AI·클라우드산업 필수 인프라인 하이퍼스케일 데이터센터(DC) 에너지효율 확보를 위한 냉각솔루션 개발이 본격화됐다.

AI산업의 급격한 발전으로 AI 머신러닝과 통신망 확보를 위한 DC 수요가 급증하는 가운데 고전력소비시설인 DC 에너지효율 개선방안 역시 화두로 떠올랐다.

특히 초고밀도 DC에 적용 가능한 에너지저감형 통합솔루션과 이를 포함한 독립 설비인프라 모듈 개발 필요성이 높아지고 있다.

이에 따라 한국에너지기술평가원은 지난 2022년 ‘고집적 데이터센터 에너지효율 향상솔루션 개발 및 실증’ 과제를 공고했다.

과제 총괄주관기관 이온과 △삼화에이스 △어니언소프트웨어 △한양대학교 △한국전자기술연구원(KETI) △한국데이터센터에너지효율협회(KDCEA) 등으로 구성된 컨소시엄이 과제를 수행했다. 수요기관은 SK텔레콤으로 이후 IDC를 직접 운영할 계획이다.

각 컨소시엄 구성원들은 초고밀도 DC의 에너지효율 확보를 위해 △통합 컨테인먼트 시설 △열원·냉각솔루션 △DCIM(에너지통합관리시스템) △표준가이드·실증 등의 개발에 착수했다.

PUE 1.2 미만 150kW급 모듈 목표
과제목표는 랙당 15kW 이상의 초고밀도 DC에서 1.2 미만의 pPUE를 달성하는 것이다. △공간단위기술 △열기반기술 △랙기반기술 △환경제어 자동화기술 △다중열원활용 기술 등을 차례로 진행해 최종목표에 도달할 예정이다.

개발 대상은 150kW급 초고밀도 IT 독립운영모듈로 △하이브리드 UPS △RDHx Cooling Unit △냉각분배시스템(CDU) △150kW 컨테인먼트 시스템 △전력케이블 △독립형 분전반 △초고밀도 랙 △하이브리드 냉방시스템 등이다.

하이브리드 UPS(Uninterruptible Power Supply)는 UPS 기능과 ESS(Energy Storage System)의 기능을 동시에 하는 UPS로 평상시에는 ESS로 동작하고, 정전시에만 UPS로 동작하여 상시 효율이 높고 공조기에 최적화된 장비이다.

RDHx Cooling Unit은 서버에서 배출한 공기를 냉각장치로 흡입해 온도회복 이후 다시 실내로 전달하는 장치로 서버 랙과 결합된 RDHx 액티브 유닛 팬이 포함됐다. 연구진들은 열전달·열교환효율 증대기술을 통해 △랙당 15kW Ultra-High Density △Free Cooling Economizer 운전제어기술 등을 구현했다.

CDU는 네트워크를 통해 다양한 구성요소에 냉각수를 분배해 온도를 제어하는 장치다. 고성능·저소음펌프와 인버터 구동을 통한 유량제어기술이 포함돼있다. 또한 수액기를 통해 냉매안정시스템을 확보했으며 냉매상태를 파악해 최적의 운전제어기술을 제공할 수 있다.

이온은 전력 솔루션과 통합 컨테인먼트 시설을 담당해 △하이브리드 UPS △컨테인먼트 환경모니터링시스템 △전력통합패키지 △서버 랙 △리어쿨링도어 등을 개발했다.

삼화에이스와 한양대학교는 열원·냉각솔루션을 담당했다. △RDHx △CDU △다중열원 하이브리드시스템 △열교환기술 △제습증발 냉각기술 등을 맡아 개발했다.

어니언소프트웨어와 KETI는 DCIM을 통해 △온도분석 알고리즘 △제어시스템 △재생에너지관리 △온도·전력예측모델 등을 개발했다.

KDCEA에서는 에너지효율 진단 평가체계와 안전점검 매뉴얼을 담당했으며 실증사이트 pPUE 검증을 진행했다.

연구진은 지난 9월25일 동일 부하 운전 환경에서 △고정운전 전력량 △최적제어 운전시 전력량 등을 측정해 전력저감율을 도출하는 전력저감 테스트를 진행했다.

그 결과 평상시 고정운전 대비 최적제어 운전 시 12% 이상의 절감율을 달성했다.

또한 KDCEA pPUE 검증 평가 결과 CDU 및 전력 상승폭이 제한적이며 전체 냉각효율이 안정적으로 유지됐다.

실측기반으로 산출된 pPUE는 1.02~1.05 수준으로 노점 평균 ΔT가 약 13~22℃로 안정적인 운행을 확인했다.

이온의 한 관계자는 “이번 검증 평가는 ΔT 고정값보다 유량 기반 탄력적 제어 전략이 효율성 측면에서 적절하다는 것을 시사한다”라며 “인버터 펌프 및 CDU·Chiller 제어 시 발생 가능한 역률 저하에 대한 대책 구상이 필요하다”고 밝혔다.