추억의 팁....

 이글은 그 두번째 시간으로 유필진(2001년 특별초빙필자)님의 "알류미늄 케이스를 튜닝해보자" 리뷰 속에 있는 CPU의 냉각 이 중요한 이유에 대한 간략한 소개입니다.

 - CPU의 냉각이 중요한 이유는 무엇일까?

 최근의 CPU들은 기가 대역의 클럭속도를 처리하기 위해서 엄청난 집적도를 갖추고 있고 함께 응답시간 향상을 위해 6~7층의 복잡한 금속 배선 공정을 포함하여 제작되고 있다. 이때 사용되는 금속 배선의 경우 굵기는 1 미크론(1mm의 1/1000)보다 얇으면서도 내부에서는 mA 수준의 전류 흐름을 처리하게된다.

 예를 들어 굵기가 0.2 미크론에, 길이가 5 미크론인 알루미늄 배선에 있어 1mA의 전류가 흐를 경우, 배선 내부에서의 전류밀도는 100,000 A/cm² 까지 치솟게 된다. 간단히 생각해서 손가락 굵기만한 전선에 10만 암페어의 전류가 흐르는 것이다. 일반적으로 1암페어만 되어도 인체에 치명적임을 생각한다면 얼마나 큰 양의 전기가 흐르고 있는지를 짐작할 수 있다.

 10,000 A/cm²  이하 수준의 전류 밀도에 대해서는 일반적으로 줄열 가열(Joule Heating)의 원리가 적용된다. 과전류가 흐르면 온도가 상승하게 되고, 심각한 경우 화재가 발생하는 현상이 이에 해당되며, 방열판을 떼어내고 CPU에 전기를 흘리면 CPU가 순식간에 홀랑 타 버리는 것도 이에 해당된다. 따라서 줄열 가열에 의한 소자의 파손은 소자의 온도를 어느 수준 이하로만 유지시키면 방지할 수가 있다.

 그렇지만 앞에서 말한 100,000 A/cm²  이상의 전류 밀도가 되면 줄열 가열 이외에도 electomigration (적절한 번역 용어를 찾을 수 없다. ㅡ.ㅡ)이라는 현상에 의해서 전자의 흐름에 의해서 발생하는 운동량의 전이에 의해 금속 원자가 충격을 받아서 이동하게 되면서 배선이 끊어지는 현상이 발생하게 된다.

▲  Electromigration에 의해서 배선 불량이 생기는 예

 이러한 electomigration 현상은 상온에서도 계속해서 끊임없이 발생하지만, 전류밀도가 상승하고 온도가 높은 조건에서는 더 심하게 발생하게 된다. 이로 인해 electomigration 현상은 CPU의 수명과 신뢰성을 결정짓는 가장 중요한 원인이 된다.

 Intel이나 AMD에서는 이러한 electromigration에 의한 한계 소자의 수명을 대략적으로 10년 정도를 목표로 하여 소자를 제작한다. 그렇지만 실제적인 사용환경은 일반적인 테스트 환경에 비해서 불규칙적이기 때문에 실제 소자의 수명은 이보다는 다소 짧아지게 된다. 오버클럭을 하기 위해 전압을 높여서 사용하면서 아무런 무리가 없이 잘 사용하다가도 갑자기 CPU가 사망하는 것도 인위적인 조건 변조에 의한 electromigration 현상의 촉진으로 소자의 수명이 급격히 단축되었기 때문이다.

 따라서 가능한한 낮은 온도에서 CPU를 구동시키는 것이 보다 안정적인 조건에서 오랫동안 CPU를 사용할 수 있는 방법이 되는 것이다.