[생활TECH] 데이터와 친환경 둘 다 사수하라! 그린 데이터센터로의 발걸음
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[생활TECH] 데이터와 친환경 둘 다 사수하라! 그린 데이터센터로의 발걸음
  • 선연수 기자
  • 승인 2019.07.04 13:11
  • 댓글 0
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데이터센터의 전력 효율 향상을 위한 냉각 방식

[테크월드=선연수 기자] 

 

 

오늘 점심도 ‘찰칵’

맛있어 보이는 음식 앞에선 스마트폰을 들어 최적의 각도, 조명을 찾아 ‘인증샷’을 남기는 게 일상이다. ‘인증샷’은 SNS를 통해 친구, 지인, 모르는 사람들에게까지 공유된다. 최근 영상 미디어가 급부상하면서 이런 웹 상에 존재하는 데이터의 양은 더욱 방대해지고 있다. 유튜브에는 1분에 약 500시간의 영상이 업로드되고 있으며, 2017년 기준 전 세계는 매일 약 27억 기가바이트(GB)의 데이터를 만들어내고 있다. 일반 HD 영화 한 편의 용량을 2.5GB라고 했을 때, 4000만 편의 영화가 매일 생성되는 셈. 이 어마어마한 데이터들은 어디서 관리되는 것일까?

 

SNS, 기업 기밀···모든 정보가 데이터센터로

 

[그림 1] 네덜란드 엠스하벤(Eemshaven)에 위치한 구글의 데이터센터

 

기업은 웹사이트나 기기를 더욱 스마트하게 운영하기 위해, 또는 사용자의 정보를 철저하게 지키기 위해 데이터센터에 자료를 보관한다. 현재 생성되는 데이터들은 클라우드를 통해 데이터센터로 전송, 저장되며, 메신저와 같은 가벼운 데이터 교류는 클라우드 상에서 데이터센터를 거치지 않고 해결되기도 한다.

데이터센터는 수많은 서버 컴퓨터로 구성돼있으며, 이는 기업 서비스에 초점을 맞춰 설계된다. 일반 데스크톱과 다르게 CPU도 여러개, RAM도 여러개 장착할 수 있으며, 24시간 가동된다. 일반적으로 서버룸의 온도는 16~24도, 습도는 40~55%로 유지돼야 데이터를 안전하게 관리할 수 있다. 이렇게 까다로운 데이터센터를 모든 기업이 구축하기는 어려우며, 이를 위해 규모가 큰 데이터센터들은 랙 공간을 대여해주는 코로케이션(Colocation) 서비스를 지원한다.

 

열받은 데이터센터를 식히는 법

 

[그림 2] 적외선 열화상 카메라로 촬영한 데이터센터의 모습   출처: Infrared Inspections LLC

 

쉼 없이 일하는 컴퓨터는 그에 상응하는 열을 발산한다. 열을 관리하지 못하면, 컴퓨터가 작동을 멈추거나 심한 경우 폭발의 위험까지 가진다. 따라 데이터센터는 기업의 중요한 데이터를 보다 안전하게 관리하기 위해 다양한 냉각 방법을 사용하고 있다.

미래창조과학부(현 과학기술정보통신부)의 2015년 ‘데이터센터 산업 육성을 위한 기반조성 연구·조사’에 의하면, 국내 데이터센터의 경우 공랭식(Air cooled, 32.3%), 수냉식(Water cooled, 20.0%), 냉수식(Chilled water cooled, 20.0%), 외기도입(Air-side Economizer)+수냉식(9.2%), 외기도입+냉수식(12.3%) 방식을 사용한다.

 

[그림 3] 국내 데이터 센터는 공랭식, 수냉식, 냉수식 등의 냉각 방식을 주로 사용한다. 출처: APC

 

먼저, 공랭식은 기기에서 방출되는 열을 항온항습기를 통해 냉매로 식힌 후, 다시 서버실로 보내는 것을 반복하는 방식이다. 그러나 공기 대신 물을 사용하면 50~100배에 가까운 훨씬 높은 열 관리 효율을 얻을 수 있다.

수냉식 시스템은 냉각수가 기기 가까이에 위치해 온도를 조절한다. 냉각수가 엔진 주위를 순환하면서 열을 흡수한 뒤 펌프로 돌아가면 냉각팬이 냉각수의 온도를 낮추는 것을 반복하는 구조이며, 기기 가까이 액체가 위치하는 만큼 철저한 누수 관리 시스템이 요구된다.

냉수식은 냉동기가 8~15도 정도의 냉수를 만들어 전산실로 전달하면, 전산실 바닥의 냉수가 방 내부의 더운 공기를 끌어들여 온도를 낮추는 기술이다. 데워진 물은 냉동기로 돌아와 열이 제거되고, 냉수로 변하면 다시 전산실로 이동한다. 이때 냉수로부터 버려지는 열은 순환 콘덴서를 통해 외부로 배출된다.

외기도입 방식은 외부의 찬 공기를 들여오고, 기기에서 발생되는 열을 내보내는 대기 교환 방식이다. 따라 외부의 기온이 낮을수록 효율이 높으며, 이 시스템을 활용하기 위해 추운 지역에 데이터센터를 설립하기도 한다. 이외에도 설치 환경에 맞춰 여러 방식들을 결합해 쓰는 등 다양한 기술들이 등장하고 있다.

 

자연에서 또는 자연으로, 그린 데이터센터

그러나 이와 같은 냉각시스템은 장비 가동보다 훨씬 많은 전력을 필요로 한다. 데이터센터 전력의 약 50%를 냉각 시스템이 차지하고 있으며, 그린피스는 데이터센터로 인한 전력 소모량이 2020년엔 약 1조 9730억 kWh까지 다다를 것으로 전망하고 있다. 더군다나 전력을 만들어내는 방식이 아직은 화석 연료를 이용하는 방식이 대부분이라 환경 오염 문제가 대두될 수밖에 없는 상황이다. 친환경적인 데이터센터 냉각시스템이 요구되는 현재, 전 세계적으로 친환경적인 ‘그린 데이터센터’ 구축에 대한 시도들이 이어지고 있다.

 

[그림 4] 강원도 춘천에 위치한 네이버 데이터센터 ‘각’

 

네이버는 2013년 국내에서 연평균온도가 비교적 낮은 강원도 춘천에 데이터센터 ‘각’을 설립했다. 약 1만 6400여 평, 지하 3층 규모의 건물은 외부의 찬 공기를 기기 냉각에 활용한다. 외부 공기는 AMU(Air Misting Unit) 장치를 통과하면서 불순물이 제거되고, 분사되는 미스트에 의해 더 차가워진다. 이 공기가 내부로 유입되면서 온도를 더욱 효과적으로 낮춰준다. 이를 통해 따뜻한 날씨에도 외부 공기를 효율적으로 사용할 수 있으며, 동절기에는 100% 외부 공기만으로 서버를 식히고 있다고 설명했다.

구글 역시 친환경 에너지를 활용하기 위해 지난 2018년 11월 덴마크에 데이터센터를 설치할 것이라고 발표했으며 2021년 완공을 목표로 하고 있다. 실제로 다수의 데이터센터가 아일랜드, 네덜란드, 벨기에, 핀란드 등과 같은 북유럽 쪽에 구축돼있다. 특히 덴마크는 전기 생산량의 1/3이 풍력 발전으로 이뤄지고 있으며 구글은 이같은 친환경적인 에너지, 낮은 온도의 공기, 찬 바닷물을 활용해 데이터센터의 온도를 관리할 계획이다. 또한, 냉각시스템을 더욱 효율적으로 관리하기 위해 인공지능(AI) 기술도 도입하고 있다. 구글의 딥마인드는 AI가 온도, 전력, 펌프 속도 등의 냉각 냉각 기기의 운영 데이터를 수집해 엔지니어가 전력 소모를 최소화할 수 있는 방법을 추천하는 시스템을 개발했다. 이를 기존의 데이터센터에 적용한 결과 평균 30%의 에너지 절감 효과를 얻었다고 설명했다. 또한, AI가 데이터센터를 완전히 전담 관리할 수 있지만, 혹시 모를 안전상의 이유로 사람이 함께 관리하도록 설계했다고 덧붙였다.

 

[그림 5] 마이크로소프트의 해저 데이터센터 프로젝트 'Natick' 테스트 현장

 

마이크로소프트는 스코틀랜드 북부 오크니제도(Orkney Islands) 연안 해저에 데이터센터를 구축하는 프로젝트 'Natick'을 진행하고 있다. 해저에 위치한 12.2m 길이, 직경 2.8m의 데이터센터는 FPGA 가속과 27.6페타바이트의 디스크를 장착한 표준 마이크로소프트 데이터센터 서버 864개를 탑재한 12개의 랙으로 구성된다. 데이터센터 내 컴퓨터에서 발생하는 열은 열교환기를 통해 액체로 전달된다. 이 액체는 펌핑을 통해 외부에 장착된 열교환기로 이동하고, 이 액체가 가진 열을 데이터센터 주변의 바다로 전달한다. 차가운 바닷물로 냉각된 액체는 다시 내부 공기를 식히는 것을 반복하는 방식이다. 이를 위한 전력은 100% 현지의 풍력, 태양열, 조력 에너지 등을 통해 공급한다.

 

[그림 6] 노르웨이 신도시 ‘Lyseparken’의 스파크 파워 시티 구성도   출처: MIRIS

 

이와 다르게 열을 식히지 않고 아예 열에너지로 활용하는 방식도 있다. 노르웨이는 베르겐(Bergen) 근처에 신도시 ‘Lyseparken’을 세우며, 이 도시에 거주할 약 1만 8000명의 사람들이 데이터센터의 열을 난방에 재활용하는 ‘스파크 파워 시티(Spark Power City)’를 구상하고 있다. 원리는 데이터센터에서 발생하는 열을 흡수한 액체가 다른 건물의 바닥을 가열해 난방하고, 열을 전달한 후 식은 액체는 다시 데이터센터로 돌아와 컴퓨터를 식히는 방식이다. 이 경우 데이터센터가 도심 가까이 위치해 비즈니스나 통신적으로도 유리하며, 해당 프로젝트를 진행하는 MIRIS(Snøhetta, Asplan Viak, 노키아로 구성)에 의하면 다른 데이터센터 대비 에너지 소비를 40%까지 절감할 수 있다고 설명했다.

 

에지로의 발돋움, 마이크로 데이터센터

 

[그림 7] 화웨이의 모듈형 데이터센터

 

데이터센터는 친환경적인 냉각, 비용 절감을 위해 도시가 아닌 지역에 설립하기도 하지만, 사람들에게 클라우드를 통해 데이터를 더 빠르게 전송하기 위해 네트워크 인프라가 잘 형성된 도심이 비즈니스에 유리하다. 특히 자율주행과 같은 차세대 IoT 기술들은 지연이 적은 빠른 통신이 필수 요건이기 때문에, 도심 속 또는 도시 인근에 데이터센터를 설치하는 게 필수불가결해지고 있다. 그러나 대지 비용, 전력 비용, 악조건의 대기로 인한 부품 부식 우려 등 동반되는 문제점 또한 명확하다.

이에 모듈형 데이터센터가 해답이 될 수 있다. 서버 컴퓨터와 같은 IT 기기들, 냉각 장치를 컨테이너 하나에 집약한 모듈형 데이터센터는 대규모 건축에 비해서 공간의 제약을 훨씬 적게 받는다. 또한, 이미 데이터 센터를 구축한 상황에서 IT 장비만 추가적으로 필요로 할 때, 해당 기기들로 만 구성된 조립식 컨테이너 데이터센터를 도입할 수도 있으며, 이외에도 이동식, 휴대용 등 모듈형 데이터센터의 종류는 다양하다.

 

[그림 8] 슈나이더 일렉트릭의 마이크로 데이터센터 제품

 

마이크로 데이터센터는 기존의 모듈형보다도 획기적으로 작으며, 에지 통신을 지원할 수 있는 데이터센터다. 에지 데이터센터로도 불리는 MMDC(Micro Modular Data Center)은 냉각 시스템, UPS, 모니터링, 화재 감지, 액세스 제어와 같은 데이터센터 기능이 통합된 서버 캐비닛으로, 기업 내부에 설치해 사용자가 비교적 간단하게 조립할 수 있으며 데이터센터를 언제든 이용, 제어할 수 있다. 빠른 통신, 제어를 요하는 자율주행차, 스마트 공장, 의료 기기 등에 적용할 수 있으며, 인구가 밀집된 도심뿐만 아니라 산간 지역처럼 설치 장소가 마땅치 않은 곳에도 비교적 쉽게 구축할 수 있어, 새로운 데이터센터 방식으로 주목받고 있다.

 

 


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