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Alternative

리뷰 내 노트북이 절전모드에서 굉음을 내며 혼자 깨어나는 이유 - Sleep State와 Modern Stanby에 대하여

 

안녕하세요, Alternative입니다.

 

윈도우의 절전모드는 여러모로 문제가 많습니다. 노트북을 쓰다가 절전모드로 놓고 가방에 넣었는데, 나중에 꺼내 보니 절전모드가 해제되어 있고 팬이 굉음을 내며 노트북이 뜨거워져 있었던 경험을 해보신 분들이 많을 겁니다. 절전 모드를 잘 유지하더라도 배터리 소모가 심해 하루만 지나도 노트북이 꺼진 경우도 있었을 테고요.

 

로그 엘라이 같은 윈도우 핸드헬드를 쓰시는 분들은 절전모드에 진입할 때까지 시간도 너무 오래 걸리고, 절전모드를 해제하면 플레이하고 있던 게임에서 오류가 발생했던 경험도 있을 겁니다. 절전모드로 진입하다가 화면이 갑자기 다시 켜지면서 해제되는 경우도 자주 있습니다. 

 

반대로, 스팀OS를 사용하는 스팀덱은 슬립 모드의 진입과 해제가 빠르고 안정적이며, 슬립 상태에서 배터리 소모도 윈도우보다 적은 편입니다.

 

이러한 차이는 두 운영체제가 절전모드에서 System Sleep State를 사용하는 방법이 다르기 때문입니다.

 

오늘 글의 내용은 다소 테크니컬하지만, 평소 윈도우의 절전모드에 불만을 느끼셨던 분들이라면 흥미롭게 읽을 수 있는 내용입니다.

 

 

 

 

System Sleep State에 관한 기본적인 설명

 

System Sleep State는 컴퓨터와 운영체제가 일시정지되어 있는 상태로, 겉으로 보기에는 꺼진 것처럼 보이지만 시스템 메모리(램)에 저장된 작업 상태를 보존하고 있어 Sleep State에서 벗어날 시 이전의 작업 상태를 그대로 이어받아 계속할 수 있습니다. Sleep State의 규격은 ACPI(고급 환경설정 및 전원 인터페이스)에 정의되어 있어 하드웨어에서 규격에 맞게 지원하는 것이며, 소프트웨어(운영체제)가 이를 제어하고 활용하는 방식입니다.

 

Sleep State에는 S1부터 S4까지 총 4가지 단계가 있고, 편의상 S0와 S5를 같이 다룹니다.

 

S0는 켜져 있는 상태입니다. 우리가 일반적으로 컴퓨터를 사용할 때를 의미합니다.

 

S1은 가장 얕은 Sleep 단계입니다. 프로세서(CPU)에 전원은 공급되지만 프로세서 클럭과 버스 클럭은 멈춰져 있어 작동이 중단됩니다. 나머지 하드웨어에는 정상적으로 전원이 공급됩니다.

 

S2은 프로세서에 전원 공급이 차단되어 프로세서가 완전히 꺼집니다. CPU와 캐시 메모리의 상태는 손실됩니다.

 

S3는 프로세서뿐만 아니라 Sleep을 유지하는데 필수적이지 않은 메인보드의 다른 칩셋들도 완전히 꺼집니다. 시스템 메모리(RAM에 있는 데이터)만 보존되며, 그 이외의 상태는 전부 손실됩니다.

 

S4는 Hibernation이라 불리는 단계로, CPU와 RAM을 포함해 모든 하드웨어 전원이 차단되며 종료됩니다. 하드웨어적으로는 시스템 종료(S5)와 같지만, 진입 전에 운영체제가 시스템 메모리의 정보를 저장장치(HDD, SSD)에 기록하기 때문에 해제될 때 정보를 다시 가져와 작업 상태를 복원할 수 있다는 차이점이 있습니다. 

 

S5는 완전한 시스템 종료입니다. 시스템 메모리를 포함해 모든 데이터와 상태가 손실되며, 모든 하드웨어 전원이 차단됩니다.

S0에서 S5로 갈수록 깊은 Sleep 상태가 되며 전력 소모가 줄어들지만, 진입과 해제에 걸리는 시간은 길어집니다.

 

출처: Eileen Chu @ Medium

 

 

 

 

 

윈도우의 Connected/Modern Stanby

 

스팀OS는 리눅스 운영체제입니다. 리눅스는 기본적으로 절전모드에 S3를 사용합니다. 사실 대부분의 운영체제가 절전모드에 S3를 사용합니다.

 

윈도우도 윈도우 7까지는 절전모드에 S3를 사용했습니다. 그러나 마이크로소프트는 S3 Sleep으로는 소비자가 최신 기기에서 원하는 빠른 절전모드 해제가 어렵다고 판단했습니다. 그래서 태블릿에 특화된 윈도우 8에서 마이크로소프트는 Connected Stanby라는 기술을 도입했습니다.

 

Connected Stanby는 S0 low power idle (S0ix)라는 특별한 Sleep State를 사용합니다.

S0ix는 기본적으로 S0 상태이지만, 켜져 있는 프로그램과 운영체제는 Low power mode에 돌입합니다. 이 상태에서 프로그램과 운영체제는 완전히 정지되지 않고, 진행하는 작업을 최대한 정지한 채로 필수적인 백그라운드 프로세스만 가동합니다.

이런 백그라운드 프로세스는 S0ix 상태에서 지속적으로 돌아가며, 30초마다 한 번씩 프로세서가 완전하게 작동해 밀려 있는 작업들을 처리하기도 합니다. 또한 필요 시 추가적으로 프로세스를 실행하거나 하드웨어를 사용할 수 있습니다.

하드웨어도 Low power mode에 진입하지만 전원은 지속적으로 공급되며(= 꺼지지 않으며), 특정 하드웨어는 필요 시 Low power mode에서 벗어나 작동할 수 있습니다. 특히 Connected Stanby에서 네트워크와 관련된 하드웨어는 항상 켜져 있습니다. 프로그램이나 하드웨어가 적절하게 요청한다면 사용자의 조작 없이도 절전모드에서 깨어날 수 있다는 점도 특기할 만 합니다.

 

조금 어려운 이야기인데, 예시를 보면 이해가 쉽습니다.

카카오톡이 컴퓨터에서 작동한다고 생각해 봅시다. 컴퓨터가 절전모드에서 S3 State에 있다면 프로세서(CPU)가 꺼지기 때문에 카카오톡의 프로세스가 작동하지 않으며, 네트워크 칩셋도 꺼지기 때문에 인터넷을 통해 새로운 카카오톡 메세지 정보를 받는 것도 불가능합니다.

하지만 Connected Stanby 상태에서는 카카오톡의 백그라운드 프로세스가 지속적으로 작동할 수 있고, 네트워크 칩셋이 켜져 있으므로 인터넷에서 새로운 메세지 정보를 가져오는 것도 가능합니다. 즉, Connected Stanby 상태에서는 절전 모드일지라도 카카오톡 알림을 받는 것이 가능해지고, 보이스톡 등의 상황에서는 절전 모드에서 해제되어 알림을 울릴 수 있습니다. (엄밀히 말하자면 인증된 Microsoft store의 앱만이 Connected Stanby 상태에서 백그라운드 프로세스를 돌릴 수 있습니다. 현재의 카카오톡은 지원하지 않습니다.)

 

마이크로소프트는 궁극적으로 Connected Stanby를 통해 윈도우가 스마트폰처럼 작동하길 원했습니다. 절전 모드 상태에서도 지속적으로 새로운 알림이나 정보를 받아오면서 최신 상태를 유지할 수 있기를 바란 것이죠. 이런 마이크로소프트의 목표는 윈도우 10에서도 지속되며 Modern Stanby라는 기술로 진화했습니다.

 

Modern Standy는 Connected Stanby에서 프로세서가 완전히 작동하는 간격을 30초에서 허용되는 최대한으로 늘려 전력 소모를 더 줄이고, 네트워크 하드웨어를 완전히 끈 Disconnected 상태를 추가적으로 도입해 필요 시 인터넷 연결이 필요한 작업을 전부 멈출 수 있게끔 하였습니다. 또한 여러 제약으로 Connected Stanby를 사용하지 못했던 기기에서도 지원을 확장해 Modern Stanby를 사용할 수 있게 했습니다.

 

마이크로소프트는 Modern Stanby를 통해 여러가지 이득을 얻을 수 있다고 설명합니다. 앞서 말했듯 절전모드 상태에서도 필요한 정보를 실시간으로 받을 수 있고, 진입과 해제 속도도 빠릅니다. S3 Sleep과 달리 하드웨어/BIOS와 상호작용을 하는 과정 없이 윈도우 시스템에서 모든 작업을 하게 되므로 과정이 간단해지고 오류가 날 가능성도 적어집니다.

 

하지만 지금쯤이면 짐작이 가는 바와 같이, 도입부에서 언급한 여러 윈도우 절전모드의 문제점 또한 Modern Stanby에서 비롯됩니다. 기본적으로 절전 상태에서도 CPU를 포함한 여러 하드웨어에 전부 전원이 공급되는 데다가 백그라운드 프로세스까지 작동하기 때문에 전력 소모량이 상당합니다.

또한 Modern Stanby에서 Screen off에서 Sleep으로 이행하기 전에 일부 프로그램에서 작업을 강제로 지속하거나 사용자의 입력(키보드 누름, 전원버튼 누름, 조이스틱 움직임)이 있으면 Sleep State로 들어가지 못하고 Screen off 상태에서 벗어나 다시 켜집니다. 실행중인 프로그램의 관리와 정지를 담당하는 Desktop Activity Moderator(DAM)이 실행중인 프로그램을 제대로 처리하지 못하면 프로그램에 오류가 생기거나 비정상적으로 종료될 수도 있습니다. Modern Stanby의 프로토콜에 맞게 하드웨어, 소프트웨어, 운영체제가 같이 작동해야 Modern Stanby 절전모드로 진입하는데, 일부 하드웨어/소프트웨어가 프로토콜에 맞게 작동하지 않으면 절전모드 진입까지 상당히 오랜 시간이 걸릴 수도 있습니다.

 

특히 윈도우의 경우 구형(레거시) 프로그램들이 상당하고, 최신 소프트웨어도 레거시 프로그램과 유사한 방식으로 구현된 경우가 있기 때문에 Modern Stanby에서 요구하는 데로 작동하지 않는 경우가 많습니다. 그래서 여러 프로그램이 돌아갈 때, 절전모드로 제대로 진입하지 못할 가능성이 큽니다.

 

Modern Stanby의 진입과 해제 과정의 모식도. Screen off 상태에서 Sleep으로 넘어가는 처리가 제대로 이루어지지 않거나, Sleep에서 전력소모가 큰 것이 문제입니다.

 

 

 

 

 

하드웨어적으로 지원하지 않는 S3 Sleep State

 

그러면 원흉인 Modern Stanby를 끄고 S3 Sleep을 사용하면 되지 않냐고요? 맞습니다. 명령어 또는 레지스트리 수정으로 윈도우에서 Modern Stanby를 강제로 끌 수 있습니다.

 

하지만 최신 하드웨어가 S3 Sleep을 지원하지 않는 경우가 대부분입니다. 마이크로소프트가 2019년쯔음부터 Modern Stanby 규격을 정립하고 하드웨어 제조사들에도 해당 규격에 맞게 설계할 것을 강제하면서, 제조사들은 S3 Sleep State 규격에 맞는 하드웨어/펌웨어적 구현을 제대로 해놓지 않기 시작했습니다. 이전에는 메인보드의 UEFI 설정에서 S3 State를 활성화시킬 수 있었지만, 지금은 활성화시킬 수 있는 옵션이 없습니다. 따라서 윈도우에서 Modern Stanby를 끄면 절전모드가 사라지거나, 절전모드로 들어가는 도중 버그가 발생하면서 컴퓨터가 재부팅됩니다.

 

강제로 BIOS 펌웨어를 수정해 숨겨진 S3 State를 활성화시킬 수도 있지만, 이렇게 활성화시키더라도 제조사에서 제대로 구현을 하지 않았기 때문에 프로세서 클럭이 고정되고 일부 장치가 작동하지 않는 등 여러 심각한 버그가 발생합니다.

 

윈도우에서 터미널을 실행시킨 뒤 아래 명령어를 입력하면 컴퓨터에서 어떤 Sleep State를 지원하는지 확인할 수 있습니다.

 

로그 엘라이의 Sleep State 지원. S0ix Disconnected, S4만 지원합니다.

 

2019년 이전에 나온 노트북이나 메인보드라면 대기 모드(S3)가 사용할 수 있는 절전 모드에 있을 수 있습니다. 하지만 대부분 위 스크린샷처럼 '시스템 펌웨어에서 이 대기 모드를 지원하지 않습니다.'라고 나올 겁니다. 이런 경우 S3 Sleep State는 사용이 힘들다고 보면 됩니다.

 

따라서 이런 기기에 리눅스를 설치하더라도 하드웨어가 S3를 지원하지 않기 때문에 절전모드를 실행하면 Modern Stanby와 유사하게 S0에서 절전을 시행합니다. 하지만 Modern Stanby와 달리, 리눅스는 S0 기반 절전모드에서도 백그라운드 프로세스의 구동을 허용하지 않고, 네트워크 칩셋 등의 하드웨어에도 최소한의 전원만을 공급합니다. 따라서 S3 Sleep보다는 못하지만 Modern Stanby보다는 훨씬 빠르고 안정적, 효율적으로 절전모드를 사용할 수 있습니다. 그러므로 리눅스 기반 운영체제를 쓰면 윈도우보다는 훨씬 나은 절전모드 경험을 할 수 있습니다.

 

제가 엘라이에 스팀OS를 설치해 사용하는 주 이유 중 하나도 절전모드를 편하게 사용하기 위해서입니다. 윈도우보다 훨씬 나은 경험을 주기 때문에 굉장히 만족하는 편입니다.

 

 

 

 

 

참고문헌

 

System Sleep State 설명: https://learn.microsoft.com/en-us/windows-hardware/drivers/kernel/system-sleeping-states

 

Modern Stanby에 대한 설명: https://learn.microsoft.com/en-us/windows-hardware/design/device-experiences/modern-standby

 

Modern Stanby의 State: https://learn.microsoft.com/en-us/windows-hardware/design/device-experiences/modern-standby-states

 

Modern Stanby가 S3와 어떻게 다른가: https://learn.microsoft.com/en-us/windows-hardware/design/device-experiences/modern-standby-vs-s3

Alternative
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댓글
18
best 1등 Magyarország
2024.11.11. 18:05

참 원시적인 시스템이죠. 저렇게 뜯어고쳐놓고도 cpu 제조사들이나 oem들에게는 제대로 된 표준안 제공을 안한건지 amd는 여전히 모던스탠바이에서 허우적대는 뭣같은 버그가 있는게... 이거 해결하려고 아수스는 최대 절전모드 도우미라는 설정 넣어놨는데 제대로 작동을 하는건지 긴가민가합니다. 웃긴건 델은 S3 state 지원 끊은지 오래면서도 UEFI에는 S3 state 관련 옵션이 남아있습니다. 

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Alternative
글쓴이
Alternative Magyarország 님께
2024.11.11. 18:10

엘라이 사용중이라 아는데 그거 제대로 작동 안합니다. 그냥 절전모드에서 오래 놔두면 낮지 않은 확률로 전원버튼이 안 먹히는 연옥상태로 밀어넣는 역할을 합니다.

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Oxc.suga
Oxc.suga Alternative 님께
2024.11.11. 18:14

이런 식으로 절전모드에서 먹통되면 그냥 작업 다 날아가니까 좀 많이 심하게 엿같겠습니다.

근데 문제 해결이 어떻게 되나요? 전원 버튼 길게 눌러서 강제 리붓으로 해결이 가능한 문제일까요?

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Alternative
글쓴이
Alternative Oxc.suga 님께
2024.11.11. 18:18

네네 전원버튼이 안 먹힌다는 게 정확히 말하면 전원버튼을 누르면 백라이트만 들어오고 이후 아무런 반응이 없다는 뜻입니다.

강제 재부팅 시 모든 작업 다 날아가긴 하지만 다시 켜집니다.

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Magyarország Alternative 님께
2024.11.11. 19:04

엄피씨는 안그런다길래 진짜 그런줄 알았는데 로갈리도 똑같긴 하네요;

언제 고칠건지... 스트릭스포인트도 똑같던데. 

저는 예전에 4980U 서피스랩탑은 당연히 안그럴줄 알았는데 얘도 똑같아서 정말 어이가 없었습니다. 

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Alternative
글쓴이
Alternative Magyarország 님께
2024.11.11. 19:03

그냥 이쯤되면 AMD랑 윈도우랑 지옥불 속에서 엉켜버려서 누가 개선해도 답도 없어 보입니다...

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Karion
Karion Alternative 님께
2024.11.11. 20:05

와 로갈리도 그러나요ㅋㅋㅋ g14도 절전모드 들어가면 강제 재부팅하기 전까진 영영 못깨어나길래 그냥 절전모드를 아예 안 썼는데...

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포인트봇
포인트봇 Karion 님께
2024.11.11. 20:05
회원님 8포인트 채굴 성공!
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best Magyarország Karion 님께
2024.11.11. 20:20

그냥 AMD 종특입니다... 예전에 P14s 7840U 쓸때 여전히 그러길래 불평했더니 아니라고 바득바득 우기는 사람들 어딜 가나 많았는데 시간 지나고 보니 제 말이 맞더라고요. 

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RuBisCO
RuBisCO Magyarország 님께
2024.11.11. 22:02

근데 이건 플랫폼을 짜고 있는 인텔과 AMD의 책임이 큰데, 유사한 문제가 ARM 하드웨어에선 없단 말이죠.

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Magyarország RuBisCO 님께
2024.11.11. 22:07

인텔도 타이거레이크였나 아이스레이크 즈음부터 P 라인업은 모던스탠바이 문제 없어진지 꽤 됐습니다. 이번에 메테오부터 P랑 H가 통합되면서 H에서도 없어진게 됐고요. 

AMD쪽이 책임감을 가지고 ACPI를 개선해야 되는데 얘네는 그럴 생각이 없어보입니다...

WoA에서 문제가 없는거는 로우레벨까지 간섭하는 레거시 소프트웨어가 없어서 그런게 아닐까? 하는 생각이 듭니다. 맥은 인텔시절에도 '고질적'이라고 표현할 정도의 문제는 없었던걸로 기억하고요. 

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RuBisCO
RuBisCO Magyarország 님께
2024.11.11. 22:27

해당 문제는 인텔은 메테오레이크 세대 들어서야 문제가 해결되었습니다. 12세대부턴 사정이 좀 나아져서 가방 안에서 갑자기 불덩이 되는건 덜해졌지만 그럼에도 U라인 마저도 전력누수가 꽤 심했어요. 과거 RT 시절의 테그라, 퀄컴과 WOA 세대 들어서의 퀄컴은 플랫폼 전반의 전력제어가 엄격한 SoC라서 별 탈이 없는데, AMD는 이상하게 제어가 잘 안되었죠.

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Magyarország RuBisCO 님께
2024.11.11. 22:29

저는 불덩이되는걸 이야기한거라... 어쨌든 전력누수 잡는데는 LPE 도입이 신의 한수였습니다. 

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치즈볼
2등 치즈볼
2024.11.12. 07:57

일부 노트북 기종들은 모던 스탠바이 상태에서 시간이 오래 지나면, s4 절전으로 전환하는 기능을 가진 것도 있더라고요. 당연히 항상 작동하는게 아닌지라 절전상태로 1 ~ 2일 지나면 그대로 방전되어 버립니다.

s3 절전을 사용할 수 없다면 윈도우 옵션에서 s4 절전 (최대 절전 모드) 상태로 SSD를 괴롭히는 방법도 있긴 해요. 켜지는데 시간이 조금 걸리지만 S5 상태보다는 조금 더 빨리 켜집니다.

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Alternative
글쓴이
Alternative 치즈볼 님께
2024.11.12. 08:38

해당 옵션은 제조사, CPU 종류에 따라 제대로 작동하지 않는 경우가 부지기수더라고요. 윈도우의 절전모드 관련은 '예측이 불가능하다'가 제일 큰 문제입니다.

S4는 원리상 S5와 같으나 상태를 저장하고 불러오는 과정이 있기 때문에 S5보다 부팅이 느릴 수밖에 없습니다. 부팅 후 사용자 환경을 로그온하는 과정에서 이전에 만들어 두었던 캐시를 이용하기 때문에 빨리 로그온되긴 합니다만, 해당 캐시를 불러오는 과정이 부팅 시간을 늘리기 때문에 도긴개긴입니다ㅠ

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치즈볼
치즈볼 Alternative 님께
2024.11.12. 09:59

어 그래요?? 뭔가 빨리 켜져서 늘 s4 절전을 사용했는데요 해골물이었던건가요...

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S.R
3등 S.R
2024.11.15. 14:31

그래서 암드 안 쓰죠. 인텔 12세대도 가끔 컴퓨터가 켜져서 자다가 불빛 맞습니다. 모니터를 물리적으로 꺼줍니다.

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Alternative
글쓴이
Alternative S.R 님께
2024.11.15. 14:50

윈도우가 시장 점유율치고 하드웨어를 수상할 정도로 못 사용합니다ㅠ

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