온실가스 저감을 위한 전 세계적인 행동이 지속되고 있는 가운데 데이터센터(DC: DataCenter)는 많은 에너지사용량으로 인해 ‘전기먹는 하마’라는 오명을 쓰며 경계의 대상이 되고 있다.
MS, 에퀴닉스 등 글로벌 데이터센터 운영기업들은 에너지효율 향상, 신재생에너지 적용 등 다양한 활동을 통해 탄소중립을 위한 선제적 행동에 나서고 있다.
특히 국내에서는 4차 산업혁명의 기반시설로 인식되고 있는 데이터센터가 급격한 증가를 이루고 있는 가운데 관련설비 및 시스템 향상에 대한 관심이 집중되고 있다.
한국에너지기술평가원이 2022년 신규과제로 발표한 ‘고집적 데이터센터 에너지효율 향상 솔루션 개발 및 실증’은 이온이 주관을 맡고 △어니언소프트웨어 △한양대 산학협력단 △한국데이터센터에너지효율협회(KDCEA) △한국전자기술연구원(KETI) △삼화에이스 △SK텔레콤 등으로 구성된 컨소시엄이 선정됐다. 이온 컨소시엄은 지난 6월14일 킥오프회의를 개최하고 본격적인 활동을 시작했다.
이번 ‘고집적 데이터센터 에너지효율 향상 솔루션 개발 및 실증’ 과제는 대량의 전기에너지를 소비하는 데이터센터가 에너지수요 및 효율관점에서 관리돼야 한다는 목적의식에서 출발했다.
과제를 기획한 이윤빈 에기평 효율향상PD는 “과제를 통해 고효율 데이터센터의 핵심기술들이 개발되고 실증과정을 통한 데이터 축적까지 이뤄지면 데이터센터에서 소비되는 대량의 에너지를 절감할 수 있을 뿐만 아니라 데이터센터 산업생태계도 발전하며 고용의 선순환으로 연결될 것”이라며 “또한 과제에서 개발되는 기술들은 제로에너지건물 의무화 확대와 연계해 민간 신축건물에 설치가 확대되고 있는 BEMS의 발전과 실용성 제고에도 기여할 수 있다”고 강조했다.
일반건물比 40배 에너지 사용
데이터센터는 일반건물에 비해 40배 이상의 에너지를 사용하는 고밀도 에너지다소비건물로 그만큼 다양한 기술들이 복합적으로 적용돼야 하는 분야다. IT기술이 발전하고 관련기업들의 서버구축이 증가하면서 데이터센터의 에너지효율에 대한 관심이 매우 높아진 상황이다.
대용량 고밀도의 데이터관리를 위해 높은 수준의 처리능력을 보유한 하이퍼스케일 데이터센터가 늘어나고 있으며 과거와 같은 단순효율만이 아닌 냉각시스템의 신뢰성과 부하변동에 대한 대응성이 중요해졌다. 외기온도에 의한 자연냉각방식과 신재생에너지 활용을 통한 에너지저감 실현사례들도 다수 보고되고 있다.
시장의 대표기업들을 보면 슈나이더일렉트릭의 경우 △수냉동기 △공랭식에어컨 △직접외기증발식 △간접외기증발식 등을 비롯해 기류해석과 다양한 열원장치를 도입하고 있으며 요크는 △최적제어시스템 △공기 온도차에 의한 분리유동배치 △유로손실 최소화 △지능형 네트워크 제어 등과 같은 공조기술을 적용하고 있다.
반면 한국의 경우 아직 기술적인 격차가 있는 단계다. 소재와 기기 및 모듈단위 기술과 시스템 설계 및 제작, 시공과 관련된 기술, 운용관점의 기술들에 있어 기축 데이터센터가 에너지효율관점에서 다소격차가 있으며 요소기술 관점에도 추격이 필요하다.
하지만 열원기기와 냉동공조로 대표되는 전통분야에서 다년간 연구개발과 제품화가 이뤄졌으며 일정부분 생태계도 조성됐다. ICT분야에서도 상당한 국제경쟁력을 확보하고 있기 때문에 향후 격차를 충분히 좁혀나갈 수 있을 전망이다.
냉방효율 향상, 에너지절감 기본
데이터센터시장은 에너지사용량 절감을 위해 고효율 IT장비를 활용하고 냉방효율을 높이는 것이 기본이다. 최적관리의 중요성과 인공지능을 활용한 통합관리 솔루션시장도 성장하고 있다.
데이터센터의 에너지효율지표(PUE: Power Usage Effectiveness)는 IT장비 사용전력대비 총사용전력의 비율값이다. 국내 데이터센터는 평균 2.66으로 해외 데이터센터 평균인 1.7과 비교했을 때 격차를 보이고 있으며 해외 최고수준은 1.07인 것으로 알려져 있다.
이윤빈 효율향상PD는 “과제 기획과정에서 데이터센터 냉각솔루션과 관련된 연도별 세계 특허출원 동향분석을 진행한 결과 2005년 이후 비약적으로 증가한 후 규모를 유지하고 있는 분야로 분석됐다”라며 “주요원인으로는 IBM이나 구글, 아마존과 같은 굴지의 기업들이 자리잡고 있음을 확인했고 이는 데이터센터의 냉각솔루션이 지식재산권 관점에서 관리되며 경쟁력을 확보하는 매우 중요한 기술분야로 해석할 수 있다”고 말했다. 이어 “특허관점에서 한국은 본격적인 시작도 미국이나 일본보다 2년 이상 늦고 규모도 일본의 절반 수준으로 매우 저조한 상황”이라고 말했다.
해외 선진국 기업들의 사례를 살펴보면 하드웨어 관점에서 침수냉각법을 도입해 IT장비 냉각에너지를 크게 절감하거나 저온의 외기를 필터링 방식으로 공급, 혹은 북극해 바닷물을 냉각용으로 사용하는 해수 냉각시스템 도입으로 운용비용을 절감한 사례도 있다. 이는 페이스북, 구글 같은 기업들의 데이터센터에 적용된 기술들이다. 아마존의 경우 데이터센터에서 발생하는 온수를 시애틀 시내 건물의 난방에너지로 제공하는 프로젝트를 진행하고 있다.
이처럼 데이터저장장치나 데이터센터라는 좁은 영역에 국한되지 않으며 데이터센터 주변의 열적 여건을 적극적으로 활용해 탄소중립을 실현하거나 열에너지를 주고 받는 열에너지 네트워크 관점까지 그 범위를 확장해나가고 있는 추세다. 향후에는 보다 더 다양하고 효율적인 시스템들이 제안되고 시장에 선보일 전망이다.
고효율·고신뢰성 시스템 구현 필수
국내 데이터센터 효율화를 위해서는 기기단위 효율과 모듈 및 시스템 단위의 고효율 기술개발이 적용돼야 하며 데이터센터의 특성 상 무중단 운영을 뒷받침할 수 있는 고신뢰성 시스템 개발이 필요하다.
데이터센터의 서비스 및 데이터 가치는 기계적 환산적용이 어려운 경우가 빈번하게 있으므로 높은 신뢰성의 시스템을 구현해야 한다. 가용성이 높은 데이터센터일수록 전력공급이나 냉각장비를 설치하기 위한 공간을 더 많이 요구하며 센터구축이나 운영비도 증가하기 때문에 이를 낮출 수 있는 기술이 필수다.
이윤빈 효율향상PD는 “데이터센터 영역별 정밀측정과 분석을 위한 시스템 및 분석툴 개발도 병행돼야 한다”라며 “필드에서 생산되는 데이터의 체계적인 수집과 분석을 통해 시스템 예측력을 개선하고 제어의 자동화 비율을 높여 다양한 조건에서의 부분부하 대응력 확보와 통합관제에 기반한 상시 고효율시스템 구현으로 발전해 나가야 한다”고 말했다.
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