"안정적 출력은 기본, 위기에 강해야 됩니다" 마이크로닉스가 말하는 AI 시대 파워서플라이

[IT동아 강형석 기자] 인공지능(AI)이 산업은 물론, 개인용 컴퓨터(PC) 시장에도 영향을 줬다. 과거 PC는 문서 작성, 인터넷 서핑, 게이밍 정도로 쓰임새가 한정됐다. 하지만 현재 PC는 AI 추론부터 생성형 AI 활용, 대규모 데이터 분석까지 감당해야 할 영역이 넓어졌다. 시장조사기업 가트너의 자료에 따르면 2025년 AI PC 출하량은 전체 PC의 43%에 이를 것으로 전망되며, 2026년에는 과반을 돌파할 것이라는 예측도 나온다. 시장조사기업 한국 IDC는 국내 AI PC 시장이 2029년까지 연평균 27.3%의 고성장을 기록할 것으로 내다봤다.

이런 변화의 원인은 연산 능력의 증가다. AI는 중앙처리장치(CPU)와 그래픽 처리장치(GPU), 신경망 처리장치(NPU) 등이 최대 작동하도록 유도한다. 자연스럽게 PC 한 대가 소비하는 전력이 과거와 비교할 수 없을 만큼 커진 셈이다. 소비 전력의 급증은 PC를 구성하는 모든 부품에 새로운 과제를 안겼다. 무엇보다 PC에 전력을 공급하는 전원공급장치(파워서플라이)의 중요성이 부각되는 추세다.

“부하에 따라 변하는 출력” 정격 아닌 동적 출력이 중요한 시대

PC 부품 가운데 전력 소비 증가폭이 가장 두드러지는 건 GPU다. 예로 엔비디아 지포스 RTX 5090은 TGP(전체 소비 전력)가 575W에 달하고, RTX 5080도 360W 수준의 전력을 쓴다. 2세대~3세대 이전 GPU만 해도 300W 이상 전력을 요구하는 제품이 극히 드물었다는 점을 생각하면, 변화의 속도가 얼마나 빠른지 체감 가능하다.

문제는 전력 소모량이다. 게이밍, 전문 작업 등 과거 고부하 작업 진행 시 시스템은 데이터 처리 상태에 따라 전력 소모량을 조절했다. 반면, AI 추론이나 머신러닝(ML) 학습 작업을 진행하면 GPU는 거의 100%에 가까운 부하 상태를 오랜 시간 유지하게 된다. 여기에 다른 부품에도 동시에 전력을 배분해야 하므로 파워서플라이 입장에서는 전력 분배가 까다로워졌다.

흔히 소비자는 파워서플라이 성능을 논할 때 효율 등급인 80 플러스(80 PLUS) 인증 또는 정격 출력 수치를 먼저 따진다. 중요한 지표지만, PC 사용 환경 속 파워서플라이가 마주하는 상황은 인증 조건과 차이가 있다. 테스트 환경에서는 부하를 10%, 50%, 100% 등 특정하게 고정한 후 측정하지만, 실사용 환경에서는 전류가 끊임없이 변동하는 동적 부하 상태가 이어진다.

마이크로닉스 부설 연구소 자료에 따르면 지포스 RTX 4090이 장착된 PC 시스템 기준, 전체 12V 전압 허용치 중 약 70%가 GPU로 흘러간다. 시스템 전력의 2/3 이상이 그래픽카드 한 장에 쏠리는 구조다. 만약 AI 가속을 위해 GPU를 여럿 사용한다면 파워서플라이에 가해지는 부담은 기하급수적으로 늘어난다. 결국 파워서플라이의 전압 안정성이 시스템 전체의 안정성과 직결될 수밖에 없는 상황이다.

고출력 시스템에서 전원 공급 상태가 불안정할 경우, 그 여파는 생각보다 광범위하다. 전압 변동에 의한 전력 부족, 리플 노이즈(불규칙 전압 변화 및 소음) 증가가 대표적인 문제인데, 이런 현상은 블루스크린(오류 화면)이나 갑작스러운 재부팅, 심하면 부품 수명 단축으로 이어진다. 파워서플라이의 정격 출력이 넉넉해도 급변하는 부하에 대응하는 속도가 느리면 시스템은 언제든 불안정해질 수 있다.

AI PC 시대 파워서플라이는 전체 출력 외에도 동적 부하에 빠르게 대응하고 전압을 정밀하게 유지하는 능력이 뛰어난 제품이어야 한다. 수치만으로 판단하기 어려운 영역이기에 소비자 입장에서는 제조사의 기술력과 설계 철학을 함께 살펴볼 필요가 있다.

고출력 파워서플라이, 무엇이 달라야 하는가

고성능 시스템에 걸맞은 파워서플라이를 개발하려면 몇 가지 핵심 기술 요소가 뒷받침돼야 한다. 먼저 전압 안정성이다. 출력 전압이 일정하게 유지되지 않으면 CPU나 GPU가 제 성능을 발휘하기 어렵고, 장기적으로 부품 손상으로 이어진다. 인텔은 안정적인 시스템 전력 공급을 위해 ATX(Advanced Technology eXtended) 3.1 규격을 제안했다. ATX 3.1은 전압 변동의 허용 범위를 명확히 규정하고 있는데, 전압 변동을 얼마나 더 빠르고 정밀하게 반응하느냐에 초점을 뒀다.

다음은 높은 에너지 효율이다. 출력이 커질수록 손실되는 전력도 비례해 늘어난다. 80 PLUS 스탠더드 등급 이상의 효율 등급은 출력 손실을 줄여 발열을 낮추고, 부품의 열화를 방지하는 데 기여한다. 예로 80 PLUS 스탠더드 등급은 115V 기준 최대 80%, 230V 기준 최대 85% 효율을 제공한다. 최고 등급인 티타늄은 115V 기준 최대 94%, 230V 기준 최대 96% 효율을 제공한다.

고효율을 구현하기 위한 회로 구성도 필수다. 공진형 출력보정장치(LLC, Load Line Calibration) 설계와 직류(DC to DC) 방식의 전압 변환 회로, 액티브 PFC(Active Power Factor Correction, 동적 역률 보상) 회로 등이 효율을 끌어올리는 핵심 기술에 해당한다.

보호 회로 적용 규모도 중요하다. 과전압(OVP), 과전류(OCP), 과출력(OPP), 단락(SCP), 과열(OTP), 과도파형 전류(Surge, 서지) 및 돌입전류(Surge Input Protector, 인러시) 보호 등 다중 보호 체계가 갖춰져야 돌발 상황에서 시스템 전체를 지킬 수 있다. 고가의 GPU가 장착된 시스템에서는 파워서플라이 한 대의 보호 기능이 수백~수천만 원을 호가하는 부품의 1차 안전망 역할을 한다.

마지막으로 냉각 설계다. 고출력 환경에서는 내부 발열이 불가피한데, 대구경 냉각팬과 유체역학 베어링(FDB), 필요에 따라 작동하는 제로팬(Zero Fan) 모드 같은 설계가 적용돼야 성능과 정숙성을 제공한다. 전원을 끈 뒤에도 냉각팬을 가동해 잔열을 배출하는 기술은 부품 수명 연장에 직접적으로 기여한다.

꾸준한 기술 개발로 국산 파워서플라이 자존심 지켜 온 마이크로닉스

수입 브랜드 파워서플라이 공세 속에 자체 기술 개발과 설계 능력으로 맞선 제조사가 있다. 바로 클래식(Classic) II 및 위즈맥스(Wizmax) 시리즈 등 다양한 파워서플라이를 선보인 한미마이크로닉스(이하 마이크로닉스)다.

마이크로닉스는 자체 연구소를 두고 독자 기술 개발, 플랫폼 설계에 역량을 집중했다. 그 결과 12V 출력 안정성을 위한 2세대 GPU-VR(Voltage Regulation), 잔열 배출로 부품 안정성을 높인 애프터 쿨링(After Cooling), 성능 최적화를 구현한 하이브리드(Hybrid)-E 플랫폼 등 다양한 기술을 적용했다.

2세대 GPU-VR은 마이크로닉스의 개발 역량을 보여준 기술로 평가받는다. 이 기술은 파워서플라이 출력 전압 변동을 보정, GPU에 공급되는 12V 전압을 안정화하는 역할을 맡는다. 고부하 환경에서 그래픽카드가 순간적으로 높은 전류를 요구할 때, 전압이 크게 요동치는 현상을 억제해 시스템 안정성을 높이는 것이다.

여기서 한 걸음 더 나아간 기술도 준비 중이다. 김희철 마이크로닉스 홍보실 매니저는 “기존 2세대 GPU-VR 기술이 출력 전압의 변동만을 감지해 보정하는 방식이었다. 반면, 최근 개발한 전압 보정 기술은 GPU에 공급되는 전류 변화를 실시간으로 감지하고 전압 보정에 반영한다”고 말했다. 전압과 전류, 두 가지 정보를 동시에 활용하기 때문에 반응 속도가 빨라지고 전압 변동률을 세밀하게 조율하는 기술이다. 마이크로닉스는 향후 주요 파워서플라이 제품에 새 기술을 순차 적용할 예정이다.

LLC 공진형 설계와 DC to DC 전압 변환 방식, 액티브 PFC 회로는 마이크로닉스 파워서플라이 대부분 제품에 적용되는 구성이다. 이 조합은 다양한 부하 상황에서 전압 변동을 최소화하고 높은 에너지 효율을 유지하는 데 기여한다. 제품에 따라 적용되는 다양한 보호 회로(OVP, UVP, OPP, OTP, OCP, SCP, NLO, SIP)는 여러 외부 전기적 충격에서 시스템을 보호하는 체계로 이어진다.

냉각 기능도 차별화를 꾀했다. 애프터 쿨링 기술은 PC 전원을 끈 뒤에도 내부 온도를 감지해 일정 시간 냉각팬을 작동시키는 마이크로닉스 특허 기술로, 잔열이 부품에 미치는 부담을 줄여준다. 저부하 시에는 냉각팬이 완전히 멈추는 제로팬 모드로 전환되어 정숙한 PC 환경을 만들어 준다.

좋은 파워서플라이는 위기에 강해야 됩니다

정재랑 마이크로닉스 부설 연구소 연구원

마이크로닉스는 AI 시대에 대응하기 위한 파워서플라이 제품군 구축에 역량을 집중한다. 그 중심에는 파워서플라이 설계와 기술 개발을 담당하는 마이크로닉스 부설 연구소가 자리한다. 그렇다면 마이크로닉스가 바라보는 AI 시대 파워서플라이와 기술 방향은 무엇일까? 기술 개발을 담당하고 있는 정재랑 마이크로닉스 부설 연구소 연구원을 만나 이야기를 나눴다.

IT동아 : 최근 PC 환경에서 파워서플라이가 더 중요해진 이유에 대해 설명 부탁 드립니다.

정재랑 연구원 : 최근 PC 환경은 과거와 비교할 수 없을 정도로 전력 요구량이 커졌습니다. 연구소에서 파워서플라이를 시스템에 연결한 후 전류를 측정해 보면, 고정된 부하가 아니라 실시간으로 전류 값이 계속 변하는 동적 부하 상태가 됩니다. 시스템 전력 대부분이 GPU에 집중되고, 그 전류가 시시각각 크게 변하는 환경에서는 GPU 전압을 얼마나 안정적으로 유지하느냐가 파워서플라이의 핵심 성능이 됩니다.

IT동아 : AI 시대에 맞는 파워서플라이의 조건을 꼽는다면 무엇일까요?

정재랑 연구원 : 우선 고용량이 중요하고, 다음은 높은 효율입니다. LLC 회로나 DC to DC 설계를 적용해 100% 부하에서도 효율을 유지하면 부품 발열이 줄어들고, 전체 시스템의 안정성이 올라갑니다. 최소한의 전압 변동률을 구현하는 것도 중요합니다. 그래픽카드가 순간적으로 최대 전류를 요구할 때, 파워서플라이가 제대로 반응하지 못하면 PC가 꺼지거나 불안정해질 수 있거든요. 빠른 반응 속도는 AI 시대 파워서플라이의 필수 요건이라고 봅니다.

IT동아 : 마이크로닉스가 집중하고 있는 기술에 대해 설명해 주세요.

정재랑 연구원 : 마이크로닉스가 최근 개발 완료한 차세대 파워서플라이 기술이 있습니다. 기존에는 전압 신호로 출력에 대응하는 방식이었다면, 신기술은 전압과 GPU에 공급되는 전류를 함께 감지해서 12V 전압을 보정합니다. 전류 변화를 실시간으로 읽어내기 때문에 반응 속도가 더 빠르고, 전압 변동률도 크게 줄일 것으로 기대합니다. 이 기술을 가능한 많은 제품에 적용, 전체적인 파워서플라이 품질을 높일 예정입니다.

IT동아 : 연구원 입장에서 생각하는 '좋은 파워'란 어떤 것입니까?

정재랑 연구원 : 보호 회로가 충실한 파워서플라이가 좋은 제품이라고 생각합니다. 요즘 PC는 고가 부품이 많이 들어가잖아요. 갑작스레 문제가 생겼을 때 시스템을 보호해야 합니다. 과전압, 과전류, 과출력, 단락, 서지 같은 보호 회로가 8중으로 적용된 파워라면, 돌발 상황에서도 PC에 충격이 가지 않도록 막아줄 가능성이 높아집니다. 고가의 시스템일수록 오히려 파워서플라이에 더 신경 써야 한다고 생각합니다. 마이크로닉스 파워서플라이는 이 조건을 충분히 만족한다고 자부합니다.

IT동아 : AI PC 사용자에게 추천하는 마이크로닉스 제품은 무엇일까요?

정재랑 연구원 : 개인 사용자라면 위즈맥스 G 시리즈를 추천합니다. 정숙성이 뛰어나고 80 PLUS 골드 등급 효율 등 완성도가 뛰어납니다. 1000W와 1200W 제품은 12V-2x6 커넥터가 2개 제공되어 개인이 쓰기에 충분합니다. AI 연구용이나 다중 GPU 워크스테이션이라면 위즈맥스 P 2500W를 추천하고 싶습니다. 12V-2x6 커넥터 4개로 GPU 4장을 동시에 구동 가능한 실력을 갖췄습니다. 80 PLUS 플래티넘 등급에 대응하므로 고부하에서도 안정적이죠.

IT동아 강형석 기자 (redbk@itdonga.com)