컴퓨터를 사용하다 보면 처음에는 빠르게 작동하던 CPU나 그래픽카드의 성능이 시간이 지나면서 갑자기 떨어지는 경우가 있다. 특히 고사양 게임을 오래 실행하거나 영상 편집, 3D 렌더링과 같은 무거운 작업을 계속할 때 이런 현상이 자주 나타난다. 이때 확인해 볼 수 있는 대표적인 원인이 바로 스로틀링이다. 스로틀링은 CPU나 그래픽카드가 일정한 조건에 도달했을 때 스스로 작동 속도를 낮춰 발열이나 전력 소비를 줄이는 기능이다.
CPU와 그래픽카드는 연산을 수행할수록 많은 전력을 사용하고 그 과정에서 열을 발생시킨다. 일반적으로 클럭이 높아질수록 단위 시간에 더 많은 작업을 처리할 수 있지만 소비 전력과 발열도 함께 증가한다. 문제는 반도체가 무한정 높은 온도에서 정상적으로 작동할 수 있는 것은 아니라는 점이다. 온도가 지나치게 높아지면 시스템이 불안정해질 수 있고 부품의 수명에도 좋지 않은 영향을 줄 수 있다. 따라서 CPU와 그래픽카드는 온도가 위험 수준에 가까워지면 클럭과 전압을 낮춰 열 발생량을 줄인다. 이것을 흔히 써멀 스로틀링이라고 부른다.
예를 들어 CPU가 높은 부하 상태에서 계속 작동하면서 온도가 제조사가 정한 최대 허용 온도에 가까워지면 자동으로 부스트 클럭을 낮춘다. 순간적으로 5GHz 근처에서 작동하던 CPU가 4GHz 이하로 내려가는 식이다. 그러면 연산량이 감소하고 소비 전력도 줄어들면서 온도를 낮출 수 있다. 그래픽카드 역시 비슷하다. GPU 온도나 핫스팟 온도가 높아지면 부스트 클럭을 낮춰 온도를 제어한다. 사용자는 게임의 프레임이 떨어지거나 렌더링 시간이 길어지는 현상으로 이를 체감할 수 있다.
스로틀링은 온도 때문에만 발생하는 것은 아니다. 전력 제한도 중요한 원인이다. 최근 CPU와 그래픽카드는 상황에 따라 기본 클럭보다 높은 부스트 클럭으로 작동하지만 사용할 수 있는 전력에는 제한이 설정되어 있다. 일정 시간 동안 최대 전력 한도에 도달하면 온도가 충분히 낮더라도 클럭이 내려갈 수 있다. 이를 파워 리밋 스로틀링 또는 전력 제한에 의한 스로틀링이라고 한다.
특히 노트북에서 이런 현상을 쉽게 볼 수 있다. 노트북은 데스크톱보다 냉각 공간이 좁고 어댑터가 공급할 수 있는 전력에도 제한이 있기 때문이다. 처음 프로그램을 실행했을 때에는 CPU가 높은 클럭으로 작동하다가 수십 초 또는 몇 분 후 속도가 낮아지는 경우가 있다. 순간적으로 높은 성능을 제공한 뒤 발열과 소비 전력을 안정적인 범위로 조절하는 것이다.
CPU에서는 메인보드의 전원부도 스로틀링에 영향을 줄 수 있다. CPU에 전력을 공급하는 VRM의 온도가 지나치게 올라가면 메인보드가 전원부를 보호하기 위해 CPU의 소비 전력을 제한할 수 있다. CPU 자체의 온도는 높지 않은데도 장시간 부하를 주었을 때 클럭이 급격하게 떨어진다면 메인보드 전원부의 발열도 확인할 필요가 있다.
그래픽카드에서도 GPU 코어 온도만 확인해서는 정확한 원인을 찾지 못할 수 있다. 그래픽카드에는 GPU 코어뿐만 아니라 메모리와 전원부 등 다양한 부품이 함께 장착되어 있다. 일부 그래픽카드는 GPU 코어 온도가 정상 범위에 있어도 핫스팟이나 메모리 온도가 높으면 클럭을 제한할 수 있다. 따라서 그래픽카드 성능이 갑자기 떨어진다면 GPU 온도, 핫스팟 온도, 메모리 온도, 소비 전력, 클럭을 함께 살펴보는 것이 좋다.
냉각 상태가 좋지 않을수록 스로틀링은 더욱 쉽게 발생한다. CPU 쿨러나 그래픽카드 방열판에 먼지가 많이 쌓이면 공기의 흐름이 방해받아 냉각 효율이 낮아진다. 케이스 내부의 흡기와 배기가 제대로 이루어지지 않는 경우에도 내부 온도가 상승할 수 있다. 오래 사용한 시스템에서는 서멀 컴파운드가 굳거나 서멀패드의 성능이 떨어져 방열 효율이 낮아지는 경우도 있다.
주변 온도 역시 무시할 수 없다. 동일한 컴퓨터라도 겨울보다 여름에 스로틀링이 더 쉽게 발생할 수 있다. 컴퓨터의 냉각 장치는 기본적으로 주변 공기를 이용해 열을 외부로 내보내기 때문이다. 실내 온도가 높으면 방열판과 공기 사이의 온도 차이가 줄어들어 냉각 성능도 떨어진다.
스로틀링이 발생한다고 해서 반드시 제품에 문제가 있다는 뜻은 아니다. 오히려 CPU와 그래픽카드를 보호하기 위해 설계된 정상적인 안전 기능이다. 스로틀링 기능이 없다면 냉각 능력을 초과하는 상황에서 온도가 계속 상승해 시스템이 강제로 종료되거나 부품에 문제가 생길 가능성이 커진다. 중요한 것은 스로틀링이 너무 자주 발생해 실제 성능에 영향을 주는지 확인하는 것이다.
이를 확인하려면 하드웨어 모니터링 프로그램으로 온도와 클럭 변화를 동시에 살펴보면 된다. 높은 부하를 걸었을 때 온도가 최대치에 가까워지면서 클럭이 떨어진다면 냉각 문제를 의심할 수 있다. 반대로 온도는 충분히 낮지만 소비 전력이 제한값에 도달하면서 클럭이 내려간다면 전력 제한이 원인일 가능성이 높다.
스로틀링을 줄이려면 먼저 냉각 환경을 개선하는 것이 좋다. CPU 쿨러와 그래픽카드의 먼지를 제거하고 케이스의 흡기와 배기 방향을 점검하면 도움이 된다. CPU 쿨러가 성능에 비해 부족하다면 더 높은 냉각 성능을 가진 제품으로 교체하는 방법도 있다. 그래픽카드 역시 케이스 내부의 공기 흐름을 개선하면 온도를 낮출 수 있다.
전압을 적절하게 낮추는 언더볼팅도 효과적인 방법 중 하나다. 동일한 클럭을 더 낮은 전압으로 유지할 수 있다면 소비 전력과 발열이 감소하고 그만큼 스로틀링이 발생할 가능성도 낮아진다. 다만 지나치게 전압을 낮추면 시스템이 불안정해질 수 있으므로 충분한 테스트가 필요하다.
결국 CPU와 그래픽카드의 스로틀링은 성능을 일부 포기하는 대신 하드웨어를 안전한 온도와 전력 범위 안에서 작동시키기 위한 자동 보호 장치라고 할 수 있다. 컴퓨터의 성능은 단순히 높은 클럭을 얼마나 낼 수 있는지만으로 결정되지 않는다. 높은 성능을 얼마나 오랫동안 안정적으로 유지할 수 있는지도 매우 중요하다. 따라서 고성능 컴퓨터를 구성하거나 장시간 무거운 작업을 한다면 CPU와 그래픽카드의 온도뿐 아니라 냉각 구조, 전력 제한, 전원부 상태까지 함께 확인하는 것이 안정적인 성능을 유지하는 데 도움이 된다.
