산업교육연구소(KIEI)는 8월25일 ‘AI 데이터센터 인프라 구축·운영 핵심이슈와 최적화 전략세미나’를 개최했다고 밝혔다.

 

이번 행사는 AI작업 확산으로 데이터센터(DC)가 핵심인프라로 자리하면서 최근 급증하는 AI DC산업 동향 파악을 위해 마련됐다. 세미나는 시장구조의 변화와 새로운 사업기회를 소개하기 위한 발표로 구성됐다.

 

이번 행사는 △DC 열관리 핵심 액침냉각 기술개발 동향과 주요 이슈 및 실증사례(최동훈 GRC 코리아 이사) △탄소저감형 수중DC 실증모델 개발(최영진 한국해양과학기술원(KIOST) 선임연구원) △DC 화재안전 기술기준과 예방 및 진단사례(권도현 한국전기안전공사 팀장) 등의 주제가 오전에 발표됐다.

 

오후세션에서는 △소버린 AI DC를 위한 보안모델과 핵심기술(김창훈 대구대학교 교수) △AI DC 전력설비 화재리스크 평가기술과 예방·진단사례(김용권 화재보험협회 방재컨설팅팀장) △AI DC 성공 구축을 위한 핵심 설계요소와 최적화 방안(손지수 한미글로벌 전무) 등을 주제로 발표가 진행됐다.

 

랙당 500kW 시대, DLC 한계와 액침냉각 전환 전망

최동훈 GRC 코리아 이사는 ‘DC 열관리 핵심 액침냉각 기술개발 동향과 주요 이슈 및 실증사례’를 주제로 GRC 액침냉각 포트폴리오와 기술특징을 발표했다.

 

GRC는 액침냉각기업 중 업력이 가장 긴 17년차 기업으로 전 세계 DC시장에서 다수의 레퍼런스를 보유하고 있다.

 

GRC코리아는 국내에서 SK를 시작으로 델(Dell)과 기술 협력을 맺었으며 지난해에는 삼성물산, LG와 투자 및 MOU 등을 통해 국내 사업을 확대해왔다. 또한 인천 SK텔레콤, SK브로드밴드, 현대오일뱅크, 슈나이더일렉트릭 등 국내 실증·구축 사례를 확보하며 국내 액침냉각시장에서 주요 공급사로 자리잡고 있다.

 

DC 발열밀도가 높아지면서 냉각은 공랭식에서 액체냉각으로 빠르게 전환되고 있다. 액침냉각은 랙당 발열밀도 기준으로 DLC나 RDHx보다 넓은 범위를 커버할 수 있는 기술로 꼽힌다.

 

직접액체냉각(DLC: Direct Liquid Cooling)은 단상 액침냉각, 2상 액침냉각, 직접칩냉각(D2C: Direct-to-Chip Cooling), RDHx으로 나뉜다. 이중 단상 액침냉각이 가장 안전하고 비용절감효과가 크며 2상 액침냉각은 효율이 높은 대신 PFAS 이슈로 도입이 제한적이다.

 

현재 시장에서 가장 현실적인 대안은 DLC이며 엔비디아가 블랙웰 아키텍처에 DLC를 사실상 필수로 지정하면서 확산속도가 빨라졌다. 다만 랙당 발열밀도가 500kW를 넘어서면 DLC만으로는 대응이 어려워 액침냉각으로 전환이 불가피할 것이라는 전망도 제시되고 있다. 이에 따라 GRC 코리아는 랙당 최대 337kW를 지원하는 액침냉각제품 출시 준비 중이다.

 

액침냉각을 둘러싼 시장의 오해도 다수 확인되며 대표적인 오해에 대한 설명도 이어졌다. 랙을 눕혀 설치하는 때문에 공간을 더 많이 차지한다는 인식이 있지만 실제로는 핫아일·콜드아일 구획이 필요없고 유지보수를 위한 최소 통로만 확보하면 돼 밀도가 높아질수록 오히려 공간 활용률이 기존 공랭식보다 높아지는 것으로 나타난다.

 

또한 냉각유를 담은 탱크로 인해 하중 부담이 클 것이라는 우려가 있지만 액침냉각탱크는 통상 1.4~1.5톤 수준인 반면 경쟁 기술인 DLC는 2톤 이상을 기준으로 설계되는 경우가 많아 오히려 액침냉각 쪽 하중 부담이 가볍다.

 

서버를 액체에 담그면 수명이 단축될 것이라는 우려가 가장 흔하지만 실제로는 서버가 공기나 먼지에 덜 노출돼 수명이 오히려 늘어난다. TACC는 5년간 전체 컴포넌트 장애율이 0.78%에 그쳤고 OCP 2025 공개자료에서는 동일 규모 DC 비교 시 액침냉각의 다운타임이 공랭식대비 8분의 1 수준으로 낮게 나타났다.

 

액침냉각 초기 도입 비용이 공랭식보다 높은 것은 사실이지만 냉각용량을 최대 30%까지 절감할 수 있으며 서버수명 연장효과까지 더해지면 총소유비용(TCO) 관점에서는 오히려 유리하다. 이와 함께 액침냉각을 도입하면 서버제조사의 정식보증을 받을 수 없다는 우려도 자주 제기된다. GRC는 서버를 벤더로부터 직접 구매하지 않고 OEM파트너를 통해 공급받아 프로젝트 단위로 파트너사의 워런티를 함께 제공해 이 문제를 해결하고 있다.

 

SK텔레콤, SK브로드밴드, CGG 등 국내·외 실증·운영사례에서는 전력효율지수(PUE) 1.0대 초반이 확인됐다. 국내에는 아직 전면 액침 도입 사례가 없어 대부분 공랭식과 DLC을 병행하는 하이브리드 형태로 도입되고 있다.

 

최 이사는 “액침냉각기술을 실제 DC에 도입할 때는 가장 안정적인 액침탱크에 투자하는 것이 중요하다”라며 “GRC는 이미 국내·외에 다수 설치사례와 안정적인 운영실적을 보유하고 있는 만큼 액침냉각을 고려한다면 우선적으로 검토할 만하다”고 강조했다.

 

수중 DC, 511억원 투입·목표 PUE 1.2

최영진 한국해양과학기술원(KIOST) 선임연구원은 ‘탄소저감형 수중 DC 실증모델 개발 과제’를 발표했다. 해양수산부 과제로 올해부터 본격 착수됐으며 800kW급 DC를 수중에 설치하는 것이 목표다.

 

이번 프로젝트는 앞서 지난 4월 해수부의 탄소제로 수중 DC 표준모형 개발사업 컨소시엄으로 선정돼 부산에서 착수회의를 가진 바 있다. 컨소시엄에는 KIOST를 주관기관으로 GS건설, 포스코, LS일렉트릭, 한국수력원자력 중앙연구원 등 20여개 기관이 참여하며 연구기간은 2026년 4월부터 2030년 12월까지 총연구비는 511억원 규모다.

 

이번 과제에서 KIOST는 주관연구기관으로 수중 구조체 설계·제작과 해수 냉각기술 개발, 컨소시엄 전체 조율을 총괄한다. DC 전력·용수 수요가 빠르게 늘고 있는 가운데 육상에서는 부지확보난과 주민수용성 문제로 계획대비 착공까지 이어지는 사업이 많지 않아 국가가 관리하는 해저공간을 활용해 이 문제를 우회하려는 것이 이번 연구의 배경이다.

 

국내 DC PUE는 평균 1.76 수준으로 글로벌 평균대비 비효율적이다. 서울 등 수도권 집중에 따른 부지와 전력확보문제도 DC건립 걸림돌로 지목된다.

 

해저공간은 국가가 관리하는 자원으로 민원 이슈에서 비교적 자유롭고 국가지원연구가 가능하다는 장점이 있다. 이번 과제는 PUE 1.2 이하 달성과 20MW급 하이퍼스케일 단지 설계를 목표로 한다.

 

수중 DC모듈은 DC포드 3기와 변전·배전 포드 1기로 구성되며 내해수성 강재로 제작된다. 설치 수심은 20~30m이며 연약 점토층에 대응하기 위해 석션 버킷 기초가 적용된다.

 

냉각은 구조체 자체를 열교환기로 활용하는 하이브리드 해수냉각 설계가 유력하게 검토되고 있다. 해양환경에 미치는 영향은 최대 0.1℃ 수준으로 조류에 의해 충분히 해소가능한 것으로 확인됐다.

 

유지관리는 질소충진을 통한 완전 무인운영(Lights-out)체계가 목표다. 마이크로소프트 나틱 프로젝트 사례에 따르면 질소 충진 환경에서는 서버고장률이 8분의 1 수준까지 낮아지는 것으로 나타났다.

 

3차연도 축소모형 실증을 거쳐 5차연도 초 실증모델이 설치되며 부산대, 울산대, 유니스트 등에 시범서비스가 무료로 제공될 예정이다. 이후 i-SMR, 해상풍력 등 신재생에너지와 연계한 20MW급 대단지설계까지 확장할 계획이다.

 

최 선임연구원은 "해저공간은 국가가 관리하는 자원인 만큼 육상 DC가 겪는 민원과 부지 확보 문제에서 비교적 자유롭다"라며 "실증모델 가시성이 확보되면 상용화와 대단지 확산으로 이어질 수 있을 것"이라고 말했다.

 

한편 KIOST는 지난 4월 착수한 ‘탄소제로 수중 DC 표준모형(모델)’ 과제에 참여하고 있으며 수중 거주 가능 해양생활공간 창출 과제에도 참여 중이다.

 

UPS 공사계획 신고·검사 기준 정비

권도현 한국전기안전공사 재생에너지처 이차전지검사팀장은 ‘DC 화재안전 기술기준과 예방 및 진단사례’를 주제로 DC 무정전전원장치(UPS)의 공사계획 신고 및 검사제도를 안내했다. 관련 규제는 2022년 SK C&C 판교 DC화재를 계기로 마련됐다.

 

전기안전공사는 전기설비 법정검사(사용전검사, 정기검사, 안전진단 등)와 전기화재 원인조사, 안전기술 교육·홍보를 전담하는 기후에너지환경부 산하 공공기관이다. 재생에너지처는 신재생에너지 설비와 함께 최근 급증하는 DC·ESS 관련 안전관리제도 정비를 주도하고 있다.

 

전기설비는 전기사업법 제2조 제16호에 따라 사업용, 일반용, 자가용으로 구분되며 DC에 설치되는 UPS는 이중 자가용 전기설비에 해당한다. 공사계획 신고나 인가가 완료된 이후에는 한전이 전기를 투입하기 전 사용전검사를, 이후에는 주기적으로 정기검사를 받아야 하는 것이 전기설비 검사 기본절차다.

 

최근 몇 년간 DC와 ESS 등 배터리기반시설 화재사고가 잇따르면서 전기설비 안전관리 규제도 점차 강화되는 추세다. UPS가 법정검사대상에 새로 편입된 것도 이러한 흐름의 연장선으로 볼 수 있다.

 

2023년 전기안전관리법 고시 개정으로 UPS의 사용전검사와 정기검사 항목이 신설됐으며 2024년 7월부터 법정검사가 본격 시행됐다. 리튬·나트륨계 20kWh 초과, 납축전지계 70kWh 초과 이차전지를 사용하는 UPS가 사용전검사 대상이다.

 

전력변환장치 출력이 1만kW 이상이면 공사계획 인가대상, 미만이면 신고대상으로 구분된다. 다만 UPS의 검사대상 여부는 전력변환장치 용량이 아닌 배터리 용량이 기준이다.

 

동일건물이라도 층별로 연계된 UPS부하를 기준으로 검사대상 여부가 개별 판단되며 모듈형·병렬형 UPS는 병렬합산 용량으로 산정된다. 설치환경에서는 폭발성 가스환기, 적정 온·습도 관리, 침수·누수 방지 조치가 필수다. 금속제 외함 접지 누락은 사용전검사 불합격의 주요 원인으로 꼽힌다.

 

리튬·나트륨계 20kWh를 초과하는 경우 KS인증 또는 동등 이상의 시험성적서, 정격방전용량 기준 충전율 제한로직, 서지보호장치, 비상정지스위치(EPO) 설치 등이 추가로 요구된다. 이차전지 용량이 600kWh를 초과하면 5MWh 단위로 내화구조 격벽 분리가 필요하다.

 

리튬 이차전지의 적층(Back-to-Back) 설치는 화재확산 우려로 허용되지 않으며 실제 적발사례에서는 전량 납축전지로 교체한 뒤 재검사가 진행됐다. 모듈형 전력변환장치를 설계용량보다 낮게 사용하다 이후 증설 시 재검사가 필요하다.

 

정기검사 주기는 다중이용건물이거나 배터리 용량 1,000kWh 이상이면 1년, 이외 전용건물은 2년으로 구분된다. 여러 사람이 이용하는 건물의 판단기준은 UPS 관리인력을 제외한 모든 출입자를 일반인으로 간주한다.

 

권 팀장은 “과거에는 UPS가 검사대상이 아니었지만 지금은 별도의 발전설비로 간주해 설치 대수별로 각각 검사를 받아야 한다”라며 “동일건물에 수전설비와 UPS, ESS가 함께 설치돼 있어도 설비별로 개별신청과 검사를 진행해야 한다”고 말했다.

 

AI DC, 기존 DC와 보안전략 차별화 제안

김창훈 대구대학교 사이버보안전공 교수는 ‘소버린 AI DC를 위한 보안모델과 핵심기술’을 소개했다.

 

김 교수는 한국사이버안보학회 AI 데이터센터(N-AIDC) 보안 워킹그룹장과 국가망보안체계연구회장, 한전KDN 소버린 AI 데이터센터 PoC 태스크포스팀장을 겸직하고 있다. 이와 함께 국가정보원 사이버안보센터 정보보안 실태평가 위원, 국가정보원 다층보안체계설계 태스크포스 팀장, 교육부 지정 영남권 정보보호 영재교육원장도 맡아 국가 보안체계 설계 전반에 참여해왔다.

 

AI DC는 서비스 출시속도가 우선시되면서 보안적용이 뒤늦게 이뤄지는 경우가 많다. 이런 구조에서는 AI가 해킹까지 수행하는 환경이 되면 사후 대응이 사실상 어려워진다.

 

대기업과 중소·중견기업은 AI DC 보안 접근방식을 다르게 설계해야 한다는 방향도 제시됐다. 국방부 등 특수기관에 납품되는 경우를 제외하면 저가형·이동형 AI DC에까지 국정원 수준의 공공 보안 가이드라인을 일률적으로 요구하는 것은 과도할 수 있다는 취지다.

 

기존 인증체계는 체크리스트 기반으로 연 1회 점검에 그쳐 실효성이 떨어진다는 진단도 이어졌다. 대안으로 보안규정을 코드화해 실시간으로 준수 여부를 점검하는 이른바 ‘머신리듬’ 방식이 제안됐다.

 

AI DC는 인프라, 클라우드, AI 세 개 계층이 누적적으로 결합돼 자산범위와 신뢰경계, 공격표면이 함께 확대되는 구조다. GPU가 서버간 직접 통신과 연산을 함께 수행하며 랙간 고속 데이터 전송이 상시화되면서 기존 저가 통신망 중심의 보안체계로는 대응이 어려워졌다는 설명이 뒤따랐다.

 

AI서비스계층에서는 명령어와 데이터가 분리되지 않은 프롬프트 구조 때문에 프롬프트 침투해킹 방어가 특히 까다로운 과제로 꼽혔다. 다중 사용자서비스 환경에서는 클라우드·오픈웨이트 모델·API 등이 자체 소유자산이 아닌 경우가 많아 자산 식별과 중요도 분류 자체도 쉽지 않은 것으로 나타났다.

 

국내보안체계는 규제기반 탐지에 머물러 있어 이상징후를 실시간으로 탐지·차단하는 행위기반 보안운영센터(SOC)방식으로 전환할 필요성도 제기됐다. 클라우드·네트워크·보안장비 업체간 연동이 미흡해 침해가 탐지돼도 실시간 차단으로 이어지지 않는 구조적 한계도 함께 언급됐다.

 

한국전력과 한전KDN은 소버린 AI DC PoC를 진행 중이며 서울 소재 기존 건물에 입주한 사례에서는 전력사용량 계산 부족으로 보안장비 추가 반입 시 전력 확보에 어려움을 겪은 사례도 소개됐다.

 

김 교수는 “AI DC는 인프라, 클라우드, AI 계층이 겹겹이 결합돼 자산범위와 공격표면이 기존 DC보다 훨씬 넓어진다”라며 “보안을 배제한 채 설계하면 나중에 전체를 뒤집어야 하므로 처음부터 보안이 내재화되도록 모듈형 구조로 준비해야 한다”고 말했다.

 

사례기반 DC 화재위험 대응방안 공유

김용권 화재보험협회 방재컨설팅팀장은 DC 화재안전 기술기준과 화재위험 진단 사례를 소개했다. 협회가 제정·운영하는 자체 기준인 KFS-1280은 국내 법규의 공백을 보완하는 역할을 한다.

 

화재보험협회는 1973년 법률에 의해 설립된 비영리 위험관리 전문기관으로 특수건물 방재점검을 주 업무로 산업시설, DC, 배터리시설 등에 대한 유료컨설팅과 화재피난시뮬레이션을 수행한다. 분기별 기술세미나를 자체 운영하며 올해 2분기에는 DC를 주제로 세미나를 진행한 바 있다.

 

DC위험은 직접적인 재산손실과 서비스 중단에 따른 업무중단손실로 구분된다. 설비가 이중화돼 있어도 방화구획이 미비하면 이중화의 의미가 사라진다.

 

DC화재는 연기, 온도 상승, 부식성가스, 수손 등 네 가지 경로로 손실을 일으킨다. 국가정보자원관리원, SK C&C 판교, OVH클라우드 화재 등이 대표적인 사고 사례로 꼽힌다.

 

전산실 소화설비는 잔류물이 전산장비에 손상을 줄 수 있는 분말·고체에어로졸 소화기 사용이 제한되며 할로겐화합물·불활성기체 소화기가 권장된다. 가스계 소화설비는 설치 여부보다 실제 설계농도 유지 성능이 더 중요하다.

 

스프링클러는 습식 또는 조기반응형 헤드를 적용한 준비작동식이 권장되며 여러 단계를 거쳐야 작동하는 더블 인터록은 지양해야 할 대상이다. 가스계 소화설비와 스프링클러를 함께 구성하는 이중 안전장치 개념도 제시됐다.

 

실제 화재위험 진단 현장에서는 방화구획을 관통하는 케이블트레이의 내화충전재 훼손, 방화댐퍼 미설치 등이 자주 발견된다. UPS실 이격거리 미확보와 가연물 보관 사례도 다수 확인됐다.

 

삼성전자 기흥사업장 사고사례는 소화설비 배관 이음부의 체결 불량이 오히려 소화 실패와 인명 피해로 이어질 수 있음을 보여준다. 배터리실 오프가스 배출설비 관련 국내 기준은 해외 FM 데이터시트대비 세부 규정이 미흡한 실정이다.

 

열화상 카메라를 활용한 저압반 점검, 6개월·1년 등 주기별 위험관리 프로세스 구축, 취약시설의 지속적 보완이 필요하다. 최근 중대재해처벌법 시행에 따라 비상대응 훈련과 화재피난시뮬레이션 수요도 늘고 있다.

 

김 팀장은 “화재안전기준이 언제 개정·적용됐는지 확인하는 것이 중요하다”라며 “최신 기준에 맞춰 설비를 재정비하는 등 DC사업자는 규제 회피가 아닌 규제 충족을 목표로 삼아야 한다”고 강조했다.

 

전력 확보·하중 보강, 설계 전 점검필수

손지수 한미글로벌 전무는 AI DC 성공적 구축을 위한 설계요소를 발표했다. 오랜 기간 건축설계를 담당해온 경험을 바탕으로 DC를 건축물 관점에서 접근했다.

 

한미글로벌은 글로벌 사업관리(PM) 전문기업으로 서울월드컵경기장을 비롯해 판교 파워플렉스, 을지로 SK타워 등 다수의 대형 프로젝트를 수행해왔다. DC분야에서도 설계단계부터 참여해 온 노하우를 바탕으로 AI DC 구축 컨설팅영역으로 사업을 확장하고 있다.

 

국내 DC는 2019년 처음 법적 용도로 신설되기 전까지 전산실이라는 이름으로 연구소, 업무시설 등 다른 용도로 지어졌다. 산업단지 내 지식산업센터는 6개 이상 사업장이 입주해야 DC사업이 가능하다.

 

DC의 역사는 통신발전과 궤를 같이하며 국내 최초 DC는 1990년경 LG CNS와 삼성SDS의 그룹 전산실 통합에서 출발했다. 2010년대 이후 상업용 DC 임대산업이 국내에 본격 확산됐다.

 

최근 확산되는 엣지 DC는 실제로는 근접서비스 목적보다 수도권 전력공급 제약에 따른 소규모화인 경우가 많다. 국토가 좁은 국내 여건상 지연(레이턴시) 문제가 크지 않아 증권거래, 자율주행 등 일부 특수분야를 제외하면 엣지 수요는 다소 과장된 측면이 있다.

 

DC 건축단가는 3.3m²(평)당 4,500만원을 웃도는 수준으로 전력·통신 등 인프라 이중화가 요구되는 미션 크리티컬시설이기 때문이다. 서울은 전력망 부족으로 대규모 전력 확보가 어려워 지방 이전이 늘고 있다.

 

5MW 이상 대량 전력사용자에 대한 한전의 공급제한 조항, 10MW 이상 전력계통영향평가 의무화 등 최근 제도변화도 지방 분산을 유도하고 있다. 이 때문에 서울에서는 전력신청 규모를 10MW 미만으로 낮추는 사례가 늘고 있다.

 

AI서버 확산으로 랙당 전력소비가 기존 서버대비 최대 8배까지 늘면서 바닥하중 기준도 기존 1.5톤에서 2~3톤 수준으로 강화되고 있다. 기존 건물을 DC로 전환할 때는 전력확보 여부와 하중보강 가능 여부를 우선 점검해야 한다.

 

냉각은 공랭식에서 RDHx냉각, DLC, 액침냉각 순으로 발전하고 있으며 현재는 D2C가 현실적 주류다. 최근에는 서버 자체의 냉각수 허용 온도를 완화하는 기술 개발과 DC 폐열을 주거·산업시설에 재활용하는 사례도 늘고 있다.

 

손 전무는 “AI DC를 지을 때 가장 먼저 확인해야 할 것은 전력을 확보할 수 있는지와 건축물이 그 하중을 견딜 수 있는지 두 가지”라며 “이 두 가지 요건이 충족돼야 효과적인 설계가 가능하다”고 말했다.