[Kixxpedia] 탄소중립 시대를 위한 차세대 열관리 방식, ‘액침냉각’이란?

2024-06-21

2024-06-21

Data cable image for servers이제 IT 서비스 없이는 단 하루로 살기 어려울 정도로 IT는 우리 삶의 필수요소가 되었습니다. 최근에는 AI(인공지능) 도입과 클라우드 전환이 가속화되면서 서버, 네트워크, 스토리지 등 IT 서비스 제공에 필요한 장비를 통합 관리하는 핵심 인프라인 데이터 센터의 수요가 급증하고, 우리 삶과 밀접하게 연결되어 있는 데이터센터는 24시간 365일 멈추지 않고 가동됩니다. 방대한 양의 데이터 처리와 무중단 운영으로 인해 데이터센터 장비들은 많은 양의 열을 발생시키는데, 과도한 발열은 데이터센터 장비들의 성능을 저하시키고 서버 장애를 불러일으킬 수 있습니다. 이 때문에 데이터센터의 ‘열관리 기술’이 매우 중요합니다. 최근에는 데이터센터의 높은 에너지 소비량에 대한 지적도 이어지면서  에너지 효율성은 물론 안정적인 서버 운영 및 성능 유지에 도움을 주는 열 관리 기술, 그 중에서도 액침냉각 방식에 대한  관심이 높아지고 있습니다.

 

데이터센터 열관리 방식의 종류

Image showing data center cooling technologies: air cooling, water cooling, and liquid immersion cooling

데이터 센터 냉각 방식의 종류: 공랭 방식, 수랭 방식, 액침냉각 방식

데이터센터가 급증함에 따라 ‘열관리 기술’도 빠르게 진화해왔습니다. 데이터센터의 열을 관리하는 전통적인 방식 중 하나는 공기를 활용해 열을 식히는 공랭식입니다. 에어컨 냉매를 활용해 공기를 차갑게 유지하는 대표적인 열관리 방식이지만, 전력 소모가 매우 심하다는 단점있습니다.

또다른 방식으로는 차가운 물이 데이터센터 내 장비 근처를 흐르며 서버의 열을 흡수하는 수랭식이 있습니다. 비슷한 원리를 활용해 마이크로소프트는 데이터센터를 아예 바닷속으로 집어넣는 ‘나틱 프로젝트’를 약 2년 간 진행했지만 유지 보수가 까다롭다는 점 등의 한계로 상용화하지는 못했습니다.

효과적인 열관리를 위해 다양한 냉각 방식들이 개발되고 활용되어온 가운데, 최근에 가장 주목 받고 있는 열관리 방식이 바로 ‘액침냉각’ 입니다. 액침냉각이란 데이터센터 서버부터 EV(전기차)용 배터리와 급속충전기, ESS(에너지저장장치)용 배터리까지, 다양한 IT 장비를 비전도성 유체에 침전시켜 열을 식히는 기술입니다. 전기가 통하지 않는 유체가 직접 열을 흡수하는 방식이기 때문에 누전이나 기기 고장의 우려가 없고, 기기의 열기가 유체로 바로 전달되어 냉각 효율도 높다는 장점이 있습니다.

 

액침냉각 중요한가?

액침냉각 기술은 기존 방식들의 한계를 극복하고 장점은 극대화한 차세대 열관리 기술로 평가받고 있습니다. 그 중 가장 주목할만한 특징은 소비 전력의 효율성입니다.

전 세계 전력 소비량의 1%를 차지할 정도로 막대한 양의 전력을 소비하는 데이터센터는 비슷한 규모의 일반 건물 대비 40배에서 100배 많은 전력을 소비합니다.  그중 서버 열 관리에 사용되는 전력 소비량이 일반적으로 전체의 40% 가량을 차지할 정도로 높습니다. 액침냉각 방식은 기존 냉각 기술 대비 전력 소비량의 절반 가까이를 줄일 수 있어 탄소중립 시대를 위한 대표 열관리 기술로 떠오르고 있습니다. 2022년, 인텔이 액침냉각 기술 개발에 총 7억 달러를 투자한다고 발표한 사례는 해당 기술이 미래 산업 분야에서 얼마나 가치있게 평가받고 있는지 보여줍니다.

 

액침냉각 기술의 작동 원리

Image showing the operating principle and sequence of single-phase liquid immersion cooling technology (method)

단상 액침냉각 방식

액침냉각 기술에도 다양한 종류가 있지만, 그중 가장 널리 활용되는 것은 단상 액침냉각 기술입니다. 단상 액침냉각 기술은 구조가 단순해 설치 비용을 절감할 수 있고, 유체의 증발 손실이 없어 더욱 경제적이고 효율적입니다.

단상 액침냉각 기술의 작동 원리와 순서는 다음과 같습니다.

  1. 비전도성 유체인 액침냉각유로 채운 인클로저에 서버 등의 장비를 담급니다.
  2. 시스템을 작동시키면 유체는 장비에서 발생된 열을 흡수하고, 흡수한 열을 멀리 이동시킵니다.
  3. 장비의 열을 흡수하며 가열된 유체는 CDU(냉각수 분배 장치)로 이동하는데, CDU의 열 교환기에 의해 열이 추출됩니다.
  4. 열이 추출되며 재냉각된 유체는 인클로저로 다시 이동하여 장비의 열을 흡수하는 사이클을 반복합니다.

 

액침냉각 방식의 장점

Infographic image showing five advantages of immersion cooling technology

액침냉각 기술의 장점: 지속가능성, 에너지 효율성, 장비 성능 향상, 유지 관리 비용 절감, 공간 효율성

액침냉각 방식은 기존 냉각 기술에 필요한 장비(팬, 펌프 등)가 필요 없고 공기 대비 열전도율이 높아 냉각 효율이 우수하기 때문에 전반적으로 에너지 효율이 좋습니다. 향상된 에너지 효율은 자연스럽게 탄소 중립과 지속가능성 실현에 기여합니다.

장비의 성능 향상에도 도움을 줍니다. 액침냉각 방식은 단순히 장비의 열을 낮추기만 하는 것이 아니라 시스템 장치의 온도를 균일하게 유지하는 용도로 사용됩니다. 액침냉각을 통해 장치의 온도를 낮고 균일하게 유지하면 전반적인 성능이 향상되고, 최적화된 환경에서 작동하기 때문에 장비 수명도 연장됩니다.

또한, 냉각시 공기 흐름이나 열 방출을 위한 공간이 따로 필요하지 않기 때문에, 타 냉각 기술 대비 동일한 공간 내에서 더 많은 장비를 수용하여 냉각시킬 수 있어 공간 효율성이 우수하다는 장점을 지닙니다.

결론적으로 액침냉각 방식은 냉각 시스템 유지 관리 비용 절감에 도움이 됩니다. 향상된 에너지 효율로 인한 에너지 소비량 감소와 장비들의 연장된 수명은 시간이 지남에 따라 상당한 비용 절감 효과를 가져다 줄 수 있습니다.

Kixx 역시 작년 데이터센터 전용 액침냉각유 Kixx Immersion Fluid S를 출시하며 열관리 시장에 처음 진출한 후, 올해는 제품 포트폴리오를 확장하며 다양한 산업군을 위한 맞춤형 액침냉각 솔루션을 제공하고 있습니다.

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