[인터뷰] 대(大)AI 시대, 온도를 다스리는 자가 AI시대의 승리자 된다

[산업일보 김진성 기자] 데이터센터는 사용하는 전력의 40% 정도를 서버 냉각에 사용할 정도로 발열 관리가 중요하다. 업계에 따르면 데이터센터 냉각 시장은 매년 20~30% 성장할 것으로 전망되며, 5년 안에 40조 원 규모로 확대될 것으로 보인다. 글로벌 데이터센터는 국내 대비 약 36배 규모로 성장할 것으로 예상된다.

특히 장비가 고도화되고 AI 서버의 발열량이 높아지면서 기존 공랭식 냉각 방식으로는 서버의 열을 효과적으로 제어하기 어려워졌다. 이에 리퀴드쿨링(Liquid cooling)이 차세대 열관리의 핵심 솔루션으로 주목받고 있다. 시장조사업체인 트렌드포스에 따르면 서버에 적용되는 액체 냉각 시스템 보급률이 올해 약 10%에서 내년 20% 이상으로 증가할 전망이다.

이창호 매니저의 설명에 따르면 세계 리퀴드쿨링 시장 규모는 2023년 4억 달러에서 2031년 21억 달러로 성장해 연평균 성장률이 24.1%에 달할 전망이다. 특히 AI 컴퓨팅의 발전으로 인한 에너지 소비 증가는 리퀴드쿨링 시스템에 대한 수요를 더욱 가속화할 것으로 예상된다.

이 매니저는 “리퀴드쿨링 시장은 크게 D2C(Direct-to Chip)과 액침(Immersion)냉각으로 나뉘데, 급격히 증가하는 GPU전력을 고려하면 향후 2phase 및 액침냉각이 고려될 수 있으나, 당장은 1phase D2C 방식이 다수의 데이터센터에서 검토되고 있는 추세”라며 “슈나이더 일렉트릭 역시 현재로서는 D2C 방식의 솔루션에 중점을 두고 있으며, 이러한 방향성은 글로벌 기업들도 유사하게 선택하고 있다“고 말했다.

데이터센터의 운용에서 쿨링이 중요한 이유에 대해 이 매니저는 “데이터센터는 24시간 안정적인 가동이 필수적이며, 서버, 스토리지 등 IT 장비들이 밀집되어 작동되기 때문에 상당한 열을 발생시킨다”며 “장비 및 시설 내 온도를 유지하는 냉각 솔루션으로 장비가 최적의 상태에서 안정적으로 작동하는 것이 중요하다”고 말했다.

슈나이더 일렉트릭은 이러한 흐름과 관련해 데이터센터의 냉각이 장비 보호, 에너지 효율성, 열 관리, 환경적 지속 가능성 측면에서 매우 중요하다고 판단한다.

특히, 냉동기와 팬월 및 발열이 심한 부분의 경우 집중 냉각하는 인로우 냉각기, 실내 온·습도를 일정하게 유지해주는 항온·항습기 등 다양한 제품이 필요한데, 슈나이더 일렉트릭은 데이터센터(IDC) 내 에너지효율 달성 및 안전한 데이터센터 구축을 위한 △프리쿨링 냉동기(Free cooling chiller) △팬월(Fanwall) △인로우쿨링(InRow Cooling) △항온·항습기 △무정전전원장치(UPS) 등을 제공하고 있다.

슈나이더 일렉트릭, 필요에 따라 D2C‧액침냉각 모두 자유자재로 활용

에너지 분야 솔루션의 주요 기업인 슈나이더 일렉트릭이 리퀴드쿨링 시장에 뛰어든 것은 필연적인 순서라 해도 과언은 아니다.

“데이터센터의 높은 에너지 효율성 요구와 고발열 서버에 대한 냉각 수요 증가에 대응하기 위해, 그리고 탄소 배출 감소를 지원하기 위해 리퀴드쿨링 시장에 참여하게 됐다”고 말한 이 매니저는 “특히, AI 데이터센터는 AI 서버를 병렬로 처리하기 때문에, CPU의 용량이 높고, 그 칩에 대한 발열량 자체가 과거보다 높아졌다. 최근 CPU의 전력 소모량은 400와트인데 반해, GPU의 전력 소모량이 700~1천 와트 이상을 기록하기 때문에 기존 냉각 시스템으로 AI에 사용되는 매우 뜨겁고 전력 소모가 많은 프로세서를 감당하기에 역부족이다. 이러한 이유로 기존 냉각 방식보다 열을 더 효율적으로 전달하는 액체 냉각 방식인 리퀴드 쿨링 시스템에 대한 수요가 높아졌다”고 언급했다.

이 매니저의 설명에 따르면, 발열량이 낮을 경우, 설계와 설치가 간단하고 초기 비용이 낮아 시스템 확장이 쉬운 기존 공랭식 냉각 시스템을 제안하며, 중밀도 데이터센터에서는 기존의 쿨링방식에서 추가적으로 근접냉각방식(InRow cooling) 또는 RDHx(Rear door heat exchanger)방식을 채택하며, 고밀도 데이터센터에서는 더 효과적인 D2C타입과 액침 쿨링 타입의 리퀴드 쿨링 솔루션 적용을 필요로 한다.

아직 국내에서는 전산실에 물(수랭)이 들어가는 것에 대해 예민한 부분이 있기 때문에 기존의 방식이 유리한 면이 있지만, AI 데이터센터와 같은 고밀도 환경에서는 효율성이 떨어지고 더 많은 공간과 전력이 필요할 수 있다.

이 매니저는 D2C냉각 방식과 액침 냉각 방식 각각의 장‧단점에 대해 구체적으로 설명했다.

“D2C의 경우 칩에 집중적으로 냉각을 하는 방식으로, GPU 발열을 효과적으로 관리할 수 있어 액침 쿨링보다 조금 더 고발열 환경에 적합한 것으로 분석된다. 기본 설비를 모두 변경해야 하는 액침 쿨링 방식보다, 기존의 Layout을 일부 유지하면서 쿨링을 적용할 수 있는 D2C의 방식이 더 당장의 현실적인 방안으로 고려되고 있다”고 말한 이 매니저는 “다만, 대부분의 열제거가 가능한 액침 방식에 비해 20%~30%의 공기냉각이 필요하므로 기존의 Fan wall, Inrow 쿨링 냉각방식을 일부 유지해야 하며, 누수에 대한 대책이 필요하다”고 언급했다.

반면, 액침냉각에 대해 이 매니저는 “전체 장비를 액체에 담가야 하므로 전반적인 신규 Layout이 필요한 구조”라고 설명한 뒤 “CDU(Cooling Distribution Unit)가 내장된 All-in one 타입으로 구조가 간단하며, D2C 방식의 20%~30%의 공기 냉각으로 인한 동력소모로 에너지 효율부분에서는 추가 동력이 필요하지 않은 액침 냉각이 더 유리할 것으로 보고 있다"고 말했다.

하지만 이 매니저는 무조건적인 액침냉각의 활용에 대해서는 경계의 뜻을 비추기도 했다.

“액침냉각은 서버의 유지관리를 위한 설비, 고중량으로 인한 하중검토가 필요할 수 있으며, 현재 시장에서는 비전도성 오일을 사용하는 액침냉각을 좀 더 검증하고 있는 단계이기 때문에, 지금 당장은 D2C 적용이 일반적으로 검토되고 있는 상황”이라고 이 매니저는 강조했다.

'냉각기술‘이라는 단어로 통용되고는 있지만, 최근 들어 관심의 대상으로 성장한 데이터센터 외에도 다양한 분야에서 장비의 효율을 높이기 위해 열을 관리하는 기술은 현장의 상황에 맞춰 발전해 왔다.

슈나이더 일렉트릭 코리아(이하 슈나이더 일렉트릭)은 이러한 변화를 선도해 오면서 현장의 특성에 맞는 다양한 쿨링 기술을 현장에 공급해 오고 있다.

데이터센터 별 최적화된 쿨링 솔루션 제시가 슈나이더 일렉트릭의 목표

슈나이더 일렉트릭 시큐어파워 사업부의 이창호 매니저는 “각 데이터센터에 적합한 쿨링 시스템을 찾고, 효율적으로 운영함으로써 에너지를 절감시키는 것이 슈나이더 일렉트릭의 궁극적인 목표”라며, “슈나이더 일렉트릭은 특히, ‘프리쿨링냉동기’ 비즈니스에 집중하고 있다”고 언급했다.

그의 설명에 따르면 일반적으로 리퀴드쿨링 솔루션에는 냉동기가 필요하지 않으며 Cooling Tower 및 Dry-cooler만으로 냉각이 가능하다고 인식하고 있다. 그러나 GPU발열량이 높아짐에 따라 해당 GPU에서 허용가능한 Chip case 온도가 같이 높아질 것이라 예상하지만, 실제 요구되는 최대Chip case 온도는 오히려 낮아지고 있다.

GPU 발열량이 1천 와트 이상 더욱 급격히 높아짐에 따라, 이는 더욱 낮은 냉수온도가 필요 할 것으로 보고 있으며, 이를 위해서는 더욱 온도가 낮은 냉수가 CDU로 공급돼야 하기 때문에 한국의 외기온도를 고려하면 냉동기의 역할이 배제되기 어려운 상황이다. 다만, 냉동기가 기존보다 더 높은 온도에서도 운영될 수 있어야 하기 때문에, 슈나이더 일렉트릭도 기존의 냉동기 라인업에서 더 높은 온도에서도 운용 가능한 냉동기를 개발하고 있는 상황이다.

“슈나이더 일렉트릭에서는 안정적인 냉각을 위해서는 우선 고밀도 장비를 위한 정밀 냉각 유닛을 사용해 습도와 열을 효율적으로 제거하고, 데이터센터의 온도를 최적의 상태로 유지하는 것을 가장 중요하게 생각하고 있다”고 말한 이 매니저는 “장비의 전략적 배치와 따뜻하고 차가운 통로를 구성해 내부 공기를 재활용하는 에어 플로우 관리 시스템을 통해 공기 흐름을 최적화해 장비의 과열을 방지하고 냉방 효율을 높인다”고 설명했다.

운영자는 데이터센터의 전력 및 온도를 실시간으로 모니터링하고 스마트 시스템을 통해 냉각 과정을 자동화해 에너지 효율을 관리한다. 슈나이더 일렉트릭은 에너지 효율을 관리하는 쿨링 옵티마이저(Cooling Optimizer) 솔루션도 제공해 IT 장비의 온도를 측정하는 센서와 모니터링 소프트웨어로 구성돼, 데이터센터의 냉각 전력 사용량 및 탄소 배출량을 절감할 수 있다.

현재 슈나이더 일렉트릭은 프리쿨링 냉동기 외에도 팬 월, 쿨링 옵티마이저, 컨테인먼트 시스템 등의 다양한 쿨링 솔루션으로 고객들의 요구에 대응하고 있다.

데이터센터 외에 쿨링 기술 요구되는 다양한 곳에 슈나이더 일렉트릭의 솔루션 제공

리퀴드쿨링 기술은 데이터센터 외에도 고성능 컴퓨팅(HPC), 사물인터넷(IoT), 전기차(EV) 배터리 냉각, 에너지 저장 시스템(ESS), 그리고 5G 인프라와 같은 다양한 분야에서 활용될 수 있다.

이 매니저는 “고성능 컴퓨팅과 과학 연구 분야는 막대한 연산 능력을 요구하기 때문에 많은 열이 발생하며, 리퀴드쿨링은 이러한 환경에서 고성능을 유지하는 데 효과적인 열관리 방법이 된다. 또한 5G 및 IoT 인프라는 소형 공간에서 높은 처리 성능을 요구해 열 관리가 더욱 중요해지고 있다”며 “데이터센터도 지금은 하이퍼스케일이 대부분이지만, 향후는 산업 전반적인 분야에서 Edge 데이터센터가 더욱더 성장할 것으로 전망하고 있다. 리퀴드쿨링은 이러한 소형 기지국이나 엣지 장비에도 적합한 냉각 방식으로 떠오르고 있다”고 말했다.

이 매니저의 설명에 따르면, 슈나이더 일렉트릭은 산업별 요구에 맞춘 냉각 솔루션을 제공함으로써 에너지 효율성을 극대화하고 장비 수명을 연장해 지속 가능한 운영을 가능하게 하는 데 집중하고 있다. 이러한 유연한 설치 옵션과 맞춤형 접근 방식을 통해 슈나이더 일렉트릭은 다양한 산업의 고객들이 최적화된 환경에서 쿨링 솔루션을 활용할 수 있도록 지원하고 있다.

“슈나이더 일렉트릭은 최근 액체 냉각 및 열 관리 솔루션 전문 기업 모티브에어(Motivair Corporation, 이하 모티브에어)를 경영권 지분 인수를 위한 계약을 체결했으며, 이를 통해, 향후 다이렉트 투 칩(D2C) 액체 냉각(Liquid Cooling) 및 고용량 열 관리 솔루션 포트폴리오를 강화해, 데이터센터 냉각 기술의 혁신을 더욱 촉진할 것”이라고 말한 이 매니저는 “국내 데이터센터는 환경과 규모, 용도 등에 따라 적합한 솔루션이 천차만별이다. 슈나이더 일렉트릭은 각 데이터센터의 종합적인 면을 측정해 에너지 효율을 최적화할 수 있는 솔루션을 제시할 것”이라고 향후 사업 계획을 밝혔다.