액체 냉각과 공기 냉각: 데이터 센터의 5가지 주요 차이점
인공지능, 고성능 컴퓨팅(HPC), 클라우드 서비스 등의 기술에 대한 글로벌 수요가 가속화되고 있으며, 이러한 기술을 뒷받침하는 데이터센터에서 사용되는 냉각 시스템의 효율성이 점점 더 중요해지고 있습니다.
오늘날 데이터 센터는 전 세계 전력 사용량의 약 1.5%를 차지합니다. 국제에너지기구(International Energy Agency)에 따르면 2030년까지 AI와 같은 기술로 인해 전 세계적으로 에너지 수요가 두 배로 늘어날 것으로 예상됩니다.
Lenovo의 EMEA HPC/AI 담당 이사입니다.
데이터 센터 냉각에 대한 기존 접근 방식은 데이터 센터 내부와 장치 내부에 대형 팬을 사용하는 공기 냉각입니다. 전력 수요가 증가함에 따라 공냉식은 현재와 미래의 데이터 센터의 수요를 충족하기 위해 고군분투하고 있습니다.
따뜻한 물을 사용하여 부품을 냉각시키는 액체 냉각은 효율성과 지속 가능성 측면에서 주요 장점을 지닌 중요한 대안으로 떠오르고 있습니다.
더 높은 전력 밀도와 지속 가능성을 요구하는 AI 워크로드가 인프라 전략의 최전선으로 이동함에 따라 데이터 센터 리더가 정보에 입각한 냉각 결정을 내리는 것이 중요합니다. 다음은 여러 요소를 고려한 두 접근 방식의 주요 장점과 단점입니다.
열효율
액체 냉각 시스템의 주요 장점 중 하나는 효율성 측면에서 물이 공기를 훨씬 더 효율적으로 공급할 수 있다는 것입니다. 물은 공기보다 열을 제거하는 데 3,000배 이상 효율적입니다. 즉, 데이터 센터 운영자는 장비와 데이터 센터를 시원하게 유지하기 위해 더 적은 전력을 사용해야 합니다.
직접 노드 냉각과 같은 액체 냉각 기술은 서버에서 최대 98%의 열을 제거할 수 있으며, 온수는 건물, 심지어 수영장과 같은 난방 시설에도 재사용할 수 있습니다. 일반적으로 액체 냉각은 에너지 소비를 최대 40%까지 줄일 수 있습니다.
지속 가능성
액체 냉각과 공랭은 지속 가능성 측면에서 장단점이 있지만, 액체 냉각 기술은 빠르게 발전하고 있습니다. 공기 냉각은 많은 에너지를 사용하지만 물을 절약합니다.
액체 냉각은 에너지 효율성이 더 높지만 패드를 냉각하기 위해 뜨거운 물을 패드에 붓는 증발 냉각 방식으로 작동하는 구형 시스템은 외부 소스에서 보충해야 합니다.
온수 냉각 시스템은 물 손실을 늦추고 최신 시스템은 높은 입구 온도를 수용할 수 있으므로 물 냉각에 낭비되는 에너지가 줄어듭니다.
또한 조직은 액체 냉각을 더욱 효율적이고 확장 가능하게 만들기 위해 열 관리를 위한 개방형 루프 시스템(물이 증발에 의해 냉각되는 경우)에서 폐쇄형 루프 시스템(폐쇄형 액체-공기 열 교환기를 사용하여 열을 제거하는 시스템)으로 전환하고 있습니다.
공간 밀도
공냉식 시스템은 작동하려면 더 큰 물리적 공간이 필요하며, 공냉식 시스템은 랙당 최대 약 70kW를 지원할 수 있지만 작동할 수 없는 “비열 용량”이라는 물리적 한계가 있습니다.
AI 플랫폼을 구동하는 GPU는 더 많은 수의 트랜지스터를 사용하여 기존 CPU보다 최대 10배 더 많은 전력을 필요로 합니다. 3D 실리콘 스태킹과 같은 다른 설계 기능을 통해 GPU 제조업체는 더 작은 공간에 더 많은 구성 요소를 넣을 수 있습니다.
이로 인해 데이터 센터의 전력 밀도가 증가하여 공기 냉각이 실행 가능한 임계값을 넘어섭니다. 데이터 센터의 에너지 밀도가 점점 더 높아짐에 따라 공기로 인해 확장성이 제한됩니다. 즉, 동일한 양의 공간에 더 적은 컴퓨팅 성능을 투입할 수 있다는 의미입니다.
액체 냉각을 사용하면 구성 요소가 더 빠르게 실행될 수 있습니다. 즉, 데이터 센터에서 더 집약적인 HPC 및 AI 워크로드를 실행하여 더 높은 컴퓨팅 밀도를 구현할 수 있습니다.
미래 준비
Goldman Sachs에 따르면 금년 말까지 AI와 같은 기술의 에너지 수요로 인해 데이터 센터 에너지 수요가 160% 증가할 것이라고 합니다. 이는 액체 냉각의 더 높은 효율성이 점점 더 중요해진다는 것을 의미합니다.
전력 사용 효율성(PUE)으로 측정되는 데이터 센터 효율성은 전체 데이터 센터를 운영하는 데 필요한 전력을 IT 장비의 전력 요구 사항으로 나눈 값입니다.
일부 액체 최적화 데이터 센터는 이미 1.1 또는 심지어 1.04의 PUE를 달성하고 있으며, 고객은 뜨거운 물을 사용하여 사무실 건물을 난방할 수도 있으며, 이는 최신 시스템을 통해 훨씬 더 쉬워집니다. 컴퓨팅에 대한 수요가 전 세계적으로 증가함에 따라 이러한 효율성은 점점 더 중요해질 것입니다.
신뢰성과 유지보수
공냉식 시스템에는 안정성과 유지 관리 측면에서 몇 가지 단점이 있습니다. 사용되는 팬은 하드웨어가 먼지에 노출될 수 있고 공냉식 데이터 센터에서 온도가 변동할 가능성이 높으며 두 가지 모두 유지 관리에 영향을 미칩니다.
일반적으로 액체 냉각 시스템을 유지하려면 더 많은 경험이 필요합니다. 하지만 상황이 바뀌고 있습니다. 최신 액체 냉각 시스템은 다양한 환경에서 유용하고 안전하며 매우 실용적입니다.
최신 수냉식 시스템은 공기와 물을 모두 사용하는 하이브리드 시스템을 포함하여 쉽게 채택할 수 있도록 다양한 구성으로 작동할 수 있습니다.
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이 기사는 TechRadarPro의 Expert Insights 채널의 일부로 제작되었으며, 오늘날 기술 업계에서 가장 뛰어난 인재들을 소개합니다. 여기에 표현된 견해는 저자의 견해이며 반드시 TechRadarPro 또는 Future plc의 견해는 아닙니다. 협업에 관심이 있다면 여기에서 자세히 알아보세요.