AI 데이터센터와 지속 가능한 냉각 기술: 미래를 바꾸는 혁신

AI 데이터센터(AI DC): 새로운 성장 동력

5세대(5G) 통신의 성장세가 정체되면서, 이통사들은 새로운 비즈니스 모델과 성장 동력을 찾기 위해 노력하고 있습니다. 그중에서도 AI 데이터센터(AI DC)는 가장 주목받는 분야 중 하나입니다.

AI 데이터센터는 기존 데이터센터(IDC)와는 목적과 구조에서 큰 차이를 보입니다. 일반 데이터센터가 데이터 저장 및 관리에 초점을 맞춘 반면, AI 데이터센터는 인공지능(AI)의 학습과 추론 작업을 최적화하는 데 중점을 둡니다. 이를 위해 고성능 하드웨어인 그래픽처리장치(GPU)를 사용하며, 이러한 고성능 데이터센터는 기업들이 AI 기술을 활용하는 데 필수적인 역할을 합니다.

그러나 AI 데이터센터의 활성화는 높은 전력 소모와 발열 문제를 동반합니다. 따라서 냉각 기술의 발전은 AI 데이터센터 운영에서 중요한 과제가 되고 있으며, 지속 가능한 발전을 위한 핵심 기술로 주목받고 있습니다.

AI 데이터센터가 직면한 도전 과제

AI 데이터센터는 고성능 하드웨어를 사용해 대규모 연산을 처리하기 때문에 발열 관리와 에너지 효율성이 운영의 핵심 과제가 됩니다. GPU와 같은 고성능 연산 장치는 공급된 전력의 대부분을 열로 전환하기 때문에 효율적인 냉각이 이루어지지 않으면 장비 성능 저하, 장비 손상, 운영 중단 등의 문제가 발생할 수 있습니다.

국제에너지기구(IEA)에 따르면, 전 세계 데이터센터의 연간 전력 소모량은 2022년 약 460TWh에서 2026년에는 620~1050TWh까지 증가할 것으로 예측됩니다. 이는 국가 단위의 에너지 소비와 맞먹는 수준으로, 데이터센터의 에너지 절감과 환경적 지속 가능성을 위한 기술적 접근이 필수적입니다.

지속 가능한 냉각 기술: 수냉식과 액침 냉각

기존 데이터센터는 주로 찬 공기를 순환시켜 열을 식히는 공랭식 냉각(Air Cooling) 시스템을 사용했습니다. 이는 상대적으로 간단하고 비용 효율적이지만, AI 데이터센터의 고성능 하드웨어가 발생시키는 발열량을 처리하기에는 한계가 있습니다. 이에 따라 수냉식 냉각과 액침 냉각이 새로운 대안으로 떠오르고 있습니다.

1. 수냉식 냉각

수냉식 냉각은 GPU와 같은 고성능 연산 장치에 냉각수를 순환시켜 열을 식히는 방식입니다. 물은 공기보다 열 전달 효율이 훨씬 뛰어나며, 고밀도로 집적된 서버 장치의 열을 효과적으로 제어할 수 있습니다. 이를 통해 데이터센터는 냉각 효율을 크게 높이고 운영 안정성을 강화할 수 있습니다.

특히, 냉각 블록을 직접 칩에 부착해 냉각수를 순환시키는 방식(DTC, Direct-to-Chip)은 장비의 발열을 정밀하게 관리할 수 있어 데이터센터의 성능을 극대화하는 데 기여합니다.

2. 액침 냉각

액침 냉각은 서버를 비전도성 액체에 완전히 담가 열을 식히는 방식으로, 공기가 흐를 공간이 필요하지 않아 공간 활용 면에서 매우 유리합니다. 또한 냉각 블록을 부착할 필요가 없어 설치와 유지보수가 간단한 편입니다.

액침 냉각은 공랭식 냉각 대비 전력 소모를 약 30% 줄이는 효과가 있으며, 유지보수 비용 역시 절감할 수 있다는 장점이 있습니다. 이에 따라 글로벌 액침 냉각 시장은 2022년 약 3억3000만 달러에서 2032년에는 약 21억 달러로 성장할 것으로 전망되고 있습니다.

AI 데이터센터 냉각 기술에 나선 기업들

AI 데이터센터의 발전은 단순히 기술적 문제를 넘어 지속 가능한 미래를 위한 비즈니스 전략으로 자리 잡고 있습니다. 주요 기업들이 이에 적극적으로 나서고 있습니다.

• SK그룹은 CES 2025에서 AI 데이터센터의 분산 발전 기술과 액체 냉각 시스템을 공개하며, 에너지 효율과 지속 가능성을 강조했습니다.
• LG전자는 마이크로소프트(MS)의 데이터센터에 초대형 냉방기 '칠러(Chiller)'를 공급하며, 열관리 솔루션을 제공하기 위해 협력하고 있습니다.
• 정유업계의 GS칼텍스와 에스오일도 액침 냉각 시장에 진출해 친환경 데이터센터 기술 개발에 힘쓰고 있습니다.

이 외에도 다양한 글로벌 기업이 지속 가능한 냉각 기술 개발에 투자를 확대하며, 데이터센터 기술의 패러다임을 변화시키고 있습니다.

AI 데이터센터와 탄소중립

AI 데이터센터는 미래 산업의 핵심 인프라로 자리 잡고 있지만, 증가하는 전력 소비량과 탄소 배출 문제는 여전히 중요한 과제로 남아 있습니다. 따라서 데이터센터는 재생 에너지 활용, 스마트 에너지 관리 시스템 도입, 에너지 효율화 등의 방안을 통해 탄소중립 목표를 달성하려 하고 있습니다.

냉각 기술 발전뿐만 아니라 이러한 에너지 관리 기술이 지속 가능한 AI 데이터센터를 구축하는 데 큰 역할을 할 것입니다.

결론

AI 데이터센터는 인공지능 기술 발전의 중요한 기반으로 자리 잡고 있으며, 효율적인 에너지 관리와 냉각 기술이 발전의 핵심입니다. 수냉식과 액침 냉각과 같은 혁신적인 기술은 데이터센터의 성능을 높이는 동시에 환경적 지속 가능성을 실현할 수 있는 주요 솔루션으로 주목받고 있습니다.

기업과 정부의 협력을 통해 AI 데이터센터가 기술적 진보와 환경적 지속 가능성을 모두 충족시키는 방향으로 발전하기를 기대합니다.