CORSAIR ThermalProtect - 기술 개요

12V-2x6 케이블이 과열되는 경우(대개 커넥터가 GPU에 완전히 꽂히지 않았기 때문), ThermalProtect가 이를 감지하여 부품이 과열되기 전에 GPU의 전력을 자동으로 줄이도록 합니다. 이 기능은 GPU 커넥터에서 30mm 떨어진 케이블 콤에 내장된 소형 열 스위치를 통해 작동합니다. 별도의 소프트웨어 설치나 펌웨어 업데이트가 필요하지 않으며, 표준 12V-2x6 포트가 있는 파워 서플라이만 있으면 됩니다.

지금까지의 요약을 정리해 드렸습니다. 이 문제가 왜 발생하는지, 수정 사항이 물리학적으로 어떻게 작용하는지, 그리고 오류가 발생할 때 단계별로 어떤 일이 일어나는지 알고 싶으시다면 계속 읽어보세요.

수년 동안 고성능 GPU에 전원을 공급하려면 8핀 PCIe 케이블을 두 개, 때로는 세 개나 연결해야 했습니다. 전기적으로는 문제가 없었습니다. 전류 부하를 여러 커넥터에 분산시키면 특정 연결부에 과부하가 걸리는 것을 방지할 수 있었기 때문입니다. 하지만 실용적인 측면에서는 매우 번거로웠습니다. 케이블이 많아지면 내부 공간이 어수선해지고, 공기 흐름이 나빠지며, 케이스 내부에서 케이블을 배선하고 관리해야 할 일이 늘어났기 때문입니다.

PCIe 표준을 관리하는 업계 단체인 PCI-SIG는 12VHPWR을 통해 이 문제를 해결했습니다. 12개의 전원 핀을 통해 최대 600W까지 공급할 수 있는 고밀도 커넥터 하나를 도입한 것입니다. GPU에 케이블 하나만 연결하면 깔끔하게 해결됩니다. 이론상으로는 아주 간단한 개선책입니다.

그러자 관련 보고가 잇따라 들어왔다. 소수이긴 하지만 무시하기 힘든 수의 12VHPWR 커넥터에서 발화 현상이 발생했는데, 플라스틱이 녹아내리고 핀이 그을렸으며, 경우에 따라서는 GPU 전원 커넥터까지 함께 손상되기도 했다.

이 문제는 원래 12VHPWR 커넥터의 설계 공차에서 비롯된 것으로, 이로 인해 전원 핀이 완전히 고정되기 전에 감지 핀이 먼저 접촉하게 되어, 케이블이 부분적으로만 삽입된 상태에서도 시스템이 전원이 켜질 수 있습니다. 즉, 겉보기에는 제대로 연결되어 있고 GPU에도 연결된 것으로 인식되더라도, 실제로는 전원 핀이 소켓에 완전히 고정되지 않은 상태일 수 있습니다. 부분적인 접촉은 각 핀의 저항이 높아진다는 것을 의미합니다. 이러한 케이블이 전달하는 전류(600W/12V 조건에서 커넥터 전체에 50암페어가 흐름) 하에서 저항이 높아지면, 단순한 줄(Joule) 가열 원리에 따라 열이 발생합니다: P = I² × R. 이는 저항의 작은 증가일 뿐이지만, 전류는 제곱으로 증가합니다. 따라서 열은 핀 바로 그 지점에서 빠르게 축적됩니다.

이 한 가지 변경 사항으로 부분 삽입 시 발생하는 문제점이 해결되었습니다. 이제 센스 핀이 접촉하기 전에 커넥터를 완전히 삽입하고 전원 핀이 완전히 고정되어야 합니다. 센스 핀이 접촉하지 않으면 GPU가 정상적으로 작동하지 않습니다. 이제 기계적 설계를 통해 처음부터 보장되었어야 할 사항이 확실히 이행되도록 했습니다.

CORSAIR의 ThermalProtect 케이블은 색상 구분이 가능한 회색 커넥터 끝부분을 적용해 한 단계 더 발전시켰습니다. 이를 통해 케이블이 완전히 삽입되었는지 눈으로 확인할 수 있습니다. 회색이 보인다면 아직 완전히 고정되지 않은 상태이며, 회색이 보이지 않으면 제대로 연결된 것입니다.

개량된 기계적 설계는 확실히 개선된 점이 있습니다. 하지만 커넥터가 영원히 완벽하게 고정되어 있지는 않기 때문에, 이것이 완벽한 해결책은 아닙니다.

케이블 배선, 진동, 뻣뻣한 케이블의 무게가 커넥터를 잡아당기는 힘, 장기간에 걸친 반복적인 삽입 등 – 이러한 요인들은 모두 커넥터를 서서히 느슨하게 만들 수 있습니다. 시스템을 처음 조립했을 때 완벽하게 고정되었던 커넥터라도, 6개월 후에는 눈에 띄는 징후 없이 접촉 불량이 발생할 수 있습니다. 부분 접촉으로 인한 발열 현상은 처음부터 완전히 삽입되지 않았든, 나중에 느슨해졌든 상관없이 물리적으로 동일합니다.

작동 중에 커넥터에서 실제로 어떤 일이 일어나고 있는지 모니터링할 방법이 없다면, 문제가 발생하기 전까지 아무런 경고도 받을 수 없습니다. 바로 이러한 공백을 메우기 위해 ThermalProtect가 개발되었습니다.

가장 우아한 해결책은 새로운 복잡성을 더하기보다 기존 인프라를 재사용하는 것입니다. ThermalProtect는 다음과 같은 간단한 관찰에 기반을 두고 있습니다. 즉, 커넥터 핀에서 열이 발생하면, 그 열은 핀이 압착된 구리선을 따라 케이블을 타고 커넥터에서 멀어지는 방향으로 전달된다는 것입니다.

구리는 뛰어난 열전도체입니다. 바로 이 때문에 구리는 히트 스프레더와 히트 파이프에 사용됩니다. 구리는 길이를 따라 열 에너지를 효율적으로 전달합니다. 전류를 전달하는 데 이상적인 구리의 이 특성은 동시에 전선을 통해 커넥터에서 케이블의 어느 지점이든 자연스럽게 열이 전달되는 경로를 만들어 줍니다. ThermalProtect는 케이블 콤 내부, GPU 커넥터에서 30mm 떨어진 지점에 열 스위치를 배치하여 전선이 직접 온도를 감지하도록 합니다.

개발 과정에서 커넥터 내부의 단자에 열 센서를 부착하여 온도를 측정하고 적절한 열 스위치 작동 온도를 결정했습니다.

각 전선을 감싸고 있는 PVC 피복은 뛰어난 전기 및 열 절연체입니다. 특히 내부에 있는 구리와 비교할 때 더욱 그렇습니다. 이러한 차이로 인해 절연체는 효과적인 열 차단막 역할을 하여, 구리 도체에서 주변 환경으로의 방사형 열 손실을 줄여줍니다. 이것이 바로 적외선 온도계로 온도를 측정하는 것이 효과적이지 않은 이유입니다. 대류 및 복사 손실이 억제됨에 따라 구리 전선 전체의 온도 차(ΔT)가 더 잘 유지되어, 12V-2x6 커넥터에서 발생한 열이 구리를 따라 종방향으로 이동하여 측정 지점(30mm 떨어진 빗살)에 거의 온전한 상태로 도달할 수 있습니다. 65°C라는 스위치 작동 온도는 이러한 온도 구배를 고려하여 선정되었습니다. 콤에서 65°C가 측정된다는 것은 커넥터 끝부분의 온도가 상당히 더 높다는 것을 의미하며, 65°C 임계값은 실제로 개입이 필요한 상태를 나타내는 것으로 검증되었습니다.

각 케이블은 수작업으로 조립됩니다. 위 사진에서 왼쪽에는 두 개의 감지선이 바이메탈 스위치에 압착되고 있는 모습입니다. 오른쪽에는 두 개의 감지선이 연결된 스위치와, 케이블 절연체를 관통하여 스위치를 12V-2x6 케이블의 접지선에 연결하는 탭이 장착된 모습을 볼 수 있습니다.

케이블 콤에 내장된 ThermalProtect 모듈은 다음 다섯 가지 부품으로 구성되어 있습니다:

빗 세트

3. 상단 커버: 모든 부품을 단단히 고정하고, 취급 시나 케이블의 움직임으로 인해 스위치가 흔들리는 것을 방지합니다.

4. 중간 프레임: 구리 피복 스위치 어셈블리를 올바른 전선(신호선이 아닌 전원선)에 대고 고정하며, 일정한 기계적 접촉 압력을 유지합니다.

5. 하단 커버: 케이블 번들에 전체 조립체를 고정하는 구조적 받침대.

열 스위치는 12V-2x6 커넥터의 S4(Sense1) 및 S3(Sense0) 신호선과 직렬로 연결되어 있습니다. 정상 작동 시 스위치는 닫혀 있으므로 S3와 S4가 스위치를 통해 접지에 연결되며, GPU는 이를 600W 전력 승인 신호로 인식합니다. 이 스위치는 표시가 없는 면이 +12V 전원 선을 향하도록 배치되어 있습니다. 이는 해당 선들이 가장 큰 전류를 전달하며, 고장 발생 시 가장 먼저 발열하기 때문입니다.

열로 인해 ThermalProtect의 열 스위치가 열리면 S3와 S4의 접지 연결이 끊어집니다. GPU는 이를 감지하고 즉시 전원 공급 장치(PSU)에서 연결된 12V-2x6 케이블의 전원이 부족하다고 판단합니다. 이로 인해 GPU가 종료됩니다.

ThermalProtect가 작동하면 GPU의 전력 제한이 낮아지고 화면이 검게 변합니다. 이는 시스템 오류가 아닙니다. PC의 다른 부분은 계속 작동하고 있기 때문입니다. 팬은 여전히 돌아가고, RGB 조명은 켜져 있으며, 운영 체제도 멈춘 상태가 아닙니다. 화면이 끊긴 것처럼 보이는 이유는, 사실상 GPU가 렌더링을 중단했기 때문입니다.

이 메시지가 표시된다고 해서 바로 커넥터에 불이 났다고 생각하지 마세요. ThermalProtect의 핵심은 상황이 그렇게 악화되기 전에 미리 문제를 감지하는 데 있습니다. 이 경우 다음과 같이 조치하세요:

1. 시스템이 완전히 꺼질 때까지 전원 버튼을 2~3초간 길게 누르십시오. 그런 다음 후면의 스위치를 눌러 전원 공급 장치를 끄고, 벽면 콘센트에서 플러그를 뽑으십시오.
2. 케이블이 식을 때까지 기다리세요. 손등을 GPU 쪽 케이블 근처에 대고(닿지 않게) 확인하세요. 약 2.5cm 정도 떨어진 곳에서 열기가 느껴진다면, 잠시 기다리세요. 측면 패널을 열어둔 상태에서 최소 20분 정도 기다리세요.
3. 완전히 식으면 GPU와 전원 공급 장치(PSU)에서 12V-2x6 케이블을 분리하고 양쪽 끝을 꼼꼼히 살펴보세요. 변색, 플라스틱 녹음, 핀 변형 등의 흔적이 있는지 확인하십시오. 이러한 증상이 보이면 해당 케이블을 다시 사용하지 마십시오.
4. 모든 부분이 깨끗해 보이면 케이블을 다시 연결하세요. 고정 래치가 ‘딸깍’ 소리가 날 때까지 커넥터를 단단히 밀어 넣으세요. 그런 다음 육안으로 확인하세요. 커넥터 끝부분에 회색 부분이 보이지 않아야 합니다. 회색 부분이 보인다면 제대로 장착되지 않은 것입니다. 이때 손전등을 사용하면 도움이 됩니다.
5. 전원 공급 장치(PSU) 쪽도 같은 방법으로 다시 연결한 다음 전원을 켜면 작업이 완료됩니다.

팁: 저장하지 않은 작업이 있는 경우, 디스플레이 케이블을 마더보드에 연결하면 해당 작업에 계속 접근할 수 있습니다(단, 디스플레이 출력 단자가 있는 마더보드와 내장 GPU가 탑재된 CPU를 사용 중인 경우에 한함).

케이블의 열 보호를 위한 다른 방법들도 있습니다. 케이블에 온도 센서를 부착하고, 이를 통신 버스를 통해 GPU와 통신하는 마이크로컨트롤러에 연결할 수 있습니다. NTC 서미스터를 내장하고 소프트웨어를 통해 측정값을 읽어올 수도 있습니다. 또는 전원 공급 장치(PSU)의 보호 시스템에 연동할 수도 있습니다.

이러한 접근 방식들은 모두 바이메탈 스위치에는 없는 종속성을 수반합니다. 능동형 솔루션은 작동하기 위해 전원이 필요합니다. 펌웨어나 소프트웨어가 필요하기 때문에 버그가 발생할 수 있으며, 버그가 발생하면 가장 중요한 순간에 보호 기능을 제대로 수행하지 못하거나, 작동해서는 안 될 때 작동할 수 있습니다. 또한 작동하기 위해 특정 전원 공급 장치(PSU)나 그래픽 카드(GPU)가 필요할 수도 있습니다. 또한 활선에서 온도를 측정할 수 없는 부품을 사용하여 접지선을 통해 온도를 측정해야 할 수도 있습니다(NTC 서미스터의 경우처럼).

이중 금속 열 스위치는 수십 년 동안 회로 차단기, 가전제품, 산업용 장비에서 안정적으로 제 역할을 해왔습니다. 이 스위치에는 펌웨어도 없고 전원 레일도 없습니다. 온도에 반응하는 이유는 온도가 말 그대로 금속을 휘게 만들기 때문입니다. 이 스위치의 고장 양상은 잘 알려져 있으며, 정격 수명은 수만 회에 달합니다.

수동 방식은 또한 ThermalProtect가 사용자가 어떤 전원 공급 장치(PSU)를 사용하든, 어떤 제조사의 그래픽 카드를 사용하든 상관없음을 의미합니다. 양쪽 끝에 표준 12V-2x6 커넥터가 장착되어 있다면(표준을 준수하는 모든 제품에는 이 커넥터가 있습니다), ThermalProtect는 정상적으로 작동합니다. 예외도, 별도 조건도 없으며, 커넥터 표준 자체 외에 별도의 호환성 목록이 필요하지 않습니다.

ThermalProtect는 특허 출원 중인 기술입니다. 이 특허는 수동형 열 스위치를 12V-2x6 케이블 어셈블리에 통합하는 방식을 다루며, 이때 케이블 자체의 구리 도체를 열 감지 경로로 활용합니다. 구체적으로, 구리 열 인터페이스를 사용하여 스위치를 전원선에 연결하고, 해당 스위치를 12V-2x6 센스 핀 회로에 연결하여 GPU 부하 감소를 제어하는 방식입니다.

• 기본 12V-2x6 전원 커넥터를 갖춘 모든 GPU
• 기본 12V-2x6 출력을 지원하는 모든 파워 서플라이 – 브랜드나 출력(와트)에 상관없이
• 12VHPWR 소켓 (외형 구조가 동일함)
• CORSAIR: RM750x, RM850x, RM1000x (2024년형 이상), RM750e/850e/1000e/650e (2025년형), RM850x/1000x SHIFT (2025년형), HX1000i/1200i/1500i SHIFT, WS3000, CX750M/CX650M (2025)

• 어댑터 구성 – 2x8핀에서 12V-2x6 어댑터로 연결할 경우, 접합부가 센서의 감지 범위 밖으로 위치하게 됩니다. Type 4 및 Type 5 CORSAIR 전원 공급 장치(PSU) 출력을 위한 ThermalProtect 버전은 현재 개발 중입니다.
• 기존의 6핀 또는 8핀 GPU 전원 커넥터 – 물리적 인터페이스가 완전히 다릅니다.

12V-2x6 커넥터는 다중 케이블 관리 문제를 해결했을 뿐만 아니라, 부분 삽입으로 인한 화재 위험을 해소하는 데 한 걸음 더 나아갔습니다. 하지만 이 커넥터만으로는 케이블이 공장을 떠난 후에도 지속적인 보호 기능을 제공할 수는 없었습니다. 설치 6개월 후 커넥터가 스스로 느슨해졌는지 여부를 확인할 방법이 없기 때문입니다.

ThermalProtect는 케이블을 지속적으로 모니터링하고 온도가 상승하면 즉시 반응하며, 12V-2x6 표준을 지원하는 모든 하드웨어와 호환되는 수동형 열 스위치를 통해 이러한 문제점을 해결합니다. 이는 시스템을 복잡하게 만들지 않으면서도 확실한 보호 기능을 제공합니다.

전류를 전달하는 구리는 센서로 열을 전달하는 구리와 동일합니다. 이는 우연이 아닙니다. 바로 설계상 의도된 것입니다.