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스페셜리포트

박배균 한일엠이씨 본부장 “고밀도 IT서버 증가추세50kW 이상 랙, 액침냉각 대안”

DC 평균 랙밀도 상승폭 지속확대 전망

박배균 한일엠이씨 본부장은 ‘고밀도 서버랙 냉각방식 설계사례’ 발표를 통해 데이터센터의 IT전력 증가에 따른 냉각방식 설계안을 공유했다.

데이터센터 랙밀도 상승은 IT서버의 주요부품인 CPU(Central Processing Unit), GPU(Graphic Processing Unit) 발전트렌드와 밀접한 관련이 있다. CPU TDP(열설계전력)은 2009년 130W(W5590(4C/8T))에서 2019년 400W(XEON Platinum 9282(56C/112T))으로, GPU TDP는 2009년 188W(Tesla C1060)에서 2019년 400W(HGX3)로 상승했다. 엔비디아에서 2023 출시예정인 지포스 RTX 4090Ti는 600W 이상 전력을 사용할 것으로 알려졌다.

AI·가상화폐 서버 안정적 열관리
랙밀도는 앞으로 기하급수적으로 상승할 전망이다. 기존 데이터센터는 단순 클라우드 저장공간을 이용하기 위한 Share 개념이 많이 요구됐다면 현재는 단순한 정보저장을 넘어 딥러닝, 머신러닝, 인공지능으로 발전하고 있으며 블록체인 해석 등 기술발전에 따라 고밀도 서버가 설치되는 데이터센터가 자연스럽게 증가할 예정이다. 

현재 일반적으로 고밀도 랙이라고 불리는 용량은 10~12kW이며 가장 많이 적용중인 룸쿨링(Room Cooling) 방식으로 설계되고 있다. 룸쿨링 방식은 2022년 글로벌 트렌드 랙(8~12kW)까지 설계에 적용되고 있으며 가장 많이 검증되고 보편적인 방식이다. 고효율 인버터 터보냉동기와 냉각탑, 프리쿨링냉동기, SPLC 등을 통해 냉수를 생산하고 생산된 냉수는 데이터홀에 설치된 CRAH에 공급하고 냉기로 서버를 냉각시킨다.

Immersion Cooling 방식은 서버를 전기가 통하지 않는 액체에 담궈 초고밀도 부하대응이 가능해 일반적으로 50~100kW 랙에 많이 사용된다. 100% liquid 냉각방식으로 고밀도 서버를 냉각시키면서도 가장 적은 에너지를 사용한다.

Immersion Cooling은 서버 전체를 열전달 속도가 높고 열저항이 낮은 유체에 침지한다. 별도의 별도의 Heat Rejection System(C/Tm Dry Cooler 등)을 통해 서버를 냉각해 온도가 상승한 액체의 열을 제거하기 때문에 압축기 등 소요동력이 큰 장비가 필요없다. 공기대비 물이 비열, 밀도 등 열용량이 높아 냉각시스템을 효율적·안정적으로 관리할 수 있다.

최근 이슈가 되고 있는 가상화폐, AI를 위한 GPU 서버는 4U RACK 타입으로 최대 8개의 GPU와 2~8개 CPU, 2,200W×2(Redanducy +1) PSU, 다수의 HDD 또는 SSD가 설치된다. 

박배균 본부장은 “AI용 서버의 경우 4U당 약 5kW로 42U RACK에 구축될 시 50kW의 전력이 소요된다”라며 “다량의 GPU, CPU 설치 시 많은 전력소모가 요구되기 때문에 이에 맞는 냉각방식으로 변경이 필요하며 코로케이션기업이 아닌 특수기업에서 이러한 설계용역 의뢰가 많이 들어오고 있다”고 말했다.

이어 “최신 냉각기술인 Immersion Cooling시스템을 검토한 결과 충분한 적용성을 확인했으며 PUE 측면에서 매우 유리하기 때문에 같은 수전용량에서 더 많은 IT로드를 공급할 수 있다”고 말했다. 

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