데이터 센터 냉각 가이드: 지속 가능성을 위한 미래 혁신

기술, 인터넷 트래픽, 워크로드가 데이터를 저장, 처리, 관리 및 전송하기 위해 더 많은 컴퓨팅 리소스를 필요로 함에 따라 데이터 센터에 대한 수요가 증가하고 있습니다. 최근 S&P Global Ratings 보고서에 따르면 데이터 센터 용량이 2023년 2000억 달러 미만에서 2028년에는 약 25%-30%의 연평균 성장률로 거의 6500억 달러로 증가할 것으로 예측했습니다.

이러한 증가로 인해 고도로 밀집된 워크로드와 지속 가능성 목표 간의 균형을 맞춰야 하는 과제가 발생합니다. 그러나 에너지 효율성의 개선은 데이터 센터 산업에 첨단 냉각 혁신의 기회를 제공합니다. 특히 적절한 데이터 센터 설계 전문성을 갖춘 적합한 파트너에게는 더욱 그렇습니다.

이 도전의 중심에는 두 가지 진실이 있습니다.

1. 냉각에 대한 만능 접근 방식은 없으며, 특히 인공 지능(AI) 및 고성능 컴퓨팅(HPC)과 같은 고밀도 워크로드의 경우 특수 냉각이 필요할 수 있습니다.
2. 효율적이고 지속 가능한 냉각 솔루션을 구현하는 것이야말로 진정으로 혁신적인 길입니다. 데이터 센터는 열을 발생시킵니다. 이를 피할 방법은 없습니다. 그러나 배포에 적합한 데이터 센터 파트너는 생성되는 열의 양을 관리할 뿐만 아니라, IT 리더가 지속 가능성과 비즈니스 목표를 조화롭게 달성할 수 있도록 돕는 확장 가능하고 지속 가능한 IT 전략을 통해 혁신을 가능하게 합니다.

이 블로그에서는

• 현재 산업에서 사용되는 다양한 냉각 기술을 살펴봅니다.
• 각 방법을 깊이 탐구하고, 장점을 강조하는 사용 사례를 제공합니다.
• 그런 다음 혁신적인 데이터 센터 냉각이 HPC 요구 사항을 해결하면서 지속 가능성을 어떻게 선도할 수 있는지 살펴보겠습니다.

데이터 센터 냉각 방법이 중요한 이유는 무엇인가요?

HPC 및 고밀도 서버 구성을 위한 최적의 운영 온도를 유지하기 위해 데이터 센터 인프라의 안정성과 성능을 보장하는 것이 중요합니다. 여기에는 적절한 하드웨어와 시나리오에 맞는 올바른 냉각 기술을 배치하는 것이 포함됩니다. 일반적인 방법으로는 공기 냉각 시스템, 액체 냉각 솔루션, 그리고 두 가지 기술을 결합하여 최대 효율을 달성하는 하이브리드 접근 방식이 있습니다.

데이터 센터 냉각 방법 및 시스템

데이터 중력이란 데이터는 질량을 가지고 있으며, 데이터의 크기와 중요도가 커질수록 이동이나 복제가 점점 더 어려워진다는 개념을 의미합니다. 이는 현대 데이터 센터가 점점 더 광범위한 데이터를 호스트하고 상호 연결하여 금융 거래부터 소셜 미디어 상호 작용까지 모든 것을 가능하게 한다는 의미입니다.

이러한 수요가 증가함에 따라 데이터 센터의 규모와 복잡성이 커집니다. AI 및 HPC와 같은 고밀도 워크로드에 대해 효율적인 냉각 솔루션의 중요성도 커지고 있습니다. 사용 사례를 통해 가장 주목할 만한 냉각 솔루션 몇 가지를 살펴보고, 각각의 강점을 강조해 보겠습니다.

공기 냉각

공기 냉각은 에어컨, 팬 및 통풍구를 사용하여 주변 공기를 순환시키고 컴퓨팅 장비에서 생성된 뜨거운 공기를 배출하는 방식입니다. 가장 전통적인 냉각 방식입니다.

AI 추론과 같은 전력 밀도가 낮은 배포의 경우, 머신 러닝(ML)은 냉각 리소스가 적게 필요하므로 기존의 공랭식 냉각이 적합할 수 있습니다. 공기 냉각은 크고 작은 데이터 센터에서 이 냉각 방법을 구현할 수 있기 때문에 널리 적용됩니다.

광범위한 적용 가능성에도 불구하고, 기존 설계에서 공기 냉각은 일반적으로 랙당 20kW 미만으로 사용되지만, 예외적인 경우에는 35kW까지 사용할 수 있습니다. 그 이상은 종종 액체 냉각(직접 또는 침수)과 복합(하이브리드) 접근 방식을 필요로 합니다. Digital Realty의 고집적 코로케이션 솔루션은 랙당 최대 150kW를 지원할 수 있습니다.

액체 냉각

액체 냉각 시스템은 파이프 네트워크를 통해 냉각수를 순환시켜 IT 장비에서 열을 흡수합니다. 이는 AI 및 HPC 워크로드를 처리하는 고밀도 서버를 냉각하는 데 특히 효과적입니다.

훈련 배포와 같이 전력 집약적인 워크로드를 예로 들어보겠습니다. 이들은 딥러닝과 생성형 AI(GenAI)를 필요로 할 수 있으며, 그 크기와 복잡성을 수용하기 위해 더 큰 환경이 필요한 경우가 많습니다. 액체의 전도성을 활용하여 데이터 센터는 서버에서 발생하는 열을 신속하게 이동시킬 수 있습니다.

직접 액체 냉각 방식의 특징

2023년, Digital Realty는 에너지 효율성을 강조하며 파리에 클라우드 및 통신사 중립적인 데이터 센터를 개관했습니다. 라쿠르뇌브 허브는 데이터 중력 문제 해결을 위해 직접 액체 냉각 방식을 채택하여 성능 요구 사항에 집중하는 동시에 Scope 1 및 2 배출을 최소화합니다. 이 혁신적인 액체 냉각 솔루션은 지속 가능성 목표에 맞춰 최적의 에너지 사용을 극대화하고 파트너 기업에 경제적 이점을 제공합니다.

침수 냉각

침수 냉각은 IT 인프라 구성 요소를 열을 흡수하여 냉각하는 유전성 유체에 직접 담그는 방식입니다. 서버는 비전도성, 흡수성 유체에 보관되어 효과적인 열 관리를 제공합니다.

침수 냉각의 가장 큰 장점 중 하나는 초고밀도 장비를 저밀도 또는 중간 밀도 시설에 쉽게 배포할 수 있어, 향후 애플리케이션에 맞게 데이터 센터를 개조할 수 있다는 점입니다. AI 및 사물 인터넷(IoT)과 같은 고밀도 배포는 새롭게 부상하는 침수 냉각의 일반적인 사용 사례입니다.

증발 냉각

증발 냉각 방식은 팬을 사용하여 외부 공기를 끌어들여 냉각한 후, 이 공기를 사용해 IT 장비를 냉각합니다. 이 방법은 수분 증발을 통해 공기에서 열을 효율적으로 제거합니다.

배포의 구체적인 사항, 비즈니스 사용 사례 및 위치에 따라 증발 냉각이 적합한 냉각 기술일 수 있습니다. 예를 들어, 기존 공랭식 냉각의 대안으로, 다른 속성에 따라 증발 냉각이 추론 배포에 적합할 수 있습니다.

외기 냉각

외부 공기를 이용한 데이터 센터 냉각은 외부 조건을 활용할 수 있을 때 전통적인 냉각 방법보다 효율적일 수 있습니다. 외기 냉각은 주로 차가운 외부 공기나 물과 같은 외부 조건을 활용하며, 일반적으로 이코노마이저, 간접 외기, 열 회전기, 판형 열교환기 등 여러 메커니즘을 사용하여 전달합니다.

현장의 미기후를 평가하여 배포 시 외기 냉각의 실행 가능성을 처음에 결정해야 하지만, 실행 가능성이 확인되면 외기 냉각은 데이터 센터 배포의 탄소 발자국을 최소화하려는 기업에게 위험을 회피하는 에너지 효율적인 솔루션 중 하나가 될 수 있습니다. 이는 특히 AI 및 HPC 배포 사례에 특히 중요합니다.

하이브리드 냉각 전략

하이브리드 냉각 접근 방식은 여러 냉각 기술을 통합하여 특정 IT 장비의 요구에 따라 열 관리를 최적화합니다.

예를 들어, 데이터 센터에서는 기존의 공기 냉각 방식과 후면 도어 열교환기를 결합할 수 있으며, 후면 도어 열교환기는 서버 랙에 직접 장착되어 서버에서 나오는 열을 흡수합니다. 이 구성에서는 주변 공기 냉각이 전체 랙 환경을 관리하고, 후면 도어 열교환기가 액체를 통해 과도한 열을 액체를 통해 중요한 구성 요소에서 멀리 이동시켜 고밀도 워크로드를 효율적으로 처리합니다.

이 혼합 전략은 에너지 효율과 목표 냉각을 향상시킬 뿐만 아니라 운영의 유연성도 제공합니다. 유리한 주변 조건에서는 증발 냉각이나 외기 냉각과 같은 추가 방법이 시스템을 보완하여 기계식 냉각기에 대한 의존도를 줄일 수 있습니다. 후면 도어 열교환기의 정밀성을 포함한 다양한 냉각 솔루션을 동적으로 활용하여 하이브리드 배포는 오늘날의 냉각 문제를 해결하고 미래의 성능 요구에 맞게 확장할 수 있습니다.

데이터 센터 냉각 설계 및 최적화

데이터 센터 냉각은 단순히 팬이나 다른 냉각 장치를 설치하는 것만이 아닙니다. 설계와 최적화의 균형을 맞추고 효율성과 효능을 구현하는 것이 중요합니다. 데이터 센터 인프라와 IT 장비가 최상의 성능을 발휘하도록 보장하기 위해 최적화와 결합된 전략적 설계가 필수적입니다. 이 접근 방식은 IT 장비의 과열을 방지할 뿐만 아니라 전력 및 냉각 시스템과 같은 데이터 센터 IT 리소스의 효율적인 사용을 극대화합니다. 이러한 요소를 최적화함으로써 데이터 센터는 환경에 미치는 영향을 크게 줄여 보다 지속 가능하고 비용 효율적인 운영을 할 수 있습니다.

다음은 데이터 센터 성능을 최적화하기 위한 몇 가지 중요한 요소입니다.

• 열기/냉기 통로 차단 구성: 서버 랙을 교대로 배치하여 냉기 흡입구는 한쪽을 향하게 하고 열기 배출구는 다른 쪽을 향하게 하면 데이터 센터에서 냉기 및 열기 '통로'를 만들 수 있습니다. 이렇게 하면 가장 필요한 곳에 차가운 공기가 공급되고, 더운 공기와 차가운 공기가 섞이는 것을 방지하여 효율성을 극대화할 수 있습니다.
• 공기 흐름 관리 최적화: 환기구와 장벽을 통해 공기 흐름을 최적화함으로써 데이터 센터는 공기가 정체되는 영역을 최소화할 수 있습니다. 그러면 적절한 공기 흐름 관리는 따뜻한 지점을 보완할 필요성을 줄여 냉각 비용을 낮춥니다. 또한 시설 전체에서 냉각이 일정하게 유지되도록 돕습니다.
• 안전 범위 내에서 작업: 데이터 센터는 미국 난방, 냉동 및 공조 기술자 협회(ASHRAE)가 발표한 지침을 준수하여 일반 장비의 안전한 작동 조건을 위한 온도 표준 을 찾아 구현할 수 있습니다. 경우에 따라, 안전이 보장된다면 온도를 약간 더 따뜻하게 유지하여 상당한 에너지와 비용을 절약할 수 있습니다.
• 가동 중단 방지: 데이터 센터는 사물 인터넷(IoT) 장치, 머신 러닝, 자동화 시스템을 통한 도움을 받으면 실제 문제가 발생하기 전에 발견할 수 있습니다. 시스템을 모니터링하고 패치 및 업그레이드를 적시에 설치하면 시설의 가동 중지 시간을 방지하고 효율성을 더욱 향상할 수 있습니다.
• 습도 제어 관리: 습도를 관리함으로써 데이터 센터는 하드웨어 손상과 정전기 손상을 방지할 수 있습니다.

액체 냉각 배치: 신규 시설 구축 대 기존 데이터 센터 개조

데이터 센터 옵션을 평가할 때, 액체 냉각 구현과 성능 및 신뢰성에 미치는 영향을 이해하는 것이 중요합니다. 처음부터 액체 냉각으로 설계된 시설은 초기 구축 시 전용 냉각수 경로, 특수 서버 랙, 강력한 안전 시스템을 통합합니다. 이 사전 예방적 설계 접근 방식은 인프라가 처음부터 높은 열 성능과 에너지 효율에 최적화되도록 보장하여, IT 장비에 원활하고 미래를 대비한 환경을 제공합니다.

반대로, 액체 냉각을 수용하기 위해 기존 시설을 개조하는 데이터 센터는 더 복잡한 어려움을 해결해야 합니다. 원래 공기 냉각 시스템을 중심으로 구축된 이 현장은 액체 냉각을 효과적으로 지원하기 위해 바닥 레이아웃 재구성, 랙 배치 조정, 새로운 냉각수 분배 장치 및 누출 감지 시스템 설치 등 상당한 수정이 필요합니다. 이러한 업그레이드는 더 복잡한 통합 프로세스가 필요할 수 있으며, 전환 중에 일관성에 영향을 미칠 가능성이 있습니다.

궁극적으로 데이터 센터를 평가할 때는 냉각 인프라와 운영자의 실적을 고려하는 것이 중요합니다. 처음부터 액체 냉각을 중심으로 설계된 특수 제작 시설은 성능과 효율성 면에서 더 원활하지만, 상당한 비용이 듭니다. 그러나 Digital Realty와 같은 뛰어난 전문성과 검증된 경험을 가진 제공자가 운영하는 경우, 현장을 개조하는 것도 훌륭한 선택이 될 수 있습니다. 기존 시설을 성공적으로 개조한 이력이 있는 검증된 운영업체를 선택하면, 기업은 처음에 공랭식으로 설계된 환경에서도 높은 수준의 신뢰성과 성능을 유지할 수 있습니다.

데이터 센터 냉각 트렌드와 미래

데이터 센터 냉각의 미래를 전망하면서, 업계의 환경 영향을 더욱 줄일 수 있는 몇 가지 흥미로운 동향을 확인할 수 있었습니다. 예를 들어 현대적인 기술과 전략적인 데이터 센터 설계를 사용하는 것이 중요하다는 것이 입증되었습니다.

• 적응형 냉각: 냉각 시스템에 AI를 도입하면 그 어느 때보다 뛰어난 적응성을 기대할 수 있습니다. 이러한 솔루션은 데이터 센터의 특정 냉각 요구 사항을 지속적으로 학습하고 실시간으로 조정하여 과냉각 및 에너지 낭비를 줄입니다.
• 엣지 데이터 센터: 앞으로 전략적 '엣지' 위치에 더 많은 데이터 센터가 배치될 수 있습니다. 이러한 엣지 센터는 저지연 데이터 및 AI 워크로드 전송을 보장하고 고유한 설정에서 혁신적인 냉각 가능성을 도입합니다.
• 지속 가능한 에너지: 에너지 관리 효율성을 높이는 것이 중요하지만, 재생 가능한 에너지원에서 나온 에너지를 사용하는 것도 가능합니다. 예를 들어 태양열 또는 풍력 발전 데이터 센터는 더 이상 꿈이 아닌 현실이 되었습니다. 연료 전지 및 첨단 배터리와 같은 저장 솔루션을 포함한 재생 에너지원과 효율적인 냉각 전략을 결합하면 지속 가능성 발전에 대한 전체적인 접근 방식을 구현할 수 있습니다. 이 통합 접근 방식은 데이터 센터가 환경에 미치는 영향을 최소화하면서 안정적이고 효율적으로 운영될 수 있도록 보장합니다. 이러한 기술을 활용함으로써 데이터 센터는 에너지 자립도를 높이고 탄소 발자국을 줄일 수 있습니다.

냉각탑 이니셔티브 특징

Digital Realty의 데이터 센터는 냉각 효율성을 개선하는 차원에서 업계를 선도하고 있습니다. 예를 들어, 싱가포르에 있는 SIN10 데이터 센터에서는 수자원 보존을 위해 DCI 전기분해 방식을 사용하여 매월 124만 리터의 물을 절약하고 있습니다. 이 프로세스는 화학물질 사용을 없애고, 물을 폐수가 되기 전까지 3배 더 오래 사용할 수 있게 하여 싱가포르의 물과 전력 사용량을 줄입니다.

지속 가능한 미래 데이터 센터 냉각 혁신 추진

현대의 데이터 센터에는 다양한 냉각 시스템이 존재하며, 각각은 특정 배포 사용 사례에 고유한 이점을 제공합니다. 전통적인 공기 냉각부터 액체 냉각, 하이브리드 기술에 이르기까지, 각 기술은 상황에 맞게 전략적으로 적용하면 글로벌 데이터 센터 생태계가 에너지와 물 소비를 줄이는 데 도움이 되는 힘을 가지고 있습니다.

Digital Realty는 냉각에 대한 획일적인 접근법이 없다는 것을 이해하고 있으며, 지속 가능성과 비즈니스 목표를 조화롭게 유지하면서 혁신을 가능하게 하는 핵심 전략을 구현하여 IT 리더들이 산업 부문을 혁신할 수 있도록 지원하는 데 전념하고 있습니다. 당사는 데이터 센터에 혁신적인 기술을 배포하여, 단순한 도매 배포가 아닌 고객 및 배포별로 증가하는 전력 밀도 워크로드의 냉각 문제를 해결하도록 설계하고 있습니다.

AI, IoT, 또는 HPC 등 고객의 첨단 컴퓨팅 냉각 요구를 충족하기 위해 Digital Realty의 시설은 구조 및 설계 준비가 되어 있으며, 지속 가능한 솔루션을 제공하여 전 세계 데이터 센터 생태계를 낮은 탄소 발자국, 에너지 효율성, 물 절약으로 이끌고 있습니다.

조직에 첨단 컴퓨팅 냉각 요구 사항을 충족하면서 지속 가능성과 비즈니스 목표를 조화롭게 유지하기 위해 미래 지향적인 IT 인프라를 배포하는 방법에 대해 더 알아보려면 IT 리더를 위한 AI 백서를 참조하세요. 그리고 언제든지 Digital Realty의 전문가에게 문의하여 시작하세요.

FAQ(자주 묻는 질문)

데이터 센터의 냉각은 어떻게 이루어지나요?

데이터 센터의 냉각은 다양한 방법을 통해 이루어집니다.

• 공기 냉각
• 액체 냉각
• 침수 냉각
• 증발 냉각
• 외기 냉각
• 하이브리드 냉각

IT 리더는 지속 가능한 IT 배포를 위해 워크로드 밀도, 하드웨어, 인프라 요구 사항을 포함한 여러 요소에 따라 냉각 기술을 맞춤화하는 데이터 센터를 선택해야 합니다.

데이터 센터에 가장 적합한 냉각 시스템은 무엇인가요?

데이터 센터 냉각에는 만능의 접근 방식이 없습니다. 예를 들어 데이터 센터의 크기, 위치, 워크로드 수요 같은 요소가 모두 영향을 줍니다. 침수 냉각과 같이 지속 가능하고 효율적인 솔루션은 효율성이 더 높고 탄소 발자국이 적기 때문에 점점 더 인기를 얻고 있습니다.

데이터 센터의 냉각 구성 요소는 무엇인가요?

데이터 센터의 주요 냉각 구성 요소에는 다음이 포함됩니다.

• 냉각기
• 냉각탑
• 에어컨(CRAC/CRAH)
• 액체 냉각 파이프
• 냉각 분배 장치(CDU)
• 펌핑 시스템
• 팬 및 통풍구

데이터 센터의 지속 가능성이 높아짐에 따라 온도 및 습도 제어를 위한 고급 AI 모니터링 시스템도 점점 더 보편화되고 있습니다.

데이터 센터의 서버 냉각은 어떻게 이루어지나요?

차가운 공기를 순환시켜 열을 제거하는 공기 기반 시스템이나 냉각제를 사용하여 열을 빼내는 액체 냉각 솔루션과 같은 고급 냉각 기술은 데이터 센터의 서버를 냉각하는 데 사용되는 효율적인 방법입니다. 기타 방법으로는 열 재순환을 방지하기 위해 열기 통로 및 냉기 통로 밀폐와 같은 기술을 통해 공기 흐름을 최적화하는 것이 있습니다. 고밀도 서버에는 최대의 열 효율과 지속 가능성을 위해 직접 칩 액체 냉각 또는 침수 냉각이 이상적입니다.