에너지효율성과 온도제어가 중요한 데이터센터(DC) 냉각분야에서는 항상 혁신적인 솔루션 구축이 필수적이다. 그중에서도 FWU(팬월유닛: Fan Wall Unit)는 DC 내 공기분배를 관리하고 최적의 운영조건을 보장하는 전략적 접근 방식을 제공하면서 최근 DC쿨링시장의 게임체인저로 부상했다.

ASHRAE에서 DC부문을 다루고 있는 TC(기술위원회) 9.9 위원으로 활동하고 있는 DC쿨링 전문가 조진균 한밭대학교 교수를 만나 FWU 기술·시장동향에 대해 들었다.

 

■ 최근 DC쿨링시장에서 FWU 위치는
지금까지도 DC냉각을 위해 공랭식 IT서버가 절대적으로 지배적인 상황이다. 이중바닥(raised floor)을 통해 급기(SA)를 상향공급하는 방법과 상부덕트를 통해 하향급기하는 방법의 장·단점에 대한 다양한 해석이 이어지고 있다.

DC 공기분배 설계에 가장 적합한 것은 무엇이고 이중바닥 또는 슬래브(하드)바닥 구조 중 어떠한 것이 효율적인가라는 질문은 DC업계에서 가장 오래된 논쟁 중 하나이다.

그러나 현재는 세 번째 선택지인 FWU가 있다. DC냉각시스템에 FWU를 적용한 가장 유명한 DC는 메타(META)일 것이다. 메타는 2011년 미국 오리건주 프린빌(Prineville) 첫 번째 DC부터 거대한 FWU을 사용해 외기냉방(air side economizer)과 증발냉각(evaporative cooling)을 결합했다.

 

■ FWU 특징은
FWU는 DC 운영환경에 맞는 효율적인 공기분배를 위해 모듈식팬 배치를 사용한다. 이 기술은 IT장비의 안정적인 운영을 위해 일정하게 온도를 유지하는 것이 가장 중요한 DC냉각문제를 해결하기 위해 특별히 설계됐다. 

첫째로 정밀냉각 및 온도제어가 가능하다. FWU 모듈은 공기흐름을 분배하고 집중적으로 제어할 수 있어 상면공간(white space) 넓은 영역에서 온도를 정밀하게 제어할 수 있다. 이러한 정밀한 표적냉각은 핫스팟(hot spot) 위험을 최소화하며 IT장비가 최적 온도범위 내에서 운전될 수 있게 한다.

둘째로 부하대응과 확장성이 용이하다. 모듈로 구성된 FWU 솔루션은 확장성이 우수해 변화하는 DC 요구사항에 적절하게 대응할 수 있다. 컴퓨팅 성능 전력밀도가 증가함에 따라 DC는 기존 FWU에 팬모듈을 추가해 냉각인프라를 쉽게 확장할 수 있다. 이러한 확장성을 통해 냉각시스템은 고밀도 IT장비의 열부하 증가에 대응할 수 있다.

셋째로 에너지효율이 우수하다. 모듈개념 설계를 통해 공기분배를 실제 열부하에 최적화할 수 있어 기존 페리미터(perimeter) 냉각시스템에 비해 에너지소비를 줄일 수 있다. 실시간 조건에 따라 풍량을 동적으로 조정하는 기능은 DC의 전반적인 에너지효율을 더욱 향상시켜 상당한 비용절감 효과를 얻을 수 있다.

넷째로 이중화와 신뢰성 측면에서 강점이 있다. FWU는 N+1 이상 이중화를 염두에 두고 설계돼 냉각시스템에서 높은 수준의 안정성과 신뢰성을 보장할 수 있다. 팬에 장애가 발생하는 경우 모듈 내 구성된 다른 팬으로 공기분배를 원활하게 재지정함으로써 냉각 프로세스 중단을 방지하며 IT운영의 무결성을 확보할 수 있다.

 

 

■ DC FWU 시장동향은

DC냉각시장은 2023년 127억달러(약 17조116억원)에서 2030년까지 296억달러(약 396조6,500억원)로 연평균성장률(CAGR) 12.8%로 증가가 예상된다. DC냉각시장이 성장한 주된 원인은 전 세계적으로 생성되고 사용되는 데이터의 양이 증가하기 때문이다.

데이터 집약적인 애플리케이션, 클라우드 컴퓨팅, 사물 인터넷(loT) 및 생성형 인공지능(AI)의 기하급수적인 증가와 함께 DC는 워크로드 증가에 직면해 효율적이며 혁신적인 냉각솔루션이 필요하다. 디지털 서비스에 대한 의존도 증가와 IT 인프라의 지속적인 확장은 최적의 성능, 에너지효율성 및 지속가능성을 보장하는 냉각기술에 대한 수요를 촉진하고 있다.

 

FWU 시장규모는 정확히 파악하기 쉽지 않지만 기존 DC냉각시장 성장률보다 더 빠르게 커지고 있는 것은 충분히 체감할 수 있다.

기술트렌드 관점에서 보면 하이퍼스케일 DC를 주목해야 한다. 하이퍼스케일링은 IT 대기업이 추구하는 방향이다. 아마존, 구글, 페이스북과 같은 세계 최대기업 중 일부는 하이퍼스케일 DC를 운영하고 있다.

이들 시설은 축구장 여러 개를 합친 크기에 달할 정도로 거대하다. 하이퍼스케일시설은 IT업계에서 혁신적인 솔루션의 선구자가 될 수 있다. 이러한 인프라는 DC업계의 일반적인 관행의 한계를 뛰어넘어야 하기 때문이다.

특히 냉각시스템이 이에 해당한다. 운영자는 통일된 관리 애플리케이션을 통해 모든 냉각시스템을 제어할 수 있다. 또한 하이퍼스케일 DC는 시설 운영온도를 높일 수 있다. 결과적으로 더 많은 냉각이 필요 없게 된다. FWU가 하이퍼스케일 DC냉각기술 대안이 될 수 있는 것은 대규모 시설기준으로 적합하며 모듈화된 IT장비와 함께 확장할 수 있기 때문이다.

 

 

■ 리퀴드쿨링 시대에 FWU 전망은
현재 DC산업에서 대부분 사용되는 IT장비는 공기로 칩 등 전자부품을 냉각하는 공랭식이다. 이에 따라 ASHRAE에서는 IT장비를 냉각하기 위해 공급되는 인입온도를 정하고 산업계는 이를 준수하고 있다.

DC산업계는 IT장비 냉각을 위한 공기 및 냉수온도가 지속적으로 상승하는 방향으로 발전함에 따라 경제성, 열회수 및 재사용 등 고효율 솔루션에 대한 기회가 증가하고 있다. IT장비 워크로드에 따라 다르지만 DC는 전력 및 냉각 요구사항이 25% 이상 높은 장비를 수용해야 하는 상황에 직면할 수 있다. 이러한 변화는 일반적으로 수용하기 쉽지 않다.

 

칩 온도 또는 예열문제로 인해 주변 온도공급을 낮춰야 하는 고밀도시스템은 이미 존재한다. 공랭식 ASHRAE A4 등급(최대 45℃)을 지원하는 IT장비 적용이 가능했지만 이러한 플랫폼 중 상당수는 이미 A3 또는 A2 등급만 지원하는 것으로 변경됐다. 고밀도시스템은 제한된 구성으로 A2만 지원할 수 있다.

이에 따라 고밀도DC 시스템구성기준을 보다 명확히 하기 위해 관련내용 분리를 제안하면서 H1 등급을 정의했다. 더 높은 공급 온도를 충족하는 IT장비는 수냉식(liquid) 냉각설계가 필요하다. 공랭식은 냉수공급온도를 높이기 위해서 열기반(row-based) 또는 랙기반(rack-based) 냉각으로 변경해야 하며 CRAC/H 유닛의 개수가 증가해 일반적으로 냉각솔루션 비용이 증가한다.

 

기술변화에 따라 액침냉각을 포함한 수냉식 냉각시스템을 준비하는 것이 당연히 필요한 시점이다. 그러나 아직 수냉식 IT장비에 대한 기준 및 제품생산은 초기단계다. 즉 전 세계 기존 DC 99% 이상은 아직 공랭식 IT장비를 사용한다. 다시 말해 공랭식 냉각시스템을 적용한다는 것이다.

이에 따라 수냉식 냉각방식에 대한 수요는 증가하겠지만 향후 수년간은 공랭식 냉각방식의 점유율이 크게 바뀌지는 않을 것으로 판단된다. FWU은 기존의 공랭식시스템 중 공간단위 냉각에서 우수성을 갖고 있으므로 향후 DC 프로젝트에 우선 검토대상이 될 것이다.

 

■ FWU 시장활성화를 위해서는
FWU는 공랭식 냉각시스템 중 하나의 대안으로 선택적 기술에 해당한다. 이에 따라 시장활성화를 위한 정책‧제도적 개선방안 보다는 기술적 우위 및 에너지효율성에 대한 실제 사례 등이 축적된다면 DC냉각시장에서 지속적으로 영향력이 확대될 잠재력을 가지고 있다.

 

■ FWU 기술개선 방향성은
지난 몇 년간 DC산업이 10MW에서 100MW 시설 및 건축물로 성장함에 따라 기계설비공학자와 연구자는 더 많은 냉각용량을 확보하면서도 에너지와 성능효율은 높이는 대신 설치공간은 더 적게 차지할 수 있는 방법을 모색해왔다.

결론적으로 FWU를 DC냉각 전략에 통합하는 것은 효율성, 확장성, 지속가능성 개선에 중요한 역할을 할 수 있다. 데이터 처리능력에 대한 수요가 계속 증가함에 따라 FWU솔루션은 보다 안정적이며 에너지효율적인 운영을 보장해 미래 DC인프라 구성에 중추적인 역할을 할 수 있도록 지속적인 자기혁신이 필요할 것이다.

DC냉각기술은 IT장비 조건에 종속되는 것이 당연하다. 과거 냉각방식과 현재 냉각방식, 그리고 미래 냉각방식은 지속적으로 기술발전을 통해 빠르게 변화해왔으며 앞으로도 더 빠르게 변화할 것이다. 새로운 냉각기술의 개발 및 적용을 위해서는 과거와 현재를 관통하는 냉각기술의 이해가 뒷받침이 돼야한다. DC의 전반적인 설비인프라기술을 체계적으로 볼 수 있는 서적인 ‘DC 인사이드+아웃(문운당)’을 권한다.