액체 냉각으로의 전환

데이터 센터는 전 세계 디지털 인프라 환경에서 점점 더 중요한 역할을 하고 있습니다. Google, Microsoft, Amazon, Meta, Alibaba, Tencent와 같은 클라우드 서비스 제공업체(CSP)는 증가하는 AI 및 컴퓨팅 수요를 지원하기 위해 초대형 시설에 투자하고 있습니다.

오늘날의 AI 칩은 각각 1,000W가 넘는 열을 발생시켜 서버 랙 밀도를 100kW 이상으로 끌어올리고 있습니다. 그래픽 처리 장치(GPU)는 그 어느 때보다 더 높은 밀도로 집적되고 있으며, 이로 인해 기존 공랭식 냉각의 실질적 한계를 종종 넘어서는 열 관리 문제가 발생합니다. 이를 극복하기 위해 업계는 빠르게 액체 냉각으로 전환하고 있습니다. 이러한 전환 과정에서 단상 직접 액체 냉각(DLC)은 고밀도 서버 배치의 표준으로 자리 잡고 있습니다.

예를 들어, 데이터 센터의 총 전력 소비가 150kW이고 IT 장비가 100kW를 소비한다면 PUE는 다음과 같습니다:

PUE = 150 kW/100 kW = 1.5.

이상적인 PUE는 1.0이며, 이는 건물에 들어오는 모든 와트가 컴퓨팅에 직접 사용된다는 의미입니다. 1.0을 초과하는 값은 냉각, 조명, 전력 분배와 같은 인프라에 쓰이는 “부가 비용”을 의미합니다. 따라서 PUE가 1.5라는 것은 서버에 사용되는 1.0kW마다 추가로 0.5kW가 지원 시스템에 사용된다는 뜻입니다. 데이터 센터는 막대한 에너지를 소비하기 때문에 CSP는 이를 구축하기 위해 승인을 받아야 합니다. 당국은 낮은 PUE를 요구하는 규정을 마련해 왔습니다. 기존 공랭식 데이터 센터에서는 냉각이 일반적으로 전체 시설 전력의 30%~40%를 차지합니다. 더 낮은 PUE를 달성하기 위해 CSP는 액체 냉각으로 전환하고 있습니다.

공랭식과 액체 냉각의 비교

공랭식은 팬을 사용해 주변 공기를 구성 요소 위로 통과시킵니다. 공기는 체적당 열용량이 낮기 때문에 이 방식은 효율이 떨어지며, PUE가 보통 1.4~1.6 범위에 머무는 경우가 많습니다. 반면 액체 냉각은 공기보다 거의 3,500배 높은 열 운반 능력을 가진 유체를 사용합니다. 콜드 플레이트를 통해 칩에서 직접 열을 포집하면 전력 소모가 큰 팬과 대규모 냉각 설비가 필요하지 않습니다. 이러한 효율 개선은 냉각에 드는 부가 비용을 크게 줄여 높은 서버 밀도를 가능하게 하고, PUE를 1.2 이하 수준으로 낮춰 에너지 비용과 탄소 발자국을 모두 줄입니다. 액체 냉각은 PUE를 개선하지만, 동시에 강력한 냉각수 모니터링이 필요한 새로운 운영 및 재료 위험도 초래합니다.