한국이콜랩(대표 류양권)과 칸kharn은 12월12일 코트야드메리어트 마곡 보타닉파크에서 ‘AI 인프라 대전환: 리퀴드쿨링이 바꾸는 데이터센터의 미래’를 주제로 기술세미나를 개최했다

 

한국이콜랩이 주최하고 칸kharn이 주관한 이번 행사에는 사전초청을 통해 AI 데이터센터(DC) 운영·설비·엔지니어링 담당자와 투자기업 관계자 약 130여명이 참석했다.

 

세미나의 오전 키노트에서는 △DC 산업현황, 도전과제 및 냉각시스템 개발동향(송준화 한국데이터센터효율협회(KDCEA) 국장) △왜 수랭식인가, 공기의 시대를 넘어 또다른 열매체가 DC 신뢰성을 결정한다(조진균 한밭대학교 교수) △리퀴드쿨링 & CDU TCS루프, AI DC 설계의 새로운 기준(연창근 하이멕 대표) 등의 순서로 발표가 이어졌다.

 

급격한 DC 산업생태계 환경변화

송준화 KDCEA 국장은 ‘DC 산업현황, 도전과제 및 냉각시스템 개발동향’을 주제로 국내 DC산업 생태계 현황과 DC 환경변화에 영향을 미칠 5가지 도전과제에 대해 발표했다.

 

KDCEA는 기후에너지환경부에 소속돼 운영되고있는 국내 대표 DC협회다. 이콜랩을 비롯해 △DC 운영사 △투자사 △시행사 △설계사 △시공사 △솔루션업체 등 약 105개 기업이 회원으로 활동하고 있다.

 

DC는 현재 리퀴드쿨링이 적용되고 있는 주요 시장이며 AI시대를 맞이할 현대사회에 반드시 필요한 기반시설이다. 하지만 국내에서는 DC 지역수용성이 상대적으로 낮은 상황이다.

 

송 국장은 “DC는 앞으로도 계속 늘어나야할 시설인데 지역주민들이 DC 건립소식을 입수하면 머리에 띠를 두르고 결사반대한다”라며 “DC에서 전자파가 많이 나올거고 건강에 악영향을 미칠것이라는 우려에 기인한다”고 말했다.

 

이어 “DC에서 방출되는 전자파를 측정해보면 법적 허용기준치를 절대 초과하지 않는다”라며 “데이터센터에 대한 부정적인 오해가 해소되기를 바란다”고 덧붙였다.

 

일반적으로 사용되는 스마트폰·클라우드·OTT 등 대부분의 온라인서비스에 필요한 데이터들은 모두 DC를 통해 공급된다. DC는 각종 데이터를 저장·처리·유통하기 위한 핵심설비로 현대사회에 있어 사회기반시설의 역할을 한다.

 

국내에서는 대부분의 DC가 수도권에 밀집돼 있다. 코로케이션 DC의 경우 수도권에 고객들이 몰려있어 접근성이 높으며 전력·수도인프라와 전문인력 확보에도 용이하기 때문이다.

 

코로나 이후 급격하게 늘어난 데이터요구량과 AI·클라우드의 수요증가로 인해 현재 DC산업 규모는 갈수록 폭발적으로 증가하고 있다. 2030년에 예상되는 국내 IT Load는 2.84GW로 현재 약 1.3GW의 두배 이상 성장할 전망이다.

 

DC산업에 닥친 환경변화에 대해서는 5가지 영역이 있다. 첫 번째는 사회적 인식 개선이다. 많은 오해로 인해 낮은 지역수용성을 가진 시설이지만 DC에서는 전자파를 포함한 유해물질을 동일규모 시설대비 거의 방출하지 않는다. 소음과 발열문제 역시 기술적으로 해결 가능한 영역이다.

 

두 번째는 기술적인 문제다. DC시장의 핵심산업이 클라우드에서 AI로 이동하며 가장 크게 나타난 변화는 급격한 전력밀도 증가다. 전력밀도 증가에 동반되는 발열량을 잡기 위해 리퀴드쿨링에 초점을 맞출 필요가 있다.

 

다음은 환경적인 영역이다. ESG에 직접적으로 연결된 부분으로 앞으로는 DC PUE에 더불어 물사용량까지 철저하게 관리해야 할 필요가 있다. 과거에는 RE100 DC 얘기가 많이 대두됐는데 AI DC시대로 넘어가며 미래엔 SMR을 활용한 전력공급이 대두될 것으로 전망되고 있다.

 

네 번째는 경제적 부분이다. DC CAPEX·OPEX가 계속해서 증가하며 DC 사업자들의 부담이 점점 커지고 있다. 또한 DC를 부동산 투자관점에서 개발하는 입장에서는 PF난이도가 증가해 어려움을 겪고 있다.

 

마지막으로 정치·법제도적 도전과제가 있다. △DC 지역분산정책 △디지털서비스 안정성 강화정책 △전력계통영향평가 △ZEB 인증 민간확산 등 다양한 정책이 DC산업에 우려로 다가오고 있다.

 

송 국장은 “‘AI 3대 국가’ 라는 목표 하에 국가적으로 AI산업을 위해 국가 인공지능전략위원회를 출범한다거나 GPU확보사업을 추진하는 등 많은 정부지원이 뒤따르고 있다”라며 “기반시설인 DC산업 역시 AI산업 발전과 함께 견고하게 성장할 것으로 예상된다”고 밝혔다.

 

CDU 효율확보 위한 DC 냉각설계기준 확립

조진균 한밭대학교 교수는 ‘공기의 시대를 넘어 또다른 열매체가 DC 신뢰성을 결정한다’를 주제로 DC 냉각시스템 현황에 대해 문제를 제기하며 냉각설계기준에 대해 발표했다.

 

조 교수는 DC 설계·시공·연구 등에 총 21년 경력을 가지고 있는 산업전문가로 국내 유일한 ASHRAE TC 9.9 DC 기술위원회 위원이다. DC R&D 관련 연구과제 14건에 참여했으며 DC 설계·시공 사례 8건, 장관상 이상 수상이력 5건 등 DC산업을 선도하고 있다.

 

조 교수는 “AI로 인해 DC가 급증하는 것처럼 보이지만 과거의 전통적인 산업들이 디지털화되면서 데이터의 필요량이 늘어난 것이며 AI는 기폭제 역할일 뿐”이라며 “AI를 위한 고밀도 DC뿐만 아니라 디지털전환을 위해 필요한 레거시규모의 DC 역시 지속적으로 증가할 예정”이라고 말했다.

 

이어 “1~2년 뒤를 예측할 수 있는 사람을 전문가라고 부르고 30~40년 뒤를 예측하는 사람을 사기꾼이라고 부르곤 한다”라며 “AI라는 독보적인 기술이 시장을 급진적으로 변화시키고 있어 당장 1~2년 뒤도 예측하기 어려운 기술격변의 시대에 돌입했다”고 덧붙였다.

 

2023년 서울시에서 발표한 에너지다소비건물 329개소 중 20개 건물을 DC가 차지하고 있다. 심지어 상위 10개소 중 DC가 4개를 차지하고 있으며 단위면적당 사용량을 고려하면 타 시설들에 비해 압도적인 전력량 소비를 보인다.

 

DC를 운영하면서 가장 중요한 환경적 요인은 온도다. DC가 소비하는 막대한 전력은 물리법칙으로 인해 열에너지로 고스란히 남는다. 이를 제거하기 위해 냉각시설이 반드시 필요하다.

 

리퀴드쿨링이 대두된건 이번이 처음이 아니다. 과거 슈퍼컴퓨터기술이 디지털시장을 선도하던 시절에도 액침냉각과 리퀴드쿨링이 사용됐지만 히트싱크 설계기술 발달로 에어쿨링으로 커버할 수 있는 온도가 높아져 사고위험이 적고 비용이 저렴한 에어쿨링으로 돌아왔다.

 

하지만 기술발전으로 인해 고밀도화된 DC의 온도가 확대된 에어쿨링의 영역을 넘어서고 있다. 에너지효율적인 측면에서 리퀴드쿨링 전환이 시급한 상황이다. 폭발적인 발열량 증가로 인해 갑작스럽게 변화하는 리퀴드쿨링 냉각에 대한 설계기준은 그간 명확하지 않았다. 2013년 ASHRAE에서 IT장비를 냉각하기 위해 공급되는 냉수의 인입온도를 결정했지만 리퀴드쿨링 TCS(Technology Cooling System)에 대한 냉각유체 온도기준이 존재하지 않았다.

 

조 교수는 “이후 TCS에 포커싱을 맞춘 기준들이 등장하기 시작했으며 2024년에는 DTC기준으로 TCS에 적용되는 온도기준이 결정됐다”라며 “올해 드디어 CDU(Cooling Distibution Unit)의 에너지효율성 확보를 위한 핵심설계인 어프로치 온도차가 러프하게 결정돼 시스템을 구성할 초안이 마련됐다”고 밝혔다.

 

DC 에너지소비에 있어 가장 큰 비중을 차지하는 냉각시스템의 효율을 개선하기 위해서는 리퀴드쿨링 전환이 필수적이다. 현재는 엔비디아(NVIDIA)의 발표로 인해 DTC(Direct-to-Chip)방식이 주목받고 있으며 차후 액침냉각과 병행해 사용될 것으로 예상되고 있다.

 

DC 냉각, 환경에 따른 유동적 대응 필요

연창근 하이멕 대표는 리퀴드쿨링 & CDU TCS루프, AI DC 설계의 새로운 기준을 주제로 DC 리퀴드쿨링 설계방향성과 시장 전망에 대해 발표했다.

 

연 대표는 “DC는 현재 데이터를 통해 전 세계에 퍼져있는 정보와 지식을 교류시키는 핵심 기반시설 역할을 하고 있다”라며 “과거 지식과 정보를 확산시키는 데 가장 큰 역할을 했던 인쇄술혁명처럼 DC를 제 2차 인쇄술혁명이라고 불러도 무방하다”고 말했다.

 

이어 “단순한 정보저장에 이어 연산·교육 등 계속해서 새로운 기술로 확장되고 있지만 결국 어떤 기술이 등장하든 냉각기술만큼은 항상 중요하다”라며 “새로운 패러다임이 등장하고 시장이 급성장할 때 결국 냉각기술을 선도해야 성공할 수 있다”고 덧붙였다.

 

DC의 냉각시설은 소규모의 피해만 발생하더라도 서버 전체에 영향을 끼친다. DC 운영사는 PUE 효율과 별개로 최대한 안정적인 냉각시설을 원한다.

 

결국 발열량 확보를 위해 에어쿨링에서 리퀴드쿨링으로 시장이 넘어가게 되기 때문에, TCS 루프를 통한 고성능 액체냉각시스템 설비의 중요성이 부각될 예정이다.

 

리퀴드쿨링 내에서도 칠러를 수랭식 혹은 공랭식 중 어느 쪽으로 선택하냐에 따라 방향성이 달라진다. 공랭식 칠러의 경우 저온으로만 공급이 가능해 고온냉수와 저온냉수를 복합적으로 사용하기엔 어려움이 있다.

 

ASHRAE의 리퀴드쿨링 가이드라인에 따르면 리퀴드쿨링 설비시설의 안정성등급에서 3단계를 달성하기 위해 TCS 루프가 반드시 필요하다.

 

TCS 루프의 구성과 관련해 천장으로 배관을 연결하는 방식과 플로어하단에 연결하는 두가지 방식이 있다. 누수측면에서는 천장 설치가, 유지관리 측면에서는 하단 설치가 유리하다. 이는 고객 선호도에 따라 조절할 수 있다.

 

현재 에어쿨링시대가 완전히 끝났다고 보긴 어렵다. 은행권 등 소규모 레거시 DC를 요구하는 고객들이 꾸준히 남아있는 한 에어쿨링에 대한 수요 역시 계속해서 남아있을 전망이다. 또한 하이브리드 시스템을 요구하는 고객들도 존재한다.

 

하지만 현재로서는 DTC(Direct to Chip)방식 리퀴드쿨링에 대한 수요가 계속해서 증가하고 으며 이후 고밀도로 넘어간다면 결국 액침냉각이 반드시 필요해 질 것으로 예상된다.

 

연 대표는 “DC 냉각시스템 설계에 관해서는 끝이 없다고 생각한다”라며 “냉각시스템에 정답은 없으며 고객이 원하는 규모와 설계에 따라 항상 유동적으로 대응할 수 있는 능력이 중요할 것”이라고 밝혔다.