과적으로 관찰하기 위해 검은색으로 도색했습니다. 왼쪽 위부터 HDD, 파워 서플라이, 메인보드입니다.

위 사진처럼 향 한 묶음을 동시에 피워 연기를 가득 모은 후 공기 흐름을 관찰했습니다.
처음에는 모기향을 피워 보았는데 연기가 쉽게 사라져 버려 향으로 대체했습니다.

팬을 장착할 수 있는 구멍은 총 5개를 뚫었습니다.
PC 플라스틱 판과 메인보드 고정을 위한 판재를 사용한 옆면을 제외하고는 모두 하드보드지를 사용해 막았습니다. 팬을 구동하지 않는 구멍은 종이로 막아 두었습니다.

공기 흐름을 관찰하는 실험이 끝나고 실제 시스템을 구동하는 실험을 하기 위해 컴퓨터를 분해하며 찍은 사진입니다.

컴퓨터를 분해한 김에 오픈 케이스 상태에서 시스템을 구동해보았는데 CPU 팬이 가끔 멈출 정도로 냉각 효과가 좋았습니다.

실험 중 상당히 애를 먹은 부분입니다.
메인보드를 안정적으로 구동하기 위해 서포터를 이용해 뒷면에서 조금 띄어야 했는데 고정을 위한 서포터의 볼트 부분이 너무 짧아 고정하기가 힘들었습니다. 결국 다른 볼트와 너트를 추가해 고정했습니다.

어쨌든 메인보드를 안전하게 고정했습니다.

알루미늄 프로파일로 만든 케이스 내부에서 실제 시스템을 구동하며 냉각 효과를 측정하는 과정입니다.
이때 초기 온도를 낮게 맞추어 주는 부분에서 애를 먹d었습니다.

중요한 부분만 사진으로 정리하면 짧지만 실제로는 꼬박 이틀 동안 진행했던 실험이었습니다. 처음으로 진행해 큰 실험이었지만 실험을 마치고 보람을 느낄 수 있었습니다.

제 블로그에 올린 글입니다.
[Researches/Computer Heat and efficient Cooling] - 1. 들어가며
[Researches/Computer Heat and efficient Cooling] - 2.1. MOSFET으로 인한 발열
[Researches/Computer Heat and efficient Cooling] - 2.2. 기타 장치에 의한 발열
[Researches/Computer Heat and efficient Cooling] - 3.1. 냉각 팬의 배치에 따른 공기 흐름 분석 실험
[Researches/Computer Heat and efficient Cooling] - 3.2. 실제 시스템에서의 실험
[Researches/Computer Heat and efficient Cooling] - 4. 마치며

한글 문서입니다.

컴퓨터의 발열 문제와 효율적인 냉각 시스템.hwp


케이벤치 기고 주소입니다.
http://www.kbench.com/hardware/?cc=28&sc=0&no=102730

파코즈 소개 주소입니다.
http://www.parkoz.com/zboard/view.php?id=my_tips&page=1&sn1=&divpage=3&sn=on&ss=off&sc=off&keyword=%B1%E8%B4%D9%C0%AD&select_arrange=headnum&desc=asc&no=14677

단, 제 블로그에 올린 글과 한글 문서는 일부 내용이 수정되었습니다. 
  1. 행인 2011.07.28 10:57 신고

    선리플 후감상입니다~

    첨부된 한글파일 다운로드가 되질 않네요~

    케이벤치보단 한글파일로 보는게 편해서 ㅎㅎ

    아무튼 수고하셨습니다.

    한글파일 다시 올라오면 보도록 할게요~

    • 초록 날개 2011.07.28 22:20 신고

      아, 크롬에서 올렸더니 정상적으로 올라가지 않았네요..
      IE에서 다시 올렸습니다~

      혹시 잘못된 내용 있으면 알려주세요~^^

오랜만에 글을 씁니다.
최근에 시험 끝나고 연구 및 실험 진행하느라 시간이 없었습니다.
 

실험을 위해서 시스템 전체를 분해해야 했었습니다. 이때 메인보드는 분해하지 않고 그대로 케이스와 분리해 오픈 케이스에서 구동을 해 보았습니다. CPU, RAM, 그래픽카드와 HDD, ODD 및 SSD 2개 등 전체 시스템을 그대로 케이스 밖에서 구동했습니다. 예전부터 오픈 케이스에 대한 호기심이 있었거든요.

결과는 정말 놀라웠습니다.
오픈 케이스 상태에서 부팅해 웹 서핑과 문서 편집 등 기본적인 작업만 하니 CPU 팬이 가끔 멈출 정도였습니다. 사진에서처럼 정말 CPU 팬이 멈추기도 했습니다.


실험 진행하는 도중에 찍은 사진입니다. 뒤 케이스가 바로 실험에 사용된 케이스입니다. 저 케이스에서 향 연기를 통한 공기 흐름 관찰 및 실제 시스템에서의 냉각 효과 비교 등 실험을 진행했습니다.

제 연구 많이 기대해주세요.

  1. 백승윤 2011.07.12 11:42 신고

    와 나이도 어리신데 대단하시네요..^^ 컴퓨터 천재가 나오겠습니다 ㅎㅎ 자주 놀러 올께요~!

  2. Chu 2011.07.12 17:44 신고

    오~ 눈팅만 해서 잘 몰랐었는데 저와 동갑내기이시네요 ^^;
    놀랍습니다..! 한편으론 부럽기도 하구요.

    • 초록 날개 2011.07.13 16:15 신고

      아 Chu 님도 중학교 3학년이시군요...
      트윅 윈도우 개발자님 맞으시죠?
      반갑습니다~^^

  3. 행인 2011.07.13 08:22 신고

    전부 분해하고 향 피우고 공기 흐름 관찰...
    이거 혼자하기 힘든 실험이고 왠만큼 지식도 없으면 불가능한건데... 정말 대단하시네요.
    홧팅입니다ㅎㅎ

    • 초록 날개 2011.07.13 16:14 신고

      ㅎ 그냥 눈에 보이는데로만 분석해 봤습니다...
      갑자기 부담되네여...ㅎ

  4. 별이의하루 2011.07.13 23:24 신고

    CPU팬이 멈출 정도면...... 후덜덜.... (차이가 역시 있군....)

오랫동안 생각한 끝에 '컴퓨터의 발열 문제 및 효율적인 냉각 시스템 구축'을 연구 주제로 정했습니다.

일단 주제를 결정하니 전체적인 틀은 금방 짤 수 있었습니다.

1. 서론
컴퓨터의 발전과 발열-발열 문제 해결에 많은 에너지 소모
CPU의 발전 변화(클럭 증가->코어 수 증가)
HDD->SSD(이전 연구 참고)
기타 주요 부품 및 쿨러의 변화
쿨링 시스템의 필요성(휴대성, 고사양)

2. 컴퓨터의 발열 문제(전체적인 부분)
1)CPU-발열이 성능 향상의 큰 걸림돌
실험-클럭/코어
W-발열 비교
노트북 비교
2)HDD
SSD와 비교
노트북에서의 위치
3)RAM
4)전원부 및 메인보드
5)그래픽카드

3. 효과적인 냉각 시스템 구축
1)공냉
실험-쿨러 배치
실험-CPU 타워형/원통형
공기 흐름 분석
2)수냉 및 기타 냉매
자료 참고
3)창의적 해결 방법

4. 결론
앞으로의 발전 과정
GPU, 퓨젼 등
DNA, 양자 등
한계는 없다.

내일 기말고사가 끝납니다.
일요일부터 본격적으로 진행해 7월 20일쯤에 끝내는 것이 계획입니다.

혹시 개요에 보완할 점이 있으면 조언 좀 부탁드립니다. 
  1. 새장속새 2011.07.02 14:03 신고

    발열이 심해져 부품이 맛이 간 경험이 있어서... 중요하다고 생각합니다.ㅋㅋ

  2. 행인 2011.07.02 20:15 신고

    발열쪽으로 정하셨군요~
    벌써부터 기대가 되네요..^^;

  3. 백승윤 2011.07.12 11:43 신고

    기대됩니다.^^

7월에 진행할 연구 주제에 대해 생각해보고 있습니다.
올해 봄에 진행했던 HDD와 SSD를 비교한 연구처럼, 새로운 주제를 갖고 한번 더 해보려고 합니다.

RAID에 관한 연구 또는 효율적인 컴퓨터 쿨링 시스템에 대한 연구 중 하나를 선택하려고 합니다.

RAID에 관해 연구를 하면, 기술적인 면으로 좀 더 깊이 공부할 수 있을 것 같은 장점이 있습니다. 하지만 좀 더 다양하고 정확한 테스트를 진행하려면 좀 더 고급 메인보드로 바꿔야 하기에 경제적인 면에서 부담이 있고, 제가 RAID를 완벽히 분석할 수 있을지도 모르겠습니다.

쿨링 시스템에 관한 연구는, 먼저 추가적으로 사야할 부품은 없다고 할 수 있다는 장점이 있습니다. 또한 제 과학 지식으로 접근하기 편하고, 실생활에 연관이 깊다는 점도 장점이죠. 하지만 기술적인 면에서는 별로인 것 같습니다.

7월에 진행할 연구 주제를 추천받고 싶습니다.
일반적인 과학 지식으로 접근이 가능하면서도 기술적 측면에서도 깊이가 있는 좋은 주제가 없을까요?
  1. 행인 2011.06.26 21:19 신고

    뭐.. 저는 연구 이런쪽은 잼병이라ㅠㅠ 아무래도 money가 들어가는 주제는 좀 힘들겠죠ㅎㅎ
    어느주제를 하셔도 큰 도움이 될 것 같습니다.
    아무튼 화이팅입니다. 학교생활에 지장이 없는 범위내에서 시간날때 하시는게 가장 좋은 것 같습니다. 너무 무리는 하지마세요~

    • 초록 날개 2011.08.09 22:16 신고

      저도 계속 생각해보니 RAID 쪽은 조금 어려울 것 같아요...
      쿨링 시스템에 컴퓨터 발열의 원리까지 같이 연구해보려고요. 기말고사 끝남면 시간이 좀 남을테니 그때 하려고요.. ㅎ 무리는 하지 말아야죠..
      조언 감사합니다~%^^

      근데, SoolGAE 님 맞으시죠? 블로그 들리고 있어요~

제 블로그에 올린 글입니다.
[Researches/HDD and SSD] - 1. 서론
[Researches/HDD and SSD] - 2. HDD와 SSD의 읽기, 쓰기 원리와 속도 비교
[Researches/HDD and SSD] - 3. HDD와 SSD의 섹터별 속도 차이 비교
[Researches/HDD and SSD] - 4. HDD와 SSD의 전력 소비량/발열량 비교
[Researches/HDD and SSD] - 5. HDD와 SSD의 실제 상황에서의 성능 비교
[Researches/HDD and SSD] - 6. 결론


한글 문서입니다.

케이벤치에 기고 주소입니다.
http://www.kbench.com/hardware/?cc=10&sc=0&no=99265&pg=1

파코즈 소개 주소입니다.
http://www.parkoz.com/zboard/view.php?id=my_tips&page=1&sn1=&divpage=3&sn=on&ss=off&sc=off&keyword=%B1%E8%B4%D9%C0%AD&select_arrange=headnum&desc=asc&no=14676

단, 제 블로그에 올린 글과 한글 문서는 일부 내용이 수정되었습니다. 
  1. dasor 2011.04.21 14:32 신고

    안녕하세요.
    케이벤치 둘러보다가 블로그에 오게 되었는데요.
    성능비교글을 정독해봤는데 정말 대단하시네요.
    거의 논문급이군요ㅎㅎ
    중학생이시라고 들었는데 정말 제가 부끄러워지네요.

    아 그리고 cpu하고 메인보드도 저하고 같은거 쓰시니 반가울 따름입니다.

    암튼 잘보고 갈게요. 블로그에 자주 들어오겠습니다.

    • 초록 날개 2011.05.09 09:18 신고

      ㅎㅎ
      열심히 써본 글입니다..
      글고 작년 여름에는 투반+기가 870a 조합이 최선이었죠...

  2. 쏘나 2011.11.06 15:18 신고

    잘봤습니다. SSD 구매 결정에 큰 도움이 되었습니다.

    감사합니다.

  3. 신현주 2012.02.06 18:27 신고

    헐 중학교 3학년이시라니.... 대학생 이상의 수준이신듯;;
    논문에 쓸 자료 찾으러 다니다가 놀라서 반성하며 댓글 달고 갑니다;;;;;;;;

  4. 2012.02.06 18:28 신고

    중학교 3학년이라니.... 대학생 이상 수준이네요;;
    논문 자료 찾다가 놀라고 반성하고 댓글달고 갑니다...

  5. Ji-Beom Ko 2012.12.15 12:26 신고

    이야 중3이라니 대단하네요^^ 전문적인 문서는 아니라서 일부러 그랬는지 모르곘습니다만 한글파일은 도용의 소지가 크니 PDF파일로 배포하길 추천할게요.

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