(투자 아이디어) 데이터센터 차세대 냉각시스템 '액침냉각'

최근 OpenAI의 등장으로 인해 데이터센터 수요가 증가하고 있습니다.

 

이에 따라 액침냉각(immersion cooling)에 대한 관심이 높아지고 있습니다.

 

액침냉각은 서버나 전자 기기를 액체에 담그는 방식으로 열을 효과적으로 제거하는 기술입니다.

(투자 아이디어) 데이터센터 차세대 냉각시스템 '액침냉각'

 

오늘은 데이타센터의 차세대 냉각시스템인 액침냉각에 대해서 알아보겠습니다.

 

데이터센터 수요급증

 

데이터센터는 대용량 데이터를 저장하는 IT기기로 휴대전화로 사진이나 동영상을 찍어 SNS에 올릴 때, 또 누군가 이를 보고 공유할 때 뿐만 아니라 각종 애플리케이션과 서비스를 구축하고 실행할 수 있게 도와주는 역할을 합니다.

 

그만큼 데이터센터는 현대인에게 도로나 통신망만큼이나 중요한 사회적 인프라가 됐습니다.

 

최근 OpenAl의 등장으로 새로운 데이터 가공, 처리, 연산으로 발생하는 데이터 급증으로 데이터센터 수요가 증가하고 있습니다.

 

데이터센터 필수시스템, 냉각시스템

 

최근에는 클라우드 컴퓨팅이나 인공지능이 빠르게 발전하면서 더 많은 데이터양과 더 빠른 처리 속도가 요구되고 있습니다.

 

이에 따라 데이터센터 역시 더 크고 강력하게 효율적으로 운영 될 필요성이 증가하고 있습니다.

 

(1) 탄소중립

 

데이터센터는 비슷한 규모의 일반 건물 대비 40배 ~ 100배 더 많은 전력을 소비합니다.

 

2020년 기준 데이터센터에서 소비한 전력량은 전 세계 전력 소비량의 1%를 차지할 정도로 남아프리카 공화국 전체에서 소비하는 전력량보다 높은 수준이었습니다.

 

데이터센터의 전력 소비량은 계속 늘어 이제 에너지 효율을 위해 다이어트를 해야 할 시기가 다가왔습니다.

 

서버가 소비하는 전력을 줄이기에는 한계가 있어 온도 유지를 위한 냉각 방식을 효율화하는 것도 주목을 받게 된 것입니다.

 

(2) 효율적인 데이터센터 관리

 

노트북이나 휴대전화가 뜨거워졌을 때 버벅거리는 것처럼 데이터센터 역시 발열시 성능을 저하시킬 뿐만 아니라 고장을 내기도 하고 자칫 잘못 관리하면 불이 날 수도 있습니다.

 

이 때문에 열을 식히기 위한 데이터센터 냉각시스템은 굉장히 중요하고 다양한 냉각시스템이 연구되고 있습니다.

 

다양한 데이터센터 냉각시스템

AI 경쟁 -> 더 많은 칩 더 빠르게 -> 고성능 서버 -> 발열 증가, 전력 사용량 증가

 

서버, 20~25도에서 효율적으로 작동하기 때문에 온도 유지 위한 냉각 시스템이 필요

공랭식냉각 (현재 주류)	수냉식냉각 (공랭식보다 28%감소)	액침냉각
센터 외부 공기로 서버 냉각	냉각수 배관을 통해 물이나 다른 액체 순환하여 서버 냉각	서버 비전도성 액체에 넣어 냉각
		DTC(Direct to chip)
		칩에 부착한 냉각판이 열 흡수
		-> 설치비용 증가, 필요공간 감소, 에너지 효율 증가, 전력소비 감소

 

(1) 공랭식

 

전통적으로 사용됐던 방식으로는 에어컨 냉매를 활용해 공기를 차갑게 유지하는 공랭식 방식입니다.

 

쉽게 말해 차가운 에어컨 바람이 나와 열을 식혀주는 방식이지만 이 방식은 데이터센터가 사용하는 전체 에너지의 약 50% 이상을 냉각 시스템에 소비해야 할 만큼 전력 소모가 심합니다.

 

그래서 일부 데이터센터는 북극과 같은 추운 지역에 설치해 차가운 바깥 공기를 들여와 열을 식히기도 합니다.

 

(2) 수냉식

 

수냉식은 차가운 물이 데이터센터 내 장비 근처를 흐르면서 발열를 흡수하는 방식입니다.

 

수냉식은 공랭식에 비해 전력 사용량을 약 10% 감축할 수 있다는 장점이 있습니다.

 

심지어 마이크로소프트는 데이터센트를 아예 바닷속으로 집어넣으려는 연구도 했습니다.

 

나틱 프로젝트로 알려진 이 실험은 2018년 스코틀랜드 해저에 배치되어 2년 동안 성능과 안정성 그리고 에너지 지속 가능성을 검증하기도 했지만 데이터센터를 밀봉하여 바닷속에 넣었기 때문에 혹시라도 부품이 고장 나는 경우 수리가 어렵습니다.

 

수명이 다 된 데이터 센터는 한번에 꺼내 전체를 교체해야 한다는 점 등의 한계도 있습니다.

 

(3) 액침냉각

다양한 냉각 방식들이 개발되고 활용되는 가운데 최근 가장 주목받고 있는 냉각기술이 바로 액침 냉각입니다.

 

뜨겁게 열을 내는 전자기기를 전기가 통하지 않는 액체 속에 통째로 담가 식히는 방식을 말합니다.

 

전기가 통하지 않고 열 저항이 낮은 특수한 액체를 활용해 장비의 열을 흡수합니다.

 

용액이 직접 열을 흡수하기 때문에 더 빠르고 많은 열을 흡수할 수 있어 효율적입니다.

 

기존의 공랭식 방식과 비교한다면 최대 1200배 빠르게 냉각시키고 에너지 사용량은 최대 50% 줄일 수 있습니다.

 

또한 액체 안에 전체 시스템이 담기기 때문에 전체 시스템의 온도를 고르게 낮출 수도 있으며 먼지나 외부 오염을 습기로부터 장비를 보호하는 효과도 있습니다.

 

액침냉각의 종류

 

액침냉각에 사용되는 절연유체에 따라 단상(single-phase) 방식과 2상(two-phase) 방식이 있습니다.

 

(1) 단상 방식

 

단상 방식의 경우 절연유체가 액체 상태로 순환하며, 전기 부품을 통과하면서 열을 흡수합니다.

 

이 과정에서 별도의 상변화 과정을 겪지 않습니다.

 

(2) 2상 방식

 

2상 방식의 경우 절연유체가 열을 흡수하는 과정에서 기체로 상변화 하게 됩니다.

 

즉 상변화를 위한 잠열을 활용하는 방식입니다.

 

냉각 효율면에서는 2상 방식이 더욱 효율적이나, 이 방식은 냉각설비가 반드시 밀폐되어야 한다는 전제조건이 있으며, 설비가 다소 복잡해지고, 유지관리 관점에서 까다로움이 발생할 수 있습니다.

 

액침냉각 시장규모

 

액침냉각 시장규모는 21년 1.9억달러에서 29년 23억달러(약 3조) 전망되고 있습니다.

액침냉각 관련주

 

 

(1) SMCI (슈퍼마이크로컴퓨터)

• 액침냉각의 글로벌 대장주 2년만에 주가 25배
• AI 최적화 쿨링솔루션 (액침냉각 등)
• S&P500 편입(24.03.18)
• 엔비디아 기반 서버 클러스터를 구축
• 엔비디아 칩으로 서버를 만드는 기업

 

(2) Vertiv (버티브)

• 냉각솔루션 제공 / 데이터센터향 매출 비중 70%
• 엔비디아와 차세대 냉각 솔루션 개발
• 고객사 마이크로소프트 등
• 공랙식, DTC, 액침냉각 솔루션 제공
• 24년 매출 7,549백만달러(약 11조). OP 1,093백만달 러 (약 1조) /순이익7억달러(0.9조)

 

(3) GST

• 안정적 온도 유지 장비 칠러 제조/판매
• 자회사 이에스티, 콜드체인 시스템 생산
• 액침냉각 시장 진출 및 관련 시스템 공개

 

(4) 인성정보

• 자회사 아이넷뱅크, 버티브와 계약 이력

 

(5) 케이엔솔

• 액침냉각 기업 스페인 Submer 기업과 협력

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지금까지 데이타센터의 차세대 냉각시스템인 액침냉각에 대해서 알아보았습니다.

 

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