[IT강의실] PC의 안정성과 호환성을 책임지는 주기판 - 메인보드

[용어로 보는 IT 2015 개정판] PC(개인용컴퓨터)의 여러 구성품 중에 가장 중요한 것은 무엇일까? 이런 대답에 가장 많은 사람들이 PC의 두뇌인 CPU(Central Processing Unit: 중앙처리장치)를 꼽을 것이고, 경우에 따라선 그래픽카드(화면 출력장치)나 하드디스크를 언급할 수도 있다. 하지만 그 중요성에 비해 많은 사람들이 간과하는 또 한 가지의 중요한 구성품이 있으니 바로 메인보드(Mainboard)다. 메인보드는 말 그대로 PC의 기반을 이루는 주기판을 뜻하며, PC의 모든 구성품을 장착하는 모체라고 하여 마더보드(머더보드, Motherboard)라 부르기도 한다.

CPU나 그래픽카드, 하드디스크 등이 PC의 성능을 좌우하는 요소라 한다면 메인보드는 이들 구성품 간의 호환성이나 차후 기능 확장의 범위를 정하며, 궁극적으로는 PC 전반의 안정적인 동작 여부를 좌우하는 요소라 할 수 있다. 따라서 낮은 품질의 메인보드를 사용하면 나머지 구성품의 사양이 높아도 그 PC는 제대로 성능을 발휘하지 못하거나, 사용 중에 각종 오류나 고장을 일으킬 가능성이 커진다. 자동차로 비유하자면, 고출력 엔진과 실력 좋은 운전자가 있다 하더라도 차체가 부실하다면 제 성능 및 기능을 쓸 수 없는 것과 마찬가지다.

PC용 메인보드의 표준, ATX 규격

PC의 메인보드는 크게 데스크탑용과 노트북용, 그리고 모니터와 본체가 합쳐진 올인원(All in one) PC용으로 구분되는데 노트북이나 올인원 PC용의 경우, 사용자에게 선택권이 없고, 이런 메인보드를 일반 사용자에게 판매하는 경우도 거의 없다. 따라서 일반적으로 칭하는 메인보드라면 데스크탑용을 지칭하는 것이다. 2015년 현재 쓰이는 대부분의 데스크탑용 메인보드는 1995년에 정해진 ATX(Advanced Technology Extended) 규격에 따라 기판 크기 및 전반적인 레이아웃(슬롯이나 포트 등의 구성)이 정해진다. 따라서 제조사가 다르더라도 ATX 규격을 따른 메인보드라면 시중에 나와있는 거의 모든 PC 케이스에 장착할 수 있다.

다만, PC의 보급률이 높아지고 종류가 다양해지면서 표준형보다 작은 크기의 케이스를 쓰는 PC도 다수 등장하게 되었고, 이로 인해 ATX 메인보드 역시 다양한 크기의 규격으로 세분화되었다. 기판의 크기에 따라 가장 많이 쓰이는 것은 일반(표준) ATX(305x244mm) 규격과 슬림형 케이스를 위한 마이크로(Micro) ATX(244x244mm) 규격이다. 그 외에 플랙스(Flex) ATX(229x191mm)나 미니(Mini) ITX(170x170mm) 등도 있는데, 플랙스 ATX 규격은 크기의 모호함 때문에 쓰이지 않으며, 미니 ITX 규격은 2010년을 전후해 넷탑(초소형 PC)이 본격적으로 보급되기 시작하면서 쓰임새가 늘고 있다.

그 외에 서버나 워크스테이션 같은 기업용 컴퓨터를 위한 초대형 메인보드인 익스텐디드(Extended) ATX, EE(enhanced extended) ATX, WTX(workstation ATX) 등도 있지만 이는 일반인들이 거의 접하기 어렵다. 메인보드는 대형 규격일수록 더 많은 확장 슬롯이나 포트를 가지고 있어서 고성능 PC를 구성하는 데 유리하다. 그리고 대형 메인보드의 장착이 가능한 PC 케이스는 이보다 소형의 메인보드도 장착할 수 있으나 그 반대의 경우는 불가능하다. 이를테면 일반 ATX용 케이스는 마이크로 ATX나 미니 ITX용 메인보드도 장착이 가능하지만, 미니 ITX용 케이스에 일반 ATX나 마이크로 ATX 메인보드는 장착할 수 없다.

ATX 메인보드의 레이아웃

메인보드를 직접 살펴보면 CPU 소켓, 메모리 슬롯, 칩셋, 그리고 각종 확장카드 슬롯 및 저장장치 포트 등이 위치하고 있다. 주요 기능 장치들의 쓰임새와 특징은 다음과 같다.

CPU 소켓(socket)

PC의 두뇌인 CPU를 꽂는 부분이다. 이곳에 CPU를 장착한 후 상단에 냉각장치(방열판, 냉각팬)를 덮기 때문에 완성된 PC에서 소켓과 CPU의 모습을 확인하려면 냉각장치를 제거해야 한다. 소켓 표면에는 수백에서 수천 개의 핀(Pin), 혹은 핀과 맞닿는 접점이 자리하고 있다. 인텔 CPU 기반 PC의 경우 예전에는 CPU에 핀이, 그리고 소켓 부분에 접점이 붙어있었다. 하지만 2004년부터 출시된 후기형 펜티엄 4에 적용된 LGA775 규격의 소켓부터는 핀이 소켓에, 접점이 CPU 쪽에 위치하는 구조로 바뀌었다. 하지만 AMD는 여전히 핀이 CPU에 붙어있다(2015년 현재 기준).

현재 PC용 CPU 시장의 대부분을 차지하는 인텔과 AMD CPU는 각각 다른 규격의 소켓을 사용한다. 따라서 메인보드 역시 각기 다른 소켓을 갖춘 것을 써야 한다. 2015년 현재, 인텔은 4세대 코어(core) i3 / i5 / i7 시리즈용 소켓인 LGA1150 소켓, 그리고 이보다 상위 제품인 코어 i7 5000 시리즈 및 서버용 CPU인 제온(Xeon) E7 시리즈를 위한 LGA2011-3 소켓을 주력으로 판매하고 있다.

그리고 AMD의 경우, 패넘(Phenom) II, 애슬론(Athlon) II 시리즈 등의 일반 CPU용 AM3 소켓과 고급형 CPU인 FX 시리즈를 위한 AM3+ 소켓, 그리고 CPU와 GPU(Graphic Processor Unit: 그래픽 처리 장치)의 일체형 프로세서인 A4 / A6 / A8 / A10 ‘APU(Accelerated Processing Unit)’를 위한 FM1 소켓을 주력으로 하고 있다. 참고로 AMD의 AM3+ 소켓과 AM3 소켓은 호환성을 가지고 있어 AM3+ 규격의 메인보드에 AM3 규격의 CPU를 꽂을 수 있으며, 일부 AM3 규격 메인보드에 AM3+ 규격의 CPU가 호환되기도 한다.

메모리 슬롯

PC의 주기억장치인 램(RAM) 모듈을 꽂는 슬롯이다. DIMM(dual in-line memory module) 소켓이라 부르기도 한다. 일반적인 PC 메인보드는 4개의 메모리 슬롯을 가진 경우가 많으며, 보급형의 경우 2개나 1개만 가질 때가 있다. 일부 고성능 메인보드는 6~8개의 메모리 슬롯을 가지기도 한다. 메모리 슬롯의 수가 많을수록 많은 램 모듈을 장착할 수 있다. 다만, 메인보드가 최대로 인식할 수 있는 램의 합계 용량은 메인보드 칩셋이나 CPU의 종류에 따라 차이가 날 수 있으므로, 램 용량을 확장하고자 한다면 메인보드나 PC 제조사에 문의해보는 것이 좋다.

2015년 현재 시장에서 주력으로 팔리는 메인보드 대부분은 DDR3(Double-Data-Rate3) 규격 전용의 램 모듈을 갖추고 있어 이전에 쓰던 DDR2나 DDR 규격의 램 모듈과는 호환이 되지 않는다. 하지만 지난 2014년 DDR4 메모리가 출시되면서 이와 호환되는 메인보드 및 프로세서의 수가 점차 늘어날 예정이다. DDR4 메모리 역시 기존 DDR3와 이전 메모리 규격과 호환되지 않으니 참고하자.

메인보드에는 이 같은 규격의 램 모듈을 2개, 혹은 3~4개씩 꽂으면 대역폭(한 번에 옮길 수 있는 데이터의 양)이 배로 향상되는 기술도 지원한다. 이를 형태에 따라 듀얼채널(Dual-channel), 트리플채널(Triple-Channel) 쿼드채널(Quad-Channel) 등으로 나눈다. 듀얼채널은 대부분 인텔 및 AMD 메인보드가 지원하고 있다. 트리플 채널은 초창기 코어 i7 익스트림(Extreme) 프로세서를 지원하는 메인보드에서 쓸 수 있었다. 지난 2014년 DDR4 메모리를 지원하는 코어 i7 익스트림 프로세서부터 쿼드채널 메모리채널 기술을 쓰기 시작했다.

칩셋(Chipset)

메인보드 전반의 기능을 제어하는 핵심 칩이다. 다양한 역할을 수행하기 때문에 발열도 심해서 방열판이나 냉각팬에 덮여있는 경우가 많다. 기존 메인 보드에는 CPU, 램 등을 제어하는 노스브리지(Northbridge)와 입출력장치 제어에 주로 쓰이는 사우스브리지(Southbridge)의 2가지 칩셋을 동시에 탑재한 경우가 일반적이었다. 하지만 최근에는 두 가지 기능을 하나의 칩셋으로 합치거나 노스브리지의 기능을 CPU로 옮겨 사우스브리지만 남겨두는 경우가 많아 이로 인해 1개의 칩셋만 달려 나오는 메인보드가 늘어나고 있다.

칩셋 역시 CPU 소켓과 마찬가지로 CPU 제조사마다 다른 것을 사용한다. 그리고 CPU 소켓 규격이 같더라도 칩셋이 달라지면 호환되는 CPU의 종류 및 메인보드의 전반적인 기능과 성능에 차이가 난다는 점 참고하자.

확장카드 슬롯

모니터로 화면을 출력하는 그래픽카드, 음향을 스피커로 전달하는 사운드카드, 네트워크망에 연결해 데이터를 주고받는 랜(LAN)카드, 저장장치 및 특정 확장 단자를 생성하는 컨트롤러 카드 등이 PC에서 쓰이는 대표적인 확장카드다. 메인보드 상에는 이런 확장카드를 설치하는 확장카드 슬롯이 여러 개 있다. 확장카드 슬롯은 쓰임새 및 데이터 전달 속도에 따라 몇 가지로 나뉜다. 슬롯과 확장카드의 규격이 서로 다르면 장착이 되지 않으므로 확장카드를 구매하기 전에 현재 가진 메인보드에 있는 슬롯이 무엇인지 반드시 확인해야 한다.

2000년대 초반까지는 사운드카드나 랜카드 등의 다양한 확장카드를 꽂는 범용 슬롯인 PCI(Peripheral Component Interconnect)와 그래픽카드 전용 슬롯인 AGP(Accelerated Graphics Port)를 갖춘 경우가 많았다. 하지만 2004년에 PCI나 AGP보다 고속으로 데이터 전송이 가능한 범용 슬롯인 PCI-익스프레스(Express)가 개발되면서 AGP는 사라졌고, PCI 슬롯 역시 수가 줄어들거나 삭제되는 경우가 많아지고 있다.

PCI 익스프레스 슬롯은 슬롯의 너비 및 데이터 전송 속도에 따라 몇 가지 규격이 있는데 그중 가장 많이 쓰이는 것은 그래픽카드를 꽂을 때 주로 쓰는 PCI 익스프레스 x16 슬롯이다. 그 외에 x1, x4, x8 등이 있다.

최근 출시되는 메인보드는 그래픽카드나 사운드카드, 랜카드 등의 기능을 자체적으로 내장하고 있어 확장카드의 쓰임새가 줄어든 것이 사실이지만, 내장형 장치들은 별도로 장착하는 확장카드에 비하면 성능이 떨어지는 경우가 많아 높은 수준의 성능을 원하는 사용자들은 내장형 장치가 있어도 별도의 확장카드를 장착하곤 한다.

저장장치 포트

하드디스크나 ODD(Optical Disc Drive: CD나 DVD 등의 광디스크 드라이브)등의 저장장치로 데이터를 전송하는 케이블을 꽂는 포트다. 포트의 수가 많을수록 더욱 많은 저장장치를 연결할 수 있으며, 대개 고급형 메인보드일수록 많은 포트를 가지고 있다.

1990년대 까지는 폭이 넓은 케이블을 사용하는 병렬 ATA(PATA, IDE) 방식의 포트를 주로 사용했으나, 2000년대 들어 케이블의 폭이 가늘고 데이터 전송 속도가 향상된 직렬 ATA(SATA) 방식의 포트로 바뀌는 추세다. 현재는 특수한 메인보드가 아니라면 일반 메인보드에서 PATA, IDE 포트를 찾아보기 어렵다.

후면 포트

그 외에 케이스 장착 시에 본체 후면을 향하게 되는 후면포트 역시 일정한 기준이 있다. 메인보드의 브랜드나 등급에 따라 약간씩 구성이 달라지긴 하지만 대동소이한 수준이다. 최근의 메인보드 후면포트는 범용성이 높은 USB 포트가 늘어나는 추세인 반면, PS/2나 직렬 포트, 병렬 포트와 같은 구형 주변기기용 포트는 수가 줄어들거나 사라지고 있다.

또한, 별도의 사운드카드 없이도 입체 음향을 직접 출력할 수 있는 5.1채널이나 7.1채널 아날로그 음성 출력 포트가 거의 기본으로 탑재되고 있으며, 고급형 제품에는 별도의 앰프와 연결해 본격적인 홈시어터(Home theater)를 꾸밀 수 있는 S/PDIF 방식의 디지털 음성 출력 포트도 탑재되는 추세에 있다.

고급형 메인보드와 보급형 메인보드의 차이?

소켓과 칩셋의 규격이 같은 메인보드라면 기본적인 사용시의 성능 차이는 크지 않다. 그럼에도 불구하고 저렴한 보급형 모델과 값이 비싼 고급형 모델이 함께 시장에 공존한다. 고급형 메인보드는 더 많은 확장카드나 하드디스크를 장착할 수 있으며 와이파이(Wi-fi: 무선랜)나 블루투스(Bluetooth: 근거리 무선통신)와 같은 부가 기능이 더해지기도 한다.

그리고 메인보드의 품질은 PC 전반의 안정적인 동작 여부 및 수명에도 큰 영향을 미친다. 메인보드의 안정성을 좌우하는 대표적인 요소가 기판 곳곳에 배치된 캐패시터(Capacitor), 그리고 CPU 소켓 주변의 전원부 구성이다. 캐패시터는 회로 사이의 전기장을 모으는 장치로, 콘덴서(Condenser)라 부르기도 한다. 캐패시터는 수명이 정해져 있어서 사용 기간이 길어지면 종종 고장 나기도 한다. 솔리드(solid) 캐패시터는 저가 메인보드에서 주로 사용하는 전해질 캐패시터에 비해 내구성이 높다는 것이 일반적인 평가다. 물론 전해질 캐패시터가 무조건 솔리드 캐패시터보다 품질이 떨어진다는 것은 아니나, 고급형 메인보드일수록 솔리드 캐패시터 사용 비중이 높고 품질 또한 뛰어난 것을 사용한다.

그리고 CPU 소켓 주변에는 캐패시터 외에 모스펫(MOSFET), 초크(Choke) 등 전원 공급 관련 부품이 붙어있다. 이들 전원 관련 부품들은 초크 1개를 중심으로 일정량이 모여 하나의 단위를 이루는데, 이를 페이즈(phase)라 부른다. 보급형 메인보드는 3 페이즈나 4 페이즈, 고가 제품으로 갈수록 6~8페이즈 이상의 전원부를 탑재하고 있는 경우가 많다. 이 수가 많을수록 CPU에 전원을 보다 안정적으로 공급할 수 있으며, 오버클러킹(Overclocking: 의도적으로 CPU의 동작 속도를 기준치 이상으로 높임)도 한층 원활히 할 수 있다. 하지만 4세대 코어 프로세서부터는 CPU에 전압이나 전력량을 통제하는 부품(통합 레귤레이터)이 내장되면서 고가임에도 전원부의 수를 줄인 메인보드도 간혹 있다. 이 때는 부품 자체의 고급화를 통해 차별화를 꾀하기도 한다.

글 / IT동아 강형석 (redbk@itdonga.com)

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