탄소배출을 줄이는 열제어 기술 전환, 액체냉각

AI와 클라우드, 5G, 블록체인 등의 발전 속도가 급속해짐에 따라 많은 데이터가 발생하고 있고, 발생하는 데이터 수 만큼 이를 저장하고 분석하기 위한 더 많은 서버와 하이퍼컴퓨팅이 필요합니다.
따라서 데이터센터의 규모는 더욱 커지고, 서버룸의 밀도는 높아지며 결국 데이터센터에서 배출하는 열의 양도 많아질 수밖에 없습니다. 많은 열은 결국 더 많은 탄수배출로 이어지게 됩니다.
이를 위해 데이터 센터는 기존 공냉식에서 액체를 이용한 액체냉각 방식으로 열제어 시스템을 전환하고 있습니다.

데이터센터의 전력사용량과 탄소배출

AI와 클라우드, 5G, 블록체인 등의 발전 속도가 급속해짐에 따라 많은 데이터가 발생하고 있고, 발생하는 데이터 수만큼 이를 저장하고 분석하기 위한 더 많은 서버와 하이퍼컴퓨팅이 필요합니다.

데이터센터 안에는 서버를 비롯한 다양한 전자장비, 그리고 이것을 식혀줄 냉각 시스템과 공조설비 등이 있습니다. 대부분 전기로 운영되고 있기 때문에 데이터양이 늘어날수록 데이터센터 내의 컴퓨팅 장비들은 많은 열을 발산하고, 발산되는 열을 소거하여 온도를 조절하기 위해 냉각장비와 공기장치가 작동하게 됩니다. 결국 데이터량이 늘어나면 데이터센터의 발열량이 증가하고, 결과적으로 데이터센터의 전기 소모량이 늘어나게 됩니다.

데이터가 늘어나면 데이터센터의 전력소모가 높아지고 더 많은 전기가 필요해지면서 화력발전소의 전기 생산량도 늘어나게 된다

데이터센터의 탄소배출량이 늘어나는 이유는 바로 이 전기 때문입니다. 전기는 주로 화력 발전을 통해 생산되는데, 화력발전소에서는 많은 온실가스가 배출되기 때문에 이를 대신하기 위한 다양한 신재생에너지로의 전환이 이루어지고 있기도 합니다. 데이터센터는 많은 양의 전기를 상시 필요로 하기 때문에 "굴뚝없는 공장" 이라고도 불리고 있습니다.

데이터센터의 탄소절감을 위한 방법은? 냉각시스템 전환!

데이터센터의 효율을 측정하는 방법 중 하나로 PUE가 있습니다. PUE=총 전력량/서버 작용 전력량으로, PUE 값이 1에 가까울수록 전력효율이 좋다고 볼 수 있습니다.

현재 많은 데이터 센터들의 전력사용량 중 *50% 이상이 IT소비전력이 아닌 열 조절을 위한 항목에서 사용되고 있습니다. 이것은 다시 말해, 데이터센터의 냉각 시스템이 현재보다 전력을 더 조금 사용할 수 있게 된다면 PUE값이 높아지고, 탄소배출도 줄일 수 있다는 뜻이기도 합니다 (* Zhuolun Chen, Global Trend and Challenges to Internet Data Centre: High Energy Efficiency Strategies )

에어쿨링

기존 데이터 센터의 보편적인 냉각 방식은 공기를 이용한 공랭식(Air cooling) 방식입니다. 차가운 공기를 서버룸으로 집어넣어 서버사이를 지나 뜨거워진 공기는 순환시켜 다시 외부로 배출시키는 방법으로, 서버가 늘어나고 여유공간이 줄어들면서 더 높은 열이 발생되는 서버룸은 공기만으로는 더 이상 온도를 제어하기 어려워졌습니다.

액체냉각 - 콜드플레이트 방식 (Direct To Chip)

공랭식 시스템을 대체하고 운영비 절감과 탄소배출을 줄이기 위해 등장한 것이 바로 수랭식/액체냉각식 시스템입니다. 대표적으로 콜드플레이트(Direct to chip liquid cooling system)라고 하는 냉각 파이프가 있는 금속 판을 통해 서버를 식혀주는 방식입니다.
뜨거워진 액체가 판을 돌아다니면서 칩 혹은 장비의 온도가 낮아지고 뜨거워진 액체는 다시 밖으로 나와 열교환기에 의해 다시 차가워진 액체로 변해 냉각 시스템 안을 순환합니다.

액체냉각 - 액침냉각

또 다른 액체냉각 방식 중 하나로 비전도성 특수 액체에 칩과 프로세서를 직접 담가 식히는 액침냉각(Immersion cooling)이 있습니다. 액침냉각 방식을 위해서는 서버와 액체를 동시에 담아 둘 수 있는 컨테이너가 필요하며 뜨거워진 액체는 D2C방식의 액체냉각처럼 열교환기를 통해 식혀져 다시 컨테이너 속으로 들어옵니다.

탄소배출 절감이 중요해지는 시대에 발 맞춰, 해외의 빅테크 기업들은 새로운 데이터센터를 구축하면서 서버룸과 서버의 열제어 효율성을 진지하게 생각하고 있습니다. CEJN은 데이터센터 표준을 만드는 글로벌 커뮤니티 OCP의 회원 중 하나로서, 효과적인 데이터 센터 열제어 시스템을 위한 표준형 액체냉각 카플링인 UQD를 함께 개발하였습니다.