폰이 뜨거우면 왜 느려질까? - 스마트폰 발열과 쓰로틀링 이야기

여름만 되면 스마트폰이 뜨거워지며 느려지는 이유는 '쓰로틀링'이라는 자기보호 기능 때문이라고 한다. 무선충전이 발열에 더 불리한 이유, 뜨거운 채로 충전하다 배터리가 부푼 경험, 그리고 발열이 그나마 덜한 무선충전기 고르는 법까지 정리해 보았다.

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느려지는 건 고장이 아니라, 폰이 '참는 중'이라는 신호였다

 

 

여름 낮에 차를 몰 때에 대한 이야기부터 해야겠다.

 

폰을 안드로이드 오토로 차에 연결하고, 무선충전 거치대에 올려둔 채 내비를 켠다. 그렇게 한참 달리다 보면 어느 순간 폰이 달궈지기 시작한다. 사실 지도가 한 박자씩 늦게 움직이고, 이내 연결까지 끊어지면, 그제서야 뭔가 이상하다는 것을 알아챈다. 마침 신호 대기를 기회로 폰을 켜 보면 터치도 잘 안 먹는다. 무엇보다도, 손 끝에 느껴지는 폰 화면의 표면 온도가 심상치 않다. 그리고 그렇게 뜨거운 폰 화면에 '성능을 위해 화면을 꺼두는 게 좋다'는 식의 안내가 슬며시 뜬다. 특히 한여름 낮이면 더 심하다.

 

처음엔 이렇게 생각했다. '내가 앱을 너무 많이 켜놨나?'. 운전 할 때를 생각해보면 내비와 함께 음악도 플레이 중이고.. 그런데 그건, 내비를 제외하곤 뭐 사실 운전중에 폰을 딱히 조작하는건 아니니까. 앱을 많이 켜 놨다고 하기엔 너무 억울하다. 그러면, 그다음엔? '이 폰도 이제 갈 때가 됐나 보다..?'. 하지만, 지금 쓰는 폰은 이제 막 1년 되어가는 폰이다.

 

결론부터 말하면 둘 다 틀렸다. 앱을 아무리 정리해도, 폰이 아무리 최신이어도, 뜨거워지면 느려진다. 느려지는 게 오히려 정상이다. 폰이 일부러 느려지고 있는 거니까.

 

실제 앱 화면과 무관한, 이해를 돕기 위해 연출한 화면이다. 저런 안내가 뜨는 데는 다 이유가 있었다.

 

뜨거우면 왜 느려질까? '쓰로틀링'이라는 자기보호

폰 안의 칩(AP)은 빠르게? 많이? 돌수록, 즉 연산을 많이 처리할수록 열을 많이 낸다. 그런데 열이 일정 선을 넘으면 반도체는 오작동하거나 손상될 위험이 커진다. 그래서 요즘 스마트폰은 온도가 올라가면 스스로 성능을 낮춘다. 이걸 '쓰로틀링(thermal throttling)'이라고 부른다. 자동차로 치면 엔진이 과열될 것 같으니까 알아서 출력을 줄이는 셈이다.

 

구체적으로는 이렇게 동작한다고 한다. 칩 온도가 어떤 임계점을 넘으면 CPU와 GPU의 동작 속도(클럭)를 뚝 떨어뜨린다. 예를 들어 최고 성능으로 돌던 게임이 몇 분 지나면 갑자기 프레임이 떨어지는 것도 이 때문이다. 화면 밝기를 낮추거나, 120Hz 주사율을 60Hz로 떨어뜨려서 열과 전력을 줄이기도 한다. '성능을 위해 화면을 꺼두라'던 그 안내가 바로 이 맥락이었던 거다. (정확한 임계 온도는 기종과 제조사마다 다르다. 다만 사람이 손으로 만졌을 때 뜨겁다고 느끼는 45도 언저리부터는 이미 폰 입장에서도 부담스러운 구간이라고 보면 된다.)

 

뜨거워지면 폰이 알아서 속도를 낮춘다

 

그러니까 '앱을 많이 켜서 느려진 것'과 '뜨거워서 느려진 것'은 원인이 다르다. 앞엣것은 메모리 문제고, 뒤엣것은 온도 문제다. 여름에 유독 심한 이유도 여기 있다. 바깥 기온이 높으면 폰이 열을 버릴 곳이 없다. 한겨울엔 아무리 굴려도 폰이 그렇게까지 달궈지지 않는데, 여름 차 안은 그 자체로 찜통이니 (지난번 뜨거운 차 빨리 식히는 법에 대한 글에서 여름 차 실내가 얼마나 뜨거워지는지 다뤘었다) 폰이 식을 틈이 없다.

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그런데 왜 하필 '충전하면서' 쓸 때 더 뜨거울까

여기서 내 경우에는, 그냥 폰만 쓴 게 아니라 무선충전 거치대에 올려두고 '충전하면서' 내비를 돌렸다. 충전은 그 자체로 열을 낸다. 거기에 무선충전은 유선충전보다 열이 더 난다.

 

이유를 파고들어 보면 이것은 충전 효율과 관계가 있다. 유선충전은 대체로 전력의 85에서 95퍼센트가 배터리로 들어간다고 한다. 반면 무선충전은 60에서 80퍼센트 정도로 효율이 떨어진다. 코일과 코일 사이, 허공으로 전력을 넘기는 방식이라 손실이 크고, 케이스라도 끼워 코일 간격이 벌어지거나 정렬이 조금 어긋나게 되면 여기서 효율이 더 떨어진다. 문제는 그 사라진 전력이 그냥 증발하는 게 아니라 그냥 '열'로 바뀐다는 거다. 그것도 배터리 바로 옆에서.

 

사라진 전력은 열이 되어 배터리 옆에 쌓이며 폰을 달군다.

 

정리하면 이렇다. 여름 차 안이라 이미 덥고(외부 열), 내비를 돌리느라 칩이 일하고(사용 발열), 거기에 무선충전 손실열까지 배터리를 데운다. 삼중고다. 폰 입장에선 쓰로틀링을 안 걸 수가 없었던 거다.

 

진짜 대가는 성능이 아니라 배터리였다

느려지는 건 사실 참을 만하다. 화면 끄고, 내비 음성만 듣고 가면 되니까. 애초에 운전하면서 폰을 조작하지는 않는다. 문제는 사실 그 다음이었다.

 

나는 이 경고를 한동안 그냥 무시하고 썼다. 여름 내내 송풍구도 아닌 자리에 폰을 거치해두고, 뜨거운 채로 충전하며 내비를 돌렸다. 그렇게 오래 반복했더니 어느 날 폰 뒷면 커버가 살짝 들려 있었다. 케이스가 아니다. 폰의 뒷면이 뜯겨져 들려 있었다. 즉, 배터리가 부풀어 오른 거다. 커버를 밀어 올릴 정도로. 결국 그 폰을 떠나보내고 지금 폰으로 바꾸게 됐다. 덕분에(?) 새 폰을 산 셈이니 좋게 봐야 하나 싶다가도, 멀쩡한 폰을 내가 익혀 죽인 것 같아 영 개운치가 않다.

 

실제와 무관한, 이해를 돕기 위해 생성한 이미지다. 커버가 이만큼 들렸을 때 괜히 눌러보거나 하지는 말자.

 

배터리가 왜 부풀까. 리튬이온 배터리 안에는 유기용매로 된 전해질이 들어 있는데, 온도가 너무 높아지면(대략 60도 이상이 위험 구간으로 언급된다) 이 전해질이 분해되면서 가스가 생긴다. 이산화탄소, 일산화탄소, 수소, 메탄 같은 기체다. 밀봉된 파우치형 배터리 안에 이 가스가 쌓이면 압력이 올라가고, 결국 배터리가 빵빵하게 부풀어 오른다. 열만 문제가 아니라 과충전도 같은 결과를 부른다. 그러니까 '뜨거운 상태로 + 충전하면서 + 오래' 이 세 박자가 겹치면 배터리한테는 최악의 조합인 셈이다.

 

그리고 부푼 배터리는 그냥 성능 저하 수준의 문제가 아니다. 눌리거나 찔리면 발화, 폭발로 이어질 수 있다. 혹시 지금 쓰는 폰 뒷면이 들떠 있거나, 화면이 미세하게 솟아 있다면 억지로 누르거나 직접 뜯지 말고 서비스센터에서 교체하는 게 맞다.

 

그래서, 여름에 폰을 어떻게 지킬까

내가 여름마다 쓰는 임시방편부터 말하면, 에어컨 송풍구다. 요즘 같은 한여름엔 송풍구 하나를 거의 폰 전용 냉방 자리로 내준다. 찬바람이 폰 뒷면을 계속 쳐주니 확실히 덜 뜨겁고, 쓰로틀링도 덜 걸린다. 겨울엔 반대로 그 자리에서 히터가 나오니까 다른 데로 옮기는데, 어차피 겨울엔 폰이 그렇게 달궈지지도 않는다. 결국 여름 한정 생존기술인 셈이다.

 

열은 못 피해도, 습관은 바꿀 수 있다. 차에서는 송풍구 한 자리 내주는 것부터

 

정리하면 이렇다.

 

폰 자체 발열을 줄이려면, 뜨거울 땐 무선충전을 잠깐 끊고 유선으로 바꾸는 게 열도 적고 효율도 좋다. 두꺼운 케이스는 방열을 막으니 발열이 심할 땐 잠깐 벗기는 것도 방법이다. 직사광선 드는 대시보드 위나 히터 송풍구 앞은 피하고, 여름이라면 에어컨 바람이 닿는 자리에 거치한다. 고사양 게임이나 4K 영상 촬영처럼 칩을 몰아붙이는 작업은 충전과 동시에 하지 않는 게 좋다.

 

그럼 이제, '그럼 발열 덜한 무선충전기는 어떻게 고르냐'가 진짜 궁금해진다. 완벽한 정답은 아니지만, 그리고 아직 어떤게 정말 효과가 있는지 확인해보진 못했지만, 찾아보며 정리한 기준은 우선 이렇다.

 

첫째, 능동 냉각(팬 내장? 혹은 펠티어 소자?) 제품. 안에 작은 팬이나 냉각 소자를 넣어 열을 낮추는 방식이다. 제조사들은 표면 온도를 몇 도 낮춰준다고 주장하는데, 원리상 팬 없는 제품보다 열 관리가 유리한 건 맞지 않나 싶다.

 

둘째, 자석 정렬 방식(Qi2, 맥세이프 계열). 코일이 자석으로 정확히 맞물려서 정렬 어긋남에서 오는 손실열을 줄인다.

 

셋째, 무작정 높은 와트가 좋은 게 아니다. 15W 고속 무선충전은 빠른 대신 열도 많다. 급하지 않다면 7.5W 정도로 천천히 충전하는 게 배터리엔 오히려 안전하지 않을까 싶다. (..하지만 충전은 항상 급한걸?ㅋ)

 

넷째, 차량용이라면 아예 송풍구에 다는 무선충전 거치대도 나와 있다. 내가 쓰고 있는 것이기도 하고. 적어도 여름철, 에어컨을 켜 놓은 상태에서라면 확실히 효과는 있다.

 

어쨌든, 폰의 발열 자체는 못 피한다. 반도체가 일하면 열이 나고, 충전.. 특히 무선 충전을 하면 또 열이 나며, 여름은 덥다. 다만 폰이 스스로 느려지는 걸 '고장'으로 오해하지 않고, 뜨거운 채로 충전하며 오래 굴리는 습관만 줄여도 배터리 수명은 꽤 달라질 거라고 생각한다. 적어도 뒷커버가 들려 올라올 정도로 배터리가 부풀어 오르는 일은 아마 없을 테고.

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글 닫기 전에..

폰이 뜨거우면 느려지는 게 고장인가?

고장이 아니라 안전장치다. 온도가 임계점을 넘으면 폰이 스스로 성능을 낮춰서 칩과 배터리를 보호하는 '쓰로틀링'이 걸린 거다. 식으면 원래 속도로 돌아온다. 오히려 안 느려지고 계속 뜨거워지기만 하는 폰이 더 걱정할 상황이다.

 

무선충전이 유선충전보다 배터리에 안 좋나?

열만 놓고 보면 그렇다. 무선충전은 효율이 낮아 손실 전력이 열로 바뀌고, 그 열이 배터리 바로 옆에서 난다. 열은 배터리 수명을 갉아먹는 가장 큰 요인이라, 특히 뜨거운 여름에 충전하면서 오래 쓰면 불리하다. 다만 잘 관리하면 무선충전이 곧바로 배터리를 망가뜨린다는 뜻은 아니다. 편의를 위해 쓰되, 뜨거울 땐 잠깐 끊어주자.

 

배터리가 부풀면 어떻게 해야 하나?

직접 만지지 말고 센터에 가서 교체하는 게 답이다. 뒷커버가 들리거나 화면이 솟았다면 이미 배터리 안에 가스가 찬 상태다. 억지로 누르거나 분해하면 발화 위험이 있으니, 사용을 줄이고 서비스센터에서 교체받는 게 안전하다.

 

충전하면서 게임하거나 내비 쓰면 안 되나?

안 된다기보단 열이 겹쳐서 문제다. 충전 발열과 사용 발열이 합쳐지면 온도가 훨씬 빨리 오른다. 굳이 해야 한다면 시원한 곳에서, 케이스 벗기고, 무선보다 유선으로. 여름 차 안이라면 에어컨 바람 닿는 자리에 두는 게 그나마 낫다.

 

발열 덜한 무선충전기, 뭘 보고 골라야 하나?

팬 같은 능동 냉각이 들었는지, 자석 정렬(Qi2, 맥세이프)인지, 그리고 굳이 15W 고속이 필요한지를 본다. 빠른 충전일수록 열도 많으니, 밤새 충전처럼 급하지 않은 상황이면 낮은 와트가 배터리엔 더 안전할 것 같다.