현재 단순한 정보 저장소로만 인식되고 있는 데이터센터가 에너지 효율성과 환경 친화성까지 겸비한 첨단 시설로의 전환점을 제시할 수 있는 수중 데이터센터 기술이 기획되고 있어 화제다.
수중 데이터센터 기술은 기술적인 진보를 넘어 경제적·환경적 가치를 창출할 수 있는 기술로, 실제로 에너지 절감은 물론 탄소 저감 효과를 통해 기후변화와의 싸움에서 중요한 역할을 담당할 것으로 기대를 모으고 있다.
해수 냉각기술 적용 ‘탄소 제로 하이퍼스케일’ 개발 연구기획 등 RFP 도출 목표
대규모 수중 데이터센터 단지 조성 환경 분석 그리드 구성기술 기획 연구도 추진
현재 전 세계적으로 데이터센터의 수가 점진적으로 증가하고 있는 가운데 이로 인한 전력 소모량이 기하급수적으로 증가하고 있는 것으로 나타났다.
또한, 데이터 집약형 연구로의 패러다임 전환과 IoT와 디지털트윈, BIM 등 공학적 활용에 기반 한 대규모 데이터센터 수요도 빠르게 증가하고 있다.
하지만, 기존 육상 데이터센터의 경우 전체 소비 에너지 중 40% 이상이 냉방 에너지로 사용되고 있다.
따라서 데이터센터 수 증가는 과다한 냉각 에너지 소요는 물론 조달되는 에너지의 생산 경로에 따라 탄소중립 추세에 역행하는 등 심각한 부수적 문제들을 초래할 수 있다는 우려의 목소리도 높아지고 있다.
이 같은 에너지 소비를 낮추기 위해 낮은 온도의 해수를 데이터센터 냉각에 활용하는 수중 데이터센터 기술이 주목받고 있다.
데이터센터를 수중에 구축할 경우 연중 항온·항습한 해저의 환경을 활용, 데이터센터 유지관리 효율이 증가하고, 전력 소모량도 감소할 것으로 예상된다.
실제로 마이크로소프트사는 지난 2017년부터 ‘Natick 프로젝트’를 통해 친환경적이고 경제적인 수중 데이터센터 구축 연구를 단계별로 시행한 바 있다.
초기 연구를 통해 기술 검증을 완료하고, 이를 바탕으로 현재 점차 대단지화를 추진하며 경제성 확보를 위해 노력을 기울이고 있다.
이에 한국해양과학기술원에서는 하이퍼스케일 수중 데이터센터 단지 조성기술 규격화와 최적화를 위한 기술 개발을 위한 기획 연구가 이뤄졌다.
이 연구는 그동안 분절적, 단편적으로 진행된 연구기획에서 벗어나 연속성과 경제성 등의 장점을 거둘 것으로 기대를 모으고 있다.
또한, 하이퍼스케일 수중 데이터센터 기술이 주변 산업에 미칠 효과를 분석하고, 이를 바탕으로 기존 기술 활용과 개선, 신규 기술개발을 구분해 효율적인 기술을 선별하는 한편, 수요기술의 FAST 분석을 통해 최적 기술경로 설정에 도움을 줄 것으로 전망된다.
특히, 탄소 절감과 미래 IT 인공지능 성장 핵심 산업을 대비해 해양신산업 분야 기술 개발과 이를 통한 미래기술 선점의 기반 마련에 마중물 역할을 할 것으로 예상된다.
연구내용
이 연구는 해수 냉각기술을 적용한 ‘탄소 제로 하이퍼스케일의 수중 데이터센터 단지 기술’ 개발을 위한 연구기획과 RFP 도출을 목표로 하고 있다.
연구진은 수중 데이터센터 하우징 형상에 따른 방열 효과 분석과 최적의 형상 개발을 비롯해 해류 흐름 속도에 따른 하우징 열교환 해석기술, 덕트를 갖는 수중 데이터센터 하우징의 해수 내부 유입에 따른 열교환 분석기술 개발 등 핵심기술 개발을 위한 연구를 기획했다.
또한, 기존 형상(Flat Tube) 대비 개선된 형상의 방열 및 냉각 효율 향상 효과 분석과 함께 강도 향상을 위한 보강재 간격과 형상 분석 및 재료 절감 방안 도출, 데이터센터 내부의 Heat Source 전산 서버 방출열 분석 및 내부 열기류 확산 해석 기술 조사, CFD 해석 결과를 활용한 에너지 절감 효과와 탄소저감 효과 분석에도 나서고 있다.
대규모 수중 데이터센터 단지 조성 입지 조사 및 배치 기술, 환경 분석 및 그리드 구성 기술에 대한 기획 연구도 추진하고 있다.
연구진은 이번 기획 연구를 바탕으로 울산광역시, GS건설㈜, ㈜포스코와 함께 ‘친환경 수중 데이터센터 단지 구축 기술연구’ 협력을 위한 업무협약을 체결했다.
기대효과
수중 데이터센터 하우징 형상에 따른 방열 효과 분석과 최적의 형상 기술을 비롯한 해류 흐름 속도에 따른 하우징 열교환 최적화 기술, 방열·냉각 효율 기술 향상의 마중물 역할을 담당할 것으로 예상된다.
또한, 데이터센터 내부의 Heat Source 전산서버 방출열과 내부 열기류 확산 기술, CFD 해석결과를 활용한 에너지 절감 기술, 탄소 저감 기술 발전에도 기여할 전망이다.
특히, 환경친화적인 데이터센터 개발은 탄소 배출 감소에 기여하는 것은 물론 지속 가능한 기술 발전을 촉진하며, 사회 전반의 에너지 사용 패턴 개선에도 도움을 줄 것으로 기대를 모으고 있다.
실제로 수중데이터 센터는 냉각을 위한 전력 소모량이 매우 적어 데이터센터의 서버 냉각의 전력 소모량을 40% 절감할 수 있을 것으로 예상되고 있어 기존의 데이터센터를 수중데이터센터로 전환할 경우 오는 2030년 전 세계 전력 절감에도 기여할 것으로 예측된다.
이외에도 군용 데이터와 사회 기간 데이터의 안정성 확보를 위해 지상 데이터센터와 연계, EMP 등의 공격에 비교적 안전한 수중 데이터센터를 활용한 이원화 관리 전략도 가능해질 전망이다.
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에너지 효율 ‘극대화’ ··· 환경 부담 크게 줄여
한국해양과학기술원 최영진 선임연구원은 “디지털 기술 발전과 함께 전 세계적으로 데이터 사용량이 급증하고 있는 가운데 데이터센터에 대한 수요가 지속적으로 증가하고 있다”며, “특히, 5G를 비롯한 빅데이터, AI와 같은 첨단 기술이 주도하는 시대에서는 이전보다 훨씬 많은 데이터 처리, 저장 능력이 요구되고 있다”고 말했다.
이 같은 환경 변화로 전통적인 데이터 센터의 운영 한계를 넘어서는 새로운 솔루션 마련이 현안으로 떠오르고 있다.
이어 “따라서 막대한 에너지를 소비하며 큰 탄소 발자국을 남기는 기존 데이터센터의 현안 문제 해결을 위해 이 연구에서는 혁신적인 접근 방법인 수중 데이터센터 단지 구축을 기획하고 있다”고 소개했다.
수중 데이터센터는 해수를 이용한 냉각 시스템을 적용해 에너지 효율을 극대화하고 환경 부담을 크게 줄일 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다.
해수 이용 에너지 집약적 냉각장비 사용 최소화 ‘큰 장점’
최 박사는 “수중 데이터센터는 낮은 온도의 해수를 서버의 냉각에 활용함으로써, 육상 데이터센터에서 필요로 하는 에너지 집약적인 냉각장비 사용을 최소화 할 수 있는 장점을 갖고 있다”며, “이는 운영비용과 탄소 배출을 동시에 감소시키는 효과로 이어진다”고 밝혔다.
이어 “현재 데이터 센터의 하우징 형상과 열 교환 방식 최적화와 해류의 흐름을 고려한 열 교환 극대화 기술 개발을 위한 기획연구에 집중하고 있다”며, “또한, 내부 열기류의 확산을 분석하고 CFD 해석을 통해 에너지 절감 효과를 정량화하기 위한 연구에도 노력을 기울이고 있다”고 설명했다.
연구진은 이번 기획 연구에 데이터센터의 입지 조사와 배치기술도 포함시키며 수중 데이터센터가 실제로 구축될 최적의 위치 선정에 필요한 기술적 기반을 마련하고 있다.
최 박사는 “최적의 위치 선정을 위한 연구를 통해 데이터센터 설계와 구축 과정에서의 효율성을 높이고, 미래의 확장 가능성을 고려한 설계가 가능해질 것”이라며, “이는 데이터센터 에너지 소비와 관련된 비용 절감은 물론 환경에 미치는 영향을 최소화해 지속가능한 데이터 관리 솔루션을 제공할 수 있다”고 말했다.
이어 “수중 데이터 센터 기술은 IT, 건설, 해양 공학 등 다양한 산업에 긍정적인 영향을 미칠 것”이라고 전망했다.
