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고효율·고밀도 데이터센터, 냉각솔루션으로 에너지효율↑, 전력비용 ↓

데이터센터는 혁신중…최적 온습도 환경 조성해야

기사입력 2017-10-10 09:27:07
[산업일보]
사물인터넷(IoT), 인공지능(AI), 5세대 인터넷(5G), 가상현실(VR)/증강현실(AR) 등이 급속히 확산되면서 기하급수적인 데이터 증가로 이어져 이를 처리하기 위한 데이터센터의 전력밀도도 크게 높아지고 있다. 이에 따라 데이터센터 관리자들은 데이터센터의 전력밀도를 낮춰 핫 스팟(hot spot)의 발생을 방지해 안정성을 확보하는 한편, 낭비되는 전기에너지를 절약하고 이산화탄소 배출까지 관리하는 지능형 냉각솔루션에 주목하고 있다.


데이터센터의 에너지 효율에 대한 문제를 고민하기 시작한 것은 어제오늘의 일이 아니다. 벌서 2000년대 초반부터 국내 데이터센터 관리자들은 ICT 장비 외에 전력 소모가 가장 큰 냉각시스템의 전력효율을 최적화하기 위해 노력해왔다. 전 세계 데이터센터의 에너지 소비율 중 냉각장비가 차지하는 비중은 50%로 가장 많은 전력소비를 나타내고 있다. 그 뒤를 이어 ICT 장비가 26%, 전력장비가 15%, 기타가 9%를 차지하고 있다.(KISTI Market Report, 2014.01.22) 이것을 다른 각도로 본다면 서버교체 등의 간헐적 비용지출에 비해 24시간 작동하는 데이터센터를 유지하는 데 지출되는 비용의 대부분은 전기료라고 해도 과언이 아니다. 냉각장비의 전력효율 향상에 촉각을 곤두세우는 것도 이러한 맥락이라고 볼 수 있다. 에너지효율 향상은 전기료의 절감이며 이는 비용절감으로 이어지기 때문에 산업용 전기료가 비교적 저렴한 우리나라의 경우에도 간과할 수 없는 부분이 되고 있다.

데이터센터, 규모의 양분화…급속히 진행 중
클라우드 컴퓨팅의 발달, 특히 퍼블릭 클라우드의 사용 확대는 초대형 데이터센터의 탄생과 초소형, 마이크로 단위의 데이터센터의 확산을 예고하고 있다. 지난해 구글 클라우드 플랫폼, 아마존웹서비스(AWS), 마이크로소프트(MS) 애저, 페이스북 등은 미국, 유럽, 아시아 등지에 각각 데이터센터의 신규 설립을 밝힌바 있다.

고효율·고밀도 데이터센터, 냉각솔루션으로 에너지효율↑, 전력비용 ↓
버티브 코리아(舊 에머슨네트워크파워) 신일섭 상무

버티브 코리아(舊 에머슨네트워크파워) 신일섭 상무는, “해외 데이터센터들은 초대형화(하이퍼스케일)되는 추세이다. 클라우드 사용자의 확대로 구글, MS, 페이스북 등이 초대형 데이터센터화를 이끌고 있으며 기업도 이러한 추세를 이어가고 있다. 예를 들면, 기존에는 자체 데이터센터에서 모든 것을 해결했다면, 클라우드 사용이 확대되면서 기업의 본사에서는 서버, 인프라, 스토리지, 냉각설비 등을 갖춘 대형 데이터센터를 운영하지만 나머지 지사 규모에서는 클라우드를 이용해 최소한의 전산장비만을 갖춘 초소형 데이터센터, 마이크로 단위의 데이터센터로 축소되고 있다. 즉 데이터센터가 양분화되고 있는 것이다”고 말했다.

이어 “클라우드의 사용 확대가 지속적으로 증가하고 있는 우리나라에서도 이러한 해외 데이터센터의 변화추세와 비슷한 경향을 보일 것으로 전망된다. 이에 따라 데이터센터의 에너지효율을 높이기 위한 냉각시스템 역시 변화하는 데이터센터 환경에 맞춰 다양한 설비와 솔루션들을 출시하고 있다”고 말했다.

최적 냉각솔루션…기업별 환경에 맞게 선택해야
데이터센터 규모의 변화뿐만 아니라 서버룸 안의 변화도 주목해야 한다. 기존에는 하나의 랙에서 사용하는 평균 전력 사용량이 0~4kW 정도였으나 최근 데이터량이 급증하면서 전력 사용량도 상승하고 있다. 여기에 온도 및 습도의 불균형이 일어나면서 적정 온습도 범위를 맞추면서 에너지 효율을 높이기 위한 방안에 대해 업계는 고민과 대안을 모색하고 있다.

고효율·고밀도 데이터센터, 냉각솔루션으로 에너지효율↑, 전력비용 ↓
슈나이더일렉트릭 코리아 최동훈 부장

슈나이더일렉트릭 코리아 최동훈 부장은, “대부분의 데이터 센터는 전력, 냉각, 랙 용량을 100% 사용하지 않고 있다. 보통 데이터센터의 냉각장비들은 핫 스팟의 발생으로 만에 하나의 사고를 방지하고 안전하게 유지하기 위해 냉각 범위를 140~150(100을 기준으로) 정도로 여유 있게 설계하는 경우가 일반적이다. 이처럼 가동률에 맞게 여유치를 설정해 주면 전력효율을 높일 수 있다”고 설명했다.

이어 “냉각설비 전체를 에너지 효율이 높은 설비로 교체하는 방법도 있지만 기존의 설비를 그대로 두고 센서와 솔루션의 도입만으로도 효과를 거둘 수 있다”며, 쿨링 옵티마이즈(Cooling Optimize) 소프트웨어를 소개했다. “이 소프트웨어는 모든 냉각 장치가 전 랙에 미치는 영향을 지속적으로 학습한 다음 해당 정보를 사용해 냉각장치 설정 및 공기 흐름을 자동으로 조정할 수 있다. 이를 통해 모든 랙에 적절한 냉각량을 제공할 수 있어서 98%까지 핫 스팟을 제거하고 냉각 전력 소비를 감소시키는 효과가 있다”고 최동훈 부장은 설명했다.

고효율·고밀도 데이터센터, 냉각솔루션으로 에너지효율↑, 전력비용 ↓
슈나이더일렉트릭 코리아에서는 데이터센터의 냉각효율과 환경을 고려한 쿨링 옵티마이즈(Cooling Optimize) 솔루션을 선보였다.

또한 “인공지능을 이용한 냉각솔루션으로, 효율적인 냉각과 함께 탄소 배출 관련 데이터 및 리포트를 제공하고 있어서 배출량 관리 및 감소를 예상할 수 있다”고 덧붙였다.

버티브 코리아 신일섭 상무는 냉각시 항온항습기의 팬 부분 교체만으로도 에너지 효율을 어느 정도 개선시킬 수 있다고 전했다. “2∼3년 전부터 EC팬(Electronically Commutated Direct Drive Fan)으로 교체하는 데이터센터들이 증가하고 있는데 EC 팬은 풍속을 향상시켜 낮은 전력에서도 높은 풍량을 전달할 수 있다. 설치도 간단해서 팬을 설치할 때 추가적인 배선이나 조립 없이 손쉽게 이중마루 하부 설치가 가능한 장점이 있다. 여기에 예전에는 고가였으나 기술의 발달로 가격도 낮아지면서 교체수요가 증가하고 있다”고 말했다.

또한, “신규 데이터센터를 설립하게 되면 에너지 효율적인 설비를 도입하는 것이 경제적이겠지만 아직 사용 수명이 남은 기존 항온·항습기를 에너지효율 때문에 교체하는 것은 한번 더 생각해볼 필요가 있다”며, “냉각장비와 IT 장비의 물리적 배치를 고민해볼 필요가 있다”고 조언한다. “효율이 높은 전력 및 냉각 장비를 사용해도 전체적인 효율이 낮게 나타날 수가 있다. 이러한 문제의 원인 중 하나가 냉각장비와 IT 장비의 배치 때문인데 기업 스스로 에너지 효율을 높이기 위한 고민을 많이 한 후 자사에 맞는 냉각설비나 소프트웨어 등을 선택하는 것이 바람직하다”고 언급했다.

고효율·고밀도 데이터센터, 냉각솔루션으로 에너지효율↑, 전력비용 ↓
박세환 박사는 한국과학기술정보연구원(KISTI) ReSEAT프로그램에서 전문연구위원으로 활동하고 있다.

에너지 효율을 재고하기 위해서 데이터센터 내 장비들의 배치와 공기흐름에 대한 부분을 고려할 때 랙간 간격에 대한 부분도 생각해야 할 것으로 보인다. 한국과학기술정보연구원(KISTI) ReSEAT프로그램에서 전문연구위원으로 활동하고 있는 박세환 박사는, “랙 간 간격이 너무 좁아서 기기에서 발생하는 열이 자연적으로 순환되면서 냉각되지 못하고, 이로 인해 열 잡음(white noise)이 발생할 수 있다”며 “이를 해소하기 위해서는 랙 간 간격을 적절히 유지할 수 있는 공간을 확보해야 한다”고 지적했다.

데이터센터의 에너지효율을 높이기 위해서는 규모, 서버룸의 상황, 그리고 지역적·환경적 요소까지도 고려해야 한다. 이러한 지역적·환경적 요소는 최적 냉각방식을 결정하는 요소 중 하나가 되고 있다. 버티브 코리아 신일섭 상무는, “냉각기술의 발달로 물을 사용해 주변 공기를 냉각하는 증발식 및 단열 냉각방식은 비용대비 효과가 큰 장점을 갖추고 있어 최근 각광받고 있다. 반면, 물을 뿌려서 온도를 낮추는 방식이기 때문에 코일 사이즈가 커서 장비의 배치 등 공간제약이 따른다. 또한 우리나라의 경우 장마철, 겨울철에는 효과를 기대하기 어렵기 때문에 보조적인 수단을 추가로 고려해야 하지만 경제성이 높은 장점 때문에 광주, 청라 등에 위치한 대형 데이터센터의 보조적인 냉각방식으로 채용되기도 했다”고 말했다.

고효율·고밀도 데이터센터, 냉각솔루션으로 에너지효율↑, 전력비용 ↓
버티브 코리아에서 선보이는 고효율 냉각 솔루션 Liebert® PEX+(사진 왼쪽)는 높은 수준의 현열(sensible heat)을 제거, 온도 및 습도 제어를 필요로 하는 IT 핵심 장비를 위한 모듈형, 룸 기반(room-based) 냉각 장치이다. (사진 오른쪽)EC팬(Electronically Commutated Direct Drive Fan)은 집적 전자기기를 장착한 외부로터와 고효율 EC 모터의 일체형 구조로 돼 있다.

그린 데이터센터…준비 서둘러야
정부 주도로 온실가스배출권거래제가 2015년부터 1차 계획기간(2015~2017) 시행중이다. 시행 3년차를 맞고 있는 현재, SK 브로드밴드, KT, LG U+, 삼성SDS 등 대형 데이터센터들이 규제의 대상이 되고 있지만 아직까지는 시행착오를 겪는 모습을 보여주고 있다. 이에 대해 한국IT서비스산업협회는, 클라우드 데이터센터의 경우 IT전력 사용량이 지속적으로 늘어날 수밖에 없는 특성을 가지고 있기 때문에 향후 에너지 규제 적용 대상 센터는 확대될 것으로 내다봤다. 데이터센터에서 에너지효율 뿐만 아니라 환경까지도 생각해야 하는 그린데이터센터로의 변화를 촉구하는 대목이다.

KISTI 박세환 박사는, “24시간 가동해야 하는 데이터센터 내의 기기에서 열이 발생하고, 이 열을 제거하기 위해 냉각장치를 가동하면서 대기 중에 이산화탄소를 배출하게 되는데, 배출되는 이산화탄소를 어떻게 처리할지 고민해야 한다”고 지적했다. 이어 “현재보다 자동화되고 지능화된 서버운영관리를 토대로 데이터 처리량(정보량)에 따라서 냉각시스템도 지능화 기술을 도입해 유동적, 탄력적으로 운영해야 이산화탄소 배출을 최소화할 수 있을 것으로 본다”고 말했다. 또한 “열을 배출하는 부품 및 소자 등의 설계에서부터 발열에 대한 부분을 최소화하는 설계를 할 때 데이터센터의 에너지 관리가 보다 효과를 거둘 것으로 본다”고 덧붙였다.

전기 먹는 하마라는 불명예를 얻고 있는 데이터센터가 상황과 환경에 맞는 똑똑한 냉각시스템 및 솔루션의 도입으로 에너지효율을 높이고 탄소 저감이라는 미션을 수행하는 환경지킴이로 거듭날지 기대해본다.
김원정 기자 vuswlq@kidd.co.kr

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