메인보드

3. 설계

메인보드는 CPU 소켓, 메모리 슬롯, 칩셋, 바이오스, 클럭 발생기, 확장 슬롯, 전원 커넥터 등 다양한 구성 요소를 포함한다. 이러한 구성 요소들은 메인보드의 전기적 연결을 통해 서로 통신하며, 시스템의 다른 구성 요소들이 작동하는 데 필요한 기반을 제공한다.^[1]

현대의 메인보드는 다음과 같은 주요 구성 요소를 포함한다.

• CPU 소켓: 마이크로프로세서를 설치하는 소켓 또는 슬롯이다. VIA Nano 및 Goldmont Plus와 같은 볼 그리드 어레이 패키지의 CPU는 메인보드에 직접 납땜된다.^[2]
• 메모리 슬롯: 시스템의 주 메모리 (DRAM 칩이 포함된 DIMM 모듈)를 설치하는 슬롯이다. DDR3, DDR4, DDR5 또는 온보드 LPDDRx일 수 있다.
• 칩셋: CPU, 주 메모리, 주변 버스 간의 인터페이스를 형성한다.
• 비휘발성 메모리 칩: 시스템의 펌웨어 또는 BIOS를 포함한다. (일반적으로 현대 메인보드의 플래시 메모리)
• 클럭 발생기: 다양한 구성 요소를 동기화하기 위해 시스템 클럭 신호를 생성한다.
• 확장 슬롯: 확장 카드를 위한 슬롯이다.
• 전원 커넥터: 컴퓨터 전원 공급 장치에서 전력을 받아 CPU, 칩셋, 주 메모리 및 확장 카드에 분배한다.
• 하드 디스크 드라이브, 광 디스크 드라이브 또는 솔리드 스테이트 드라이브용 커넥터: 일반적으로 SATA 및 NVMe를 지원한다.

3. 1. 구성 요소

• CPU 소켓: CPU를 장착하는 부분이다. CPU 소켓의 종류와 메인보드 칩셋은 CPU의 시리즈와 속도를 지원해야 한다.^[2]
• 메모리 슬롯: 주 기억 장치(RAM)를 장착하는 부분이다. 일반적으로 DDR3, DDR4, DDR5 또는 온보드 LPDDRx와 같은 DIMM 모듈 형태이다.^[21]
• 칩셋: 메인보드의 핵심 부품으로, CPU와 다른 부품들 간의 통신을 제어하며, 메인보드의 기능과 성능을 어느 정도 결정한다.
• BIOS/UEFI: 시스템의 기본적인 입출력 설정을 담당하는 펌웨어이다. 비휘발성 메모리 칩(일반적으로 플래시 메모리)에 저장된다.
• 확장 슬롯: 그래픽 카드, 사운드 카드 등 추가적인 기능을 위한 카드를 장착하는 부분이다. 일반적으로 PCI-Express x16, PCI, PCI-E x1 슬롯 등이 사용된다.
• 전원 커넥터: 메인보드에 전원을 공급하는 부분이다. 컴퓨터 전원 공급 장치로부터 전력을 받아 CPU, 칩셋, 주 메모리, 확장 카드 등에 분배한다.
• 배터리: BIOS/UEFI의 설정값을 유지하고 시계를 동작시킨다.
• 스피커: 삐 소리를 내기 위한 스피커이다.
• IDE 커넥터/SATA 커넥터: 드라이브용 케이블을 연결하기 위한 커넥터이다. 하드 디스크 드라이브, SSD, 광학 드라이브 등을 연결한다.
• M.2: SSD 및/또는 무선 네트워크 인터페이스 컨트롤러에 사용된다.

• 통합 주변 장치 (온보드 장치)
• 디스크 컨트롤러: SATA 드라이브 및 과거의 PATA 드라이브를 지원한다.
• 통합 그래픽 컨트롤러: 2D 및 3D 그래픽을 지원하며, VGA, DVI, HDMI, 디스플레이포트, 및 TV 출력을 제공한다.
• 통합 사운드 카드: 8채널(7.1) 오디오 및 S/PDIF 출력을 지원한다.
• 이더넷 네트워크 컨트롤러: LAN에 연결하고 인터넷을 수신한다.
• USB 컨트롤러
• 무선 네트워크 인터페이스 컨트롤러
• 블루투스 컨트롤러
• 온도, 전압 및 팬 속도 센서
• PMIC

3. 2. 브리지

4. 종류

메인보드는 용도에 따라 범용 컴퓨터용과 노트북 컴퓨터, 게임기, 휴대전화 등에 쓰이는 특수 목적용으로 나뉜다.

4. 1. 범용 컴퓨터용

4. 2. 특수 목적용

5. 메인보드 폼 팩터 규격

메인보드는 다양한 크기와 모양으로 생산되며, 이를 폼 팩터라고 한다. IBM 호환 시스템에서 사용되는 마더보드는 다양한 케이스 크기에 맞게 설계되었다. 대부분의 데스크톱 컴퓨터 마더보드는 ATX 표준 폼 팩터를 사용한다. 케이스의 마더보드와 전원 공급 장치 (PSU)의 폼 팩터는 모두 일치해야 하지만, 동일한 제품군의 더 작은 폼 팩터 마더보드는 더 큰 케이스에 맞을 수 있다. 예를 들어, ATX 케이스는 일반적으로 마이크로ATX 마더보드를 수용할 수 있다.

1981년 IBM PC가 출시된 초기에는 키보드 단자 외 대부분의 I/O 포트는 확장 슬롯에 삽입하여 사용하거나 마더보드 부속 확장 브래킷을 케이스에 고정하여 사용했다. 칩셋의 고집적화가 진행되면서 마더보드 커넥터에서 각종 케이블을 연결하여 케이스나 슬롯에 직접 외부 단자를 장착해야 했고, 케이블이 케이스 내에서 얽히는 단점이 있었다.

1990년대 초반에 웨스턴 디지털이 제안한 LPX는 각종 I/O 포트를 기판에 실장하고, 확장 슬롯은 라이저 카드를 사용하여 케이스를 비교적 작게 설계할 수 있도록 하였다.

NLX는 LPX와 비슷한 규격이지만, 나사 구멍이나 I/O의 위치 등의 호환성은 없다. 인텔, IBM, DEC (현: HP)에 의해 제정되었지만, 널리 보급되지 못하고 사라졌다.

WTX (Workstation Technology eXtended)는 1998년에 워크스테이션용으로 인텔이 제안했다. ATX의 약 2배 정도의 크기로, 주로 서버 등에서 보급되고 있다.

NUC (:en:Next Unit of Computing)는 2012년에 인텔이 제안한 4x4-inch 보드이다.^[22]

5. 1. 주요 폼 팩터

• '''AT''': 1984년 IBM이 PC/AT를 발표한 후, 대부분의 PC/AT 호환 기종 마더보드는 이 규격을 기반으로 설계되었다. 1990년대 중반까지 널리 사용되었다.
• '''ATX''': 1995년 인텔이 제안한 규격으로, 현재 PC 시장에서 가장 널리 사용되는 마더보드 규격이다. 키보드, 마우스, USB 등 자주 사용하는 입출력 포트를 마더보드에 실장하여 편의성을 높였다.
• '''Micro-ATX''': ATX보다 작은 크기로, 슬림 PC 등에 사용된다. ATX 케이스에도 장착할 수 있다.
• '''BTX''': 2003년 인텔이 CPU 발열 문제 해결을 위해 제안했으나, 2005년 이후 CPU 발열 문제가 다른 방향으로 해결되면서 널리 보급되지 못하고 2007년 생산이 중단되었다.
• '''DTX''': 2007년 AMD가 제안한 규격으로, ATX와 하위 호환성을 가진다.
• '''Mini-ITX''': 2001년 VIA가 제안한 소형 폼 팩터로, 저소음 PC나 임베디드 시스템에 사용된다. 인텔 아톰의 등장으로 주목받기 시작했다.

6. 메인보드 회사

에이수스(ASUS), 기가바이트 테크놀로지(Gigabyte Technology), 애즈락(ASRock), 마이크로 스타 인터내셔널(MSI) 외에도 인텔(INTEL), 바이오스타(BIOSTAR), 비아 테크놀로지스(VIA Technologies), 사파이어 테크놀로지(Sapphire Technology), 폭스콘(FOXCONN), 엘리트그룹 컴퓨터 시스템스(ECS), JETWAY, ZOTAC, EVGA, XFX, Abit, DFI, EPoX, AOpen, 어드밴텍(Advantech), ALBATRON, 화난즈(HUANANZHI), 슈퍼마이크로(Supermicro), Tyan, 아이윌(I Will), SOYO, 프리웨이 등 다양한 회사들이 메인보드를 제조하거나 제조했었다.^[23][24][25]

6. 1. 주요 제조사 (한국 시장 중심)

7. 메인보드에 탑재되는 주요 구성 요소

현대 메인보드는 시대가 발전함에 따라 탑재되는 구성 요소가 다양해지고 기능도 복잡해지는 경향을 보인다. 주요 구성 요소는 다음과 같다.

• CPU 및 칩셋:
• CPU 소켓: CPU를 장착하는 소켓이다. VIA Nano 및 Goldmont Plus와 같은 볼 그리드 어레이 패키지의 CPU는 메인보드에 직접 납땜되기도 한다.^[2]
• 칩셋: CPU, 주 메모리, 주변 버스 간의 인터페이스를 형성하며, 메인보드의 기능과 성능을 결정하는 중요한 역할을 한다.
• 메모리 슬롯:
• 메모리를 장착하는 슬롯으로, 일반적으로 DDR3, DDR4, DDR5와 같은 DIMM 모듈 형태나 온보드 LPDDRx 형태가 사용된다.^[2]
• 확장 슬롯:
• PCI Express 포트: 그래픽 카드를 비롯한 다양한 확장 카드를 연결하는 데 사용된다.
• PCI: 레거시 PCI 슬롯은 구형 확장 카드를 연결하는 데 사용된다.
• 저장 장치 커넥터:
• SATA: 하드 디스크 드라이브, SSD, 광학 드라이브 등을 연결하는 데 사용되는 표준 인터페이스이다.
• NVMe: 고성능 SSD를 연결하기 위한 인터페이스이다.
• USB 포트:
• 컴퓨터 마우스, 컴퓨터 키보드 등 다양한 주변 장치를 연결하는 데 사용된다.
• 기타 입출력 단자:
• 이더넷 단자: LAN 연결 및 인터넷 연결에 사용된다.
• 오디오 단자: 사운드 입출력을 위한 단자이다.

8. 펌웨어

메인보드는 하드웨어 장치를 초기화하고 주변 장치에서 부팅을 하는 펌웨어를 저장하는 ROM(나중에는 EPROM, EEPROM, NOR 플래시 메모리)을 포함한다. "부트스트래핑(bootstrapping)"과 "부트(boot)"라는 용어는 "자기 부상"이라는 구문에서 유래되었다.^[11]

Apple II 및 IBM PC와 같은 마이크로 컴퓨터는 메인보드의 소켓에 장착된 ROM 칩을 사용했다. 전원이 켜지면, 중앙 처리 장치는 프로그램 카운터를 부트 ROM의 주소로 로드하고 부트 ROM에서 명령 실행을 시작한다. 이 명령어들은 시스템 하드웨어를 초기화하고 테스트하고, 화면에 시스템 정보를 표시하고, RAM 검사를 수행한 다음 주변 장치에서 운영 체제를 부팅을 시도한다. 운영 체제를 포함하는 주변 장치가 없으면, 컴퓨터는 다른 ROM 저장소에서 작업을 수행하거나 컴퓨터의 모델과 디자인에 따라 오류 메시지를 표시한다. 예를 들어, Apple II와 초기 IBM PC는 모두 카세트 BASIC (ROM BASIC)을 가지고 있었으며, 플로피 디스크나 하드 디스크에서 운영 체제를 로드할 수 없는 경우 이를 시작했다.

최신 IBM PC 호환기종 메인보드 디자인의 부트 펌웨어는 초기 IBM PC의 부트 ROM처럼 BIOS 또는 UEFI를 포함한다. UEFI는 Microsoft가 윈도우 8을 실행하도록 인증받기 위해 필요해진 후 널리 사용된 BIOS의 후속 제품이다.^[12][13]

컴퓨터의 전원이 켜지면, 부트 펌웨어는 메모리, 회로 및 주변 장치를 테스트하고 구성한다. 이 전원 켜기 자가 진단 (POST)에는 다음 사항 중 일부에 대한 테스트가 포함될 수 있다.

• 비디오 카드
• 확장 카드 (예: PCI 및 PCI Express)
• 과거의 플로피 디스크 드라이브
• 온도, 전압 및 팬 속도 ( 하드웨어 모니터링용)
• CMOS 메모리 ( BIOS 구성 저장)
• 키보드 및 마우스
• 사운드 카드
• 네트워크 어댑터
• 광학 드라이브: CD-ROM 또는 DVD-ROM
• 하드 디스크 드라이브 및 솔리드 스테이트 드라이브
• 지문 인식기와 같은 보안 장치
• USB 대용량 저장 장치와 같은 USB 장치
• BIOS, UEFI, 오픈 펌웨어

9. 메인보드의 문제점

메인보드는 공랭식으로 냉각되며, 일반적으로 더 큰 칩에 방열판을 장착하여 사용한다.^[4] 냉각이 부족하거나 부적절하면 컴퓨터 내부 부품이 손상되거나 시스템 다운이 발생할 수 있다. 1990년대 후반까지는 수동 냉각 또는 전원 공급 장치의 단일 팬으로 충분했지만, 이후 대부분의 CPU는 클럭 속도와 전력 소비량 증가로 인해 CPU 팬을 방열판에 장착해야 했다. 대부분의 메인보드에는 추가 컴퓨터 팬과 온도 센서, 제어 가능한 팬 커넥터가 있어 BIOS 또는 운영 체제가 팬 속도를 조절할 수 있다.^[5] 수랭식 냉각 시스템을 사용하는 경우도 있다.

조용하고 에너지 효율적인 작동을 위해 설계된 일부 소형 폼 팩터 컴퓨터와 홈 시어터 PC는 팬이 없는 설계를 채택하기도 한다. 이를 위해 저전력 CPU를 사용하고, 방열판 배치를 고려하여 메인보드 및 기타 전자 부품을 신중하게 배치한다.

메인보드의 수명은 냉각과 밀접한 관련이 있다. 상단 블로어를 사용하여 메인보드 구성 요소를 95°C 이하로 유지하면 수명을 효과적으로 두 배로 늘릴 수 있다.

9. 1. 불량 콘덴서 문제

참조

_[1] 웹사이트 Golden Oldies: 1993 mainboards http://redhill.net.a[...] 2007-06-27
_[2] 웹사이트 CPU Socket Types Explained: From Socket 5 To BGA [MakeUseOf Explains] http://www.makeuseof[...] 2013-01-25
_[3] 웹사이트 Pinout of the PCI-Express Power Connector http://www.techpower[...] techPowerUp 2005-04-06
_[4] 웹사이트 The CPU and the motherboard http://www.karbosgui[...] Karbos Guide
_[5] 웹사이트 Temperatures https://sites.google[...]
_[6] 간행물 c't Magazine c't Magazine 2003
_[7] 웹사이트 Faults & Failures: Leaking Capacitors Muck up Motherboards http://www.spectrum.[...] IEEE Spectrum 2003-01-31
_[8] 웹사이트 Capacitor lifetime formula http://www.low-esr.c[...] Low-esr.com
_[9] 서적 The healthy PC: preventive care and home remedies for your computer McGraw-Hill Professional 2003
_[10] 웹사이트 -- GIGABYTE, --Geeks Column of the Week - All Solid Capacitor http://www.gigabyte.[...]
_[11] 웹사이트 Bootloading Basics https://learn.adafru[...]
_[12] 웹사이트 Windows Hardware Certification Requirements for Client and Server Systems http://msdn.microsof[...] Microsoft 2013-01
_[13] 웹사이트 Microsoft: All You Need to Know About Windows 8 on ARM https://www.pcmag.co[...]
_[14] 서적 自作PC完全攻略 Windows 8/8.1対応 技術評論社 2014
_[15] 서적 見やすいカタカナ新語辞典 三省堂 2014
_[16] 서적 2009-10年版最新パソコンIT用語事典 技術評論社 2009
_[17] 서적 最新標準パソコン用語事典 2013-2014年版 秀和システム 2013
_[18] 서적 日経パソコン用語事典2012 日経BP社 2011
_[19] 서적 最新標準パソコン用語事典 2013-2014年版
_[20] 웹사이트 ロジックボード https://yougo.ascii.[...] KADOKAWA
_[21] 웹사이트 メモリスロット https://e-words.jp/w[...] インセプト 2017-11-22
_[22] 웹사이트 インテルNUC https://www.intel.co[...] インテル株式会社
_[23] 웹사이트 【懐パーツ】デュアルSocket 370初のDDR266対応マザー「Iwill DVD266-R」 https://pc.watch.imp[...]
_[24] 웹사이트 いにしえのSOYOブランドを冠したRyzenマザーボード https://pc.watch.imp[...]
_[25] 웹사이트 FREEWAY DESIGN復活！ メディアベイ付きの多目的マザーが予約開始 https://ascii.jp/ele[...]
_[26] 뉴스 ASUS、24時間365日の連続稼働OKの高耐久マザーボード https://pc.watch.imp[...] インプレス 2015-06-20
_[27] 웹사이트 Apple sneaks new logic board into whining MacBook Pros https://www.engadget[...] Engadget 2006-07-08