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[연재기고] 신일섭 버티브 상무

버티브 고밀도 데이터센터 냉각솔루션①
액체냉각, 고밀도 컴퓨팅센터 주류시장 노린다

인공지능(AI) 및 기타 프로세서 집약적 애플리케이션을 지원하는 서버에 점점 더 많은 처리 성능이 탑재됨에 따라 랙 전력 20kW 이상을 요구하는 시설이 증가하고 있으며 현재 많은 조직에서는 50kW 이상의 랙 배치를 계획하고 있다.

공기냉각 시스템은 더 높은 밀도를 더 높은 효율로 처리하기 위해 지속적으로 진화해왔지만 공기는 고밀도 랙에 충분한 냉각을 제공하기에는 비효율적인 열전달 특성을 갖는 측면이 있다.

이로 인해 특수서버의 성능과 안정성이 저하될 수 있으며 랙 전력이 증가함에 따라 에너지효율성이 떨어진다. 고출력 랙이 더 많이 배치됨에 따라 공기를 통한 냉각은 경제성이나 지속가능성 관점에서 불리해지게 된다.

그 결과 데이터센터 냉각용량과 효율성을 높이기 위해 랙에 액체를 이용할 가능성을 모색하는 기업이 늘고 있다. 액체냉각은 물이나 기타 유체의 높은 열전달 특성을 활용해 고밀도 랙의 효율적이고 경제적인 냉각을 지원한다.

이 접근방식은 메인프레임 및 게임 컴퓨터와 같은 여러 애플리케이션에서 검증됐음에도 랙 마운트 서버에서는 일반적으로 사용되지 않았지만 상황은 빠르게 변화하고 있다. 고밀도 랙이 확산됨에 따라 액체냉각은 이제 고성능 컴퓨팅(HPC) 센터의 틈새시장에서 주류시장으로 이동하고 있다.

버티브(Vertiv)는 향후 몇 년 동안 이 기술이 지속해서 모멘텀을 구축해 나갈 것으로 기대한다. 액체냉각을 지원하기 위해 데이터센터 장비 및 인프라 공급업체 전반에 걸쳐 광범위한 개발 작업을 진행했으며 최근에는 리어(후면) 도어 열교환기, 콜드 플레이트 및 액침 장치를 통해 서버를 냉각할 수 있는 다양한 솔루션을 제공하고 있다. 

특정시설에 가장 적합한 접근방식은 여러 요인에 따라 달라지지만 액체냉각을 고려하는 데이터센터 운영자들은 공통적인 과제를 안고 있다. 즉 랙에서 들어오고 나가는 액체 전달을 지원하는 인프라를 데이터센터와 통합하는 시스템을 구축하는 것이다.

이번 연재를 통해 데이터센터 인프라가 액체냉각을 지원하기 위해 어떻게 진화했는지에 초점을 맞춰 ①데이터센터의 고밀도화에 따른 액체냉각의 필요성 확대 ②열관리시스템의 진화와 액침냉각 등을 설명한다.

액체냉각 필연성 부상
랙 전력 밀도가 공기냉각만으로는 부족한 수준에 도달할 것이라는 예상은 오래 전부터 있었다. 최근까지만 해도 이러한 전망은 밀도가 예상만큼 빠르게 증가하지 않았기 때문에 지나치게 낙관적이었다.

그럼에도 불구하고 매우 높은 랙 밀도, 특히 콜드 플레이트 방식 및 액체냉각을 지원할 수 있는 솔루션에 대한 상당한 연구개발(R&D)을 촉발했다.

최근에는 데이터센터 산업의 주요부문에서 랙 전력 소비가 이전에 예측했던 수준으로 증가하는 추세다. 이전 세대 아키텍처보다 훨씬 높은 열출력 밀도를 가진 새로운 세대의 중앙처리장치(CPU)와 그래픽처리장치(GPU)가 랙 밀도 증가의 중심에 있다.

동시에 서버 제조업체는 각 랙 유닛(U)에 더 많은 CPU와 GPU를 설치하고 있다. 랙에 여러 대의 고성능 서버를 배치하면 랙에 냉각공기를 공급하는 시스템을 컨테인먼트와 구성해도 적절한 냉각용량을 제공할 수 없다.

또한 컴퓨팅 로드를 분산하는 전략은 단일서버 내 존재하는 물리적 거리로 인해 발생하는 대기시간 문제 때문에 처리집약적 애플리케이션에서는 실현이 불가능하다. 그 결과 구성요소가 장치 내에서 압축돼 랙 밀도를 전례 없는 수준으로 끌어올리는 초고밀도 1U 서버를 만들고 있다.

이러한 기술발전을 주도하는 근본적인 트렌드는 인공지능과 HPC의 사용이 확대된다는 것이다. 현재 클라우드 기반 HPC, 재무, 온라인 게임, 의료, 영화 편집, 애니메이션 및 미디어 스트리밍을 지원하는 데이터센터에 적용되고 있다.

결과적으로 고밀도 장비 랙은 틈새 애플리케이션에서 벗어나 점점 더 주류가 되고 있으며 열관리 시스템이 새로운 요구사항을 충족하도록 진화하고 있다.

고밀도 장비 랙을 위한 새로운 열관리 요구사항은 여러 측면에서 데이터센터 설계에 영향을 미치고 있다.

첫째는 액체냉각만으로 대용량 컴퓨팅기능을 갖춘 보다 작고 효율적인 데이터센터를 구축하도록 설계된 새로운 데이터센터다. 둘째는 공기냉각으로 설계된 데이터센터지만 향후 전환을 쉽게 하기 위한 액체냉각 인프라를 포함한 시설이다. 셋째이자 가장 일반적인 것은 데이터센터 운영자가 액체냉각을 기존 공기냉각 시설에 통합해 공기냉각 시스템의 일부 용량을 액체로 이전하는 것이다. 마지막으로 처리집약적인 엣지컴퓨팅 사이트에 대한 실행 가능한 대안으로서 액체냉각이 부상하고 있다.

이러한 각 시나리오는 유사한 솔루션을 활용하지만 분명한 과제도 제시한다. 데이터센터 열 관리와 공기 및 액체냉각 솔루션에 대한 광범위한 포트폴리오를 갖추고 심층적인 영역의 전문지식을 보유한 인프라 파트너와 긴밀하게 협력해야만 이러한 문제를 가장 잘 해결할 수 있다는 점이다.



버티브, 액체냉각 솔루션 확장
열 관리분야의 글로벌리더인 버티브는 액체 냉각으로의 전환을 단순화하고 가속화하는 광범위한 솔루션을 통해 액체냉각에 대한 종합적인 접근방식을 제공한다.

버티브의 서비스는 수년간 진행된 R&D의 결과물이며 주요대학과의 협력, 협회참여, 새로운 기술 제공기업과 파트너십을 통해 형성됐다.

에너지-스마트 전자시스템 센터(ES2: Center for Energy-Smart Electronic Systems)는 파트너 대학과 협력해 액체냉각 및 기타 방법을 통해 데이터센터의 효율성을 향상시켰다. 이러한 유형의 파트너십으로 호환 가능한 재료를 개발하고 배치하며 유체여과 및 격리방법에 대한 이해를 높이고 액체냉각 시스템에 대한 제어 최적화를 지원한다.

또한 시스템 설계 및 구축을 위한 모범사례를 개발하고 액체냉각 시스템 구성요소의 상호운용성을 보장하기 위해 그린그리드(Green Grid) 및 오픈 컴퓨트 프로젝트(Open Compute Project)에 적극적으로 참여하고 있다. GRC(Green Revolution Cooling)와 협력해 새로운 액침냉각 탱크라인의 도입에 관한 연구도 진행하고 있다.

버티브는 이러한 노력과 액체냉각R&D 프로그램을 통해 변화하는 고객 요구사항에 발맞춰 하이브리드 공기 및 액체냉각뿐만 아니라 완전 액체냉각 데이터센터를 지원하는 포트폴리오를 제공하기 위해 노력하고 있다.

포트폴리오에는 △데이터센터 액체냉각을 위한 완벽한 인프라 솔루션을 제공하도록 설계된 냉각수 분배장치 (CDU) 및 실내 냉각기 △능동형 및 수동형 리어(후면)도어 열교환기 △혁신적이고 효율적인 액침냉각 시스템 △액체냉각용 CDU 및 냉동기와 함께 작동하도록 설계된 열교환 시스템 △공기냉각 장비를 개조해 액체냉각을 지원하는 개조 솔루션 △액체냉각 인프라의 의뢰, 가동 및 운영을 위한 확립된 프로세스 및 서비스 구축 등이 포함된다.

액체냉각에 대한 시장수요가 증가함에 따라 버티브는 새로운 솔루션과 서비스를 개발하기 위해 규모와 열 관리 전문지식을 활용해 자체 역량을 지속적으로 확장하고 있다.