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스페셜리포트

4차 산업혁명시대, 데이터센터 진화론

IDC 고집적화·고밀도화 경향 뚜렷
하이퍼스케일·마이크로 IDC 등장
양 극단 냉방솔루션 시장 분화



4차 산업혁명이 다가옴에 따라 모든 산업들이 새 시대에 맞는 체질변화를 요구받고 있다. 각 산업들은 IoT, AI, 빅데이터 등 다양한 요소기술들의 적용을 통해 유연하고 사용자 중심적인 서비스를 만들어내야 한다.

4차 산업혁명의 기반이 되며 새로운 서비스 제공을 위해 가장 빠르게 변화해야 하는 분야가 바로 IT인프라인 데이터센터다.

클라우딩 서비스 확대로 데이터센터는 고밀도·고집적화되고 있으며 높아지는 냉방부하를 해결할 수 있는 기술적 진보가 가미된 솔루션이 요구된다. 또한 사용자 요구의 즉각적인 대응과 데이터 보관의 신뢰성 향상을 위해 소규모 데이터센터의 모듈화도 예상되며 이에 따른 랙(Rack)쿨러시장의 성장도 기대된다.

이에 따라 4차 산업혁명 시대의 데이터센터가 갖춰야 할 모습과 설비적 특성에 대해 조명해본다.

매머드급 IDC 증가추세
4차산업혁명 시대가 도래하면서 데이터 및 컴퓨팅 수요가 급증함에 따라 데이터센터도 변하고 있다. 이에 따라 구글, 아마존, MS, 알리바바 등 글로벌 IT기업들은 시장지배력 확대를 위해 전 세계에 데이터센터를 구축하고 있다.

전 세계 데이터유통량은 2015년 3.9ZB(zetabyte: 1조1000억GB)에서 2020년까지 14.1ZB로, 같은 기간 동안 데이터센터 관련시장은 1,253억달러에서 2,085억달러로 증가할 전망이다. 국내의 경우 데이터 유통량은 2014년 1,360억GB에서 2020년 8,470억GB로, 시장규모는 2015년 2조8,000억원에서 2020년까지 4조7,000억원으로 확대가 예상된다. 2017년 기준 국내 데이터센터는 145개가 운영중이고 글로벌 기업의 국내 진출계획도 검토되고 있다.

전문가들은 데이터가 많아지고 처리해야 하는 양이 방대해지는 4차 산업혁명 시대에서는 데이터센터의 형태가 세 부류로 나뉠 것으로 전망한다. 데이터를 저장하는 핵심역할은 클라우드에서, 사용자와 직접적인 통신은 엣지에서 담당하며 이 둘 사이의 중간거점 역할을 하는 리전영역으로 데이터센터는 진화하고 있다.

실제로 데이터센터는 집적화, 고밀도화, 거대화되고 있으며 하이퍼스케일급의 데이터센터가 클라우드영역을 차지하고 있다. 반대로 엣지단은 서버, 렉쿨링, UPS 등 필수장비만 모듈화된 마이크로데이터센터가 출현해 활발히 개소를 늘려가고 있다.

결국 데이터센터는 하이퍼스케일급의 거대한 데이터센터를 상위에 두고 마이크로데이터센터가 사용자들 근처에서 통신사의 기지국과 같은 역할을 할 것이며 그 사이를 중간급의 일반데이터센터가 위치할 것이 예상된다.

시장분석기관인 Synergy Research Group 조사에 따르면 이미 미국·중국·일본·영국 등 전 세계에는 하이퍼스케일급 데이터센터가 2017년 기준 약 400개 운영되고 있다. 미국이 44%로 가장 많고 중국 8%, 일본 6%, 영국 6% 등 뒤를 따른다.

특히 하이퍼스케일급의 데이터센터가 연간 15~20%씩 증가하고 있는 추세이며 엣지부문 역시 20% 이상 성장하고 있다. 반면 중간단계 데이터센터는 이미 감소추세에 들어섰다.

국내 데이터센터 역시 고집적화·고밀도화가 진행되면서 이러한 규모화는 더욱 가속화될 전망이다. 현재 국내에서 데이터센터는 중형에서 대형 사이에 있으며 점차 소형 데이터센터들은 정리되고 초거대형 센터들로 합쳐질 것으로 예측된다.

하이퍼스케일 데이터센터는 보통 랙이 1만대 이상, 면적이 3만3,000m²(1만평) 정도의 크기로 아직 우리나라에는 등장하지 않았지만 LG U+가 평촌에 구축하고 있는 IDC의 2단계 공사가 완료되면 국내 최초의 하이퍼스케일급 데이터센터가 될 것으로 보인다.

국내 데이터센터 임대사업은 주로 KT, LGU+, SKT 등 통신사가 주도하며 이들을 중심으로 데이터센터의 규모는 점점 더 커지고 관련시장 역시 확대될 전망이다. 기업들은 데이터센터 운영비용이나 편의성 측면에서 자체 데이터센터가 아닌 외부 임대 데이터센터에 입주하는 것이 더 좋은 서비스를 받을 수 있다.

국내에서는 2021년까지 데이터센터 신규구축이 17개가 예정돼있다. 이중 임대 등 대외사업을 목적으로 하는 것은 5개다. 아마존, 구글, 페이스북 같은 글로벌IT기업도 임대로 들어온다. 데이터센터를 직접 짓고 운영하는 것보다 임대하는 것이 경제적이기 때문이다.

국내 데이터센터 시장에서는 마이크로데이터센터는 아직 일부영역을 차지한다. 지금까지는 관심을 잘 받지 못했지만 IoT를 사용하는 가전기기가 개발되면서 필요성은 점점 확대되고 있다.

사용자 밀접 ‘엣지영역’
엣지부문은 사용자가 자율주행차나 IoT 가전제품처럼 즉각적인 반응이 필요한 서비스를 요구할 때 가장 가까운 장소에 있는 데이터센터가 처리하는 것이다.

IoT는 모든 디바이스가 서로 통신을 한다. 결국 IoT가 생겨나면서 통신 데이터가 늘어나기 때문에 이러한 트래픽이 클라우드에 몰리기 전에 엣지단에서 도와주는 형태다. 엣지단이 없어도 조금 불편할 뿐이지 서비스 자체에 큰 문제는 없다. 엣지단이 있음으로 인해 IoT 기반 서비스가 좀더 잘 이뤄지는 것이다.

하지만 4차 산업혁명의 대표적인 서비스인 자율주행차는 최대한 빠른 요청과 반응이 오지 않으면 서비스에 큰 지장이 생길 수 있다. 자율주행차는 1초에 1GB의 데이터를 만들어내는데 이러한 데이터량의 증가도 데이터센터의 확장을 앞당기고 있다. 원격의료의 경우도 반응속도가 빨라야 하는데 병원 내부에 마이크로데이터센터가 있어야 가능하다.

또한 치명적인 위험이 생기지 않더라도 속도가 생명인 IT서비스에서는 기업의 경쟁력을 결정하는 중요한 요소가 될 수 있다. 한때 모바일에서 유튜브 서비스 속도가 느려 불편함을 느낀 사용자들이 대규모로 통신사를 이동한 현상이 발생해 해당 통신사가 자기 돈을 들여 유튜브 전용 캐쉬서버를 증설한 사례도 있다.

이러한 신속한 서비스는 고객을 잡는 하나의 중요한 경쟁력이 될 것이다. 경쟁기업보다 빠른 서비스를 제공하는 쪽이 이기는 것이다.

하지만 세계 트렌드와 국내 특수성에 대한 구분은 필요하다. 세계시장에서는 엣지컴퓨팅의 중요성이 빠르게 증가하고 있지만 우리나라는 땅덩이가 작아 상대적으로 마이크로데이터센터 확대는 느리게 진행되고 있다. 다만 속도가 기업의 경쟁력을 좌우하는 만큼 향후 국내에서도 엣지단의 중요성은 점점 강조될 것으로 예상된다.

냉방솔루션 양극화
4차 산업혁명에 따라 데이터센터 IT부하는 급격하게 상승할 전망이다. 서버에 공급되는 전력은 데이터센터 본연의 기능이기 때문에 부가기능인 냉방에너지를 줄이는 기술에 관심이 집중되고 있고 최적화를 위한 통합제어시스템 구축이 주목받고 있다.

규모가 다른 데이터센터들은 각각 사용해야 할 솔루션이 다르다. 특히 에너지최적화를 중시하는 공조설비들도 이러한 현장에 적합하게 변화돼야 할 필요가 있다. 하이퍼스케일급 데이터센터에서는 일반적인 항온항습기로는 더 이상 냉방을 해결할 수 없는 시대가 온 것이다.

또한 엣지단에서는 작은 규모의 서버를 유지하기 위해 전산실을 만드는 것은 과하다는 요구에서 출발해 하나의 랙 안에 서버·쿨링·UPS 등 필요한 장비를 다 넣을 수 있는 통합된 솔루션이 등장했다. 그래서 하이퍼스케일, 마이크로단에서는 양극이 서로 아무 상관없는 정반대 솔루션이 필요하다.



하이퍼스케일, 제어성능 ‘핵심’
하이퍼스케일 데이터센터는 공조에 들어가는 비용을 줄이는 것이 절체절명의 과제다.

데이터센터의 랙당 발열량은 IT설비의 고집적화로 인해 과거에 비해 굉장히 많이 올라가고 있다. 기존에는 랙당 3~4kW 정도의 전력을 사용했지만 요즘은 기본이 8kW에서 많게는 15kW로 증가하고 있다. 외국의 경우 25kW까지 사용량이 올라가기도 한다.

현재 냉각방식으로 10kW 랙이 10개면 30RT의 항온항습기가 있어야 한다. 한 방안에 20개 랙을 넣으면 30RT 항온항습기 두 대를 넣어야 하는데 이래서는 공간활용이 힘들다.

하이퍼스케일로 갈수록 발열을 효과적이고 경제적으로 처리할 수 있는 냉각솔루션이 필요하다.

하이퍼스케일에서는 외기온도로 데이터센터를 냉각하는 프리쿨링 솔루션이 적용되고 있다. 또한 이중마루를 만들지 않고 핫아일 상부에서 뜨거운 공기를 빨아들이는 등 다양한 아이디어가 적용되고 있다.

특히 4~5년 전까지만 해도 항온항습기에 정속팬, 일반압축기를 사용했던 것이 기술이 발전하면서 EC팬과 인버터·디지털 스크롤 압축기 등 용량제어가 가능한 설비들로 변화했다.

항온항습기를 설계할 때 항상 용량의 여유를 갖고 설계하기 때문에 에너지가 낭비되는 요인이 존재한다. 그래서 용량조절이 가능한 부품을 사용하기 시작한 것이다.

설비가 아무리 좋고 전체 부하를 감당할 수 있는 용량으로 설계됐어도 통합제어가 안되면 에너지낭비가 발생할 수밖에 없다.

기기간 통신으로 효과적으로 핫스팟을 제거하고 남는 냉각용량을 줄일 수 있어야 하는데 데이터센터의 규모가 커질수록 에너지사용의 차이는 더욱 크다.

통합제어분야는 국내 데이터센터 관련설비 제조사들이 가지고 있는 취약점이기 때문에 아쉬움이 남는다. 실제로 높은 실적을 가지고 있는 데이터센터 설비업체도 제어분야는 국내에 진출한 해외 경쟁사 제품을 적용했다. 자사제품들만으로 구성해 최적화한 해외기업의 성능을 따라가기는 힘들다는 것이 전문가들의 지적이다.

랙단위 쿨링 ‘차별화’
마이크로데이터센터의 핵심은 랙과 쿨링, 파워 등 데이터센터를 구성하는 필수요소를 하나의 모듈 안에 담는 것이다. 마치 냉장고와 비슷하다.

우리나라 데이터센터 운영에서 가장 중요하게 여기는 요소는 랙과 쿨링이다. 최근 항온항습기를 랙에 직접 붙이는 일체형 모듈에 대한 관심이 올라가고 있다.

마이크로데이터센터는 이러한 쿨링에 대한 부분도 포함돼 있지만 전력, 원격관리 등 더 포괄부분과 비용에 관한 요구가 크다.

마이크로데이터센터 시장은 그동안 형성된 일반적인 데이터센터 시장과 차별성이 두드러진다.
그동안 이러한 소규모 데이터센터 영역이 없던 것은 아니지만 전체 시장에서 차지하는 비중은 작았다. 하지만 4차 산업혁명의 도래 덕분에 기존과의 차별성이 커지면서 시장분위기가 바뀌고 있다.

냉방에너지 최소화, 운영 가이드라인 마련돼야
최근 데이터센터 트렌드가 클라우드로 이동하기 때문에 랙당 소모전력은 점점 높아지고 있다. 여기서 재미있는 점은 기존에 랙당 3~4kW 정도의 전력을 사용했을 때부터 열에 대한 문제는 끊임없이 제기되고 있다는 점이다.

실제로 데이터센터에서는 랙이 최대로 수용할 수 있는 용량을 전부 사용하지 않는다.

미래에는 더욱 고밀도·고집적화될 텐데 이러한 열관리는 굉장히 중요한 문제로 다뤄지고 있다. 사전에 철저한 시뮬레이션이 필요하지만 국내 데이터센터는 설계 시 CFD로 검토해봤다고 한다.

업계의 한 관계자는 “국내 데이터센터 설계 시 설비 납품사들이 끼워팔기식으로 CFD 해석을 제공하고 있다”라며 “정말 운영자 입장에서 효율적으로 해석하는 것인지 자기 제품을 팔기 유리하게 해석하는 것인지는 의심해봐야 할 일”이라고 지적했다. 결국 신뢰성의 문제다.

또한 데이터센터는 서버 증설, 개보수 등으로 운영환경이 꾸준히 변하지만 이 과정에서 생기는 열의 불균형은 아무도 신경쓰지 않는다.

데이터센터의 핵심은 IT설비이고 이를 보조해주는 냉방은 부가적인 지출이다. 즉 냉방에 사용되는 에너지가 많을수록 리소스는 낭비된다는 의미다.

설계·시공단계를 넘어 효율적인 운영에 대한 가이드라인 마련이 시급한 상황이다.