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데이터센터 냉각 방식의 종류
공랭방식
데이터 센터에서 공랭 냉각 방식을 주로 사용되며, 다음과 같은 방식으로 작동된다 1. 서버 냉각 : 데이터 센터 내의 서버 또는 랙에서 발생하는 열을 제거하기 위해 공기가 사용된다. 각 서버 또는 랙에는 냉각 팬이 장착되어 있어 공기를 흡입하여 열을 흡수하고, 열 교환기(히트 싱크)를 통해 열을 방출한다. 2. 서버 랙 냉각 : 랙 단위로 냉각을 수행하는 방식으로, 랙의 전면과 후면에 팬을 설치하여 공기 순환을 유지하고 열을 분산시킨다. 이러한 방식은 서버의 열 발생을 효과적으로 관리할 수 있도록 돕는다. 3. 열 통로 및 냉각 채널 : 데이터 센터 내에서는 열 통로를 디자인하여 공기의 흐름을 최적화하고, 서버 간의 열 분포를 균일하게 유지한다. 또한, 냉각 채널을 통해 서버에서 냉각 공기가 효율적으로 유입되고 열을 흡수할 수 있도록 설계된다. 4. 냉각 시스템 관리 : 데이터 센터에서는 공기 조절 시스템을 사용하여 공기의 온도와 습도를 정밀하게 조절한다. 또한, 팬 속도와 공기 흐름을 조정하여 서버와 데이터 센터 내의 온도를 안정화시키는 역할을 한다. 공랭 냉각 방식은 데이터 센터에서 매우 일반적이고 널리 사용되며, 상대적으로 비용이 낮고 구축이 간단하다. 그러나 최근에는 더 높은 열 효율성을 제공하는 물 냉각 방식이나 다른 혁신적인 냉각 기술들도 데이터 센터에서 사용되고 있다.
수랭식 방식
데이터 센터에서 사용되는 수냉식 냉각 방식은 공기 냉각 방식보다 더 효율적이고 열 효율성이 뛰어난 방법 중 하나이다. 이 방식은 물이나 다른 냉각 액체를 사용하여 열을 흡수하고, 그 열을 효율적으로 방출하는 원리로 작동한다. 수냉식 냉각 방식의 주요 구성 요소와 작동 원리는 다음과 같다. 1. 냉각 타워 또는 냉각 장치: 데이터 센터 내에 설치된 냉각 타워나 냉각 장치에서 물이나 냉각 액체가 열을 흡수한다. 이 냉각 장치는 일반적으로 데이터 센터 외부에 위치하여, 냉각 액체가 여기서 열을 방출할 수 있도록 설계되어 있다. 2. 냉각 액체 순환: 데이터 센터 내의 열 발생 부품들(예: 서버, 스토리지 등)은 냉각 액체를 통해 직접 또는 간접적으로 냉각된다. 냉각 액체는 냉각 타워에서 열을 흡수한 후, 데이터 센터의 냉각 유닛을 통해 순환된다. 3. 열 교환기: 냉각 액체가 서버와 같은 열 발생 부품에 도달하기 전에 열을 효율적으로 전달하기 위해 열 교환기가 사용된다. 이 교환기는 냉각 액체와 서버 사이에서 열을 전달하고, 열이 냉각 액체로 이동하도록 돕는다. 4. 펌프: 냉각 액체를 데이터 센터 내에서 순환시키기 위한 펌프가 필요하다. 이 펌프는 냉각 장치에서 냉각 액체를 흡입하고, 열을 방출하는 곳으로 보낸다. 펌프의 효율성은 냉각 시스템의 전체 효율성에 중요한 영향을 미친다. 수냉식 냉각 방식의 장점은 다음과 같다 - 냉각 효율성: 물이나 냉각 액체는 공기보다 열 전도율이 더 높기 때문에, 열을 더 효율적으로 분산시킬 수 있다. - 전력 효율성: 공기 냉각 방식에 비해 전력 소비가 낮을 수 있다. - 소음 감소: 공기 냉각 방식에 비해 소음이 적을 수 있다. 물론, 수냉식 냉각 방식도 설치와 유지보수 비용이 높을 수 있으며, 냉각 액체의 누수나 오염 문제에 대비해야 한다. 그러나 높은 열 밀도를 요구하는 대규모 데이터 센터에서는 수냉식 방식이 매우 효과적이고 필수적인 선택일 수 있다.
액침냉각
액침 냉각(Immersive Cooling)은 데이터 센터에서 사용되는 혁신적인 냉각 방식 중 하나로, 전체 서버 또는 전자 장비를 전체적으로 액체에 잠그는 방식으로 열을 효과적으로 제거하는 기술이다. 이 방식은 공기 냉각 방식보다 열 전달 효율성이 높고, 전력 소모를 줄일 수 있는 장점이 있다. 액침 냉각 방식의 주요 특징과 원리는 다음과 같다. 액체 서브메르젼 테크놀로지(ASCT): 액침 냉각 방식에서는 전자 장비를 특수한 냉각 액체에 완전히 잠그는 방식을 사용한다. 이 액체는 일반적으로 물을 기반으로 한 냉각 액체이며, 일부 경우에는 다른 냉각 액체를 사용하기도 한다. 냉각 탱크 및 장비 수직 배치: 데이터 센터 내에는 냉각 탱크가 설치되어 있고, 각각의 탱크는 여러 대의 서버나 랙을 포함할 수 있다. 서버는 냉각 탱크 안으로 배치되며, 전체적으로 냉각 액체에 잠기게 된다. 열 전달 및 방출: 서버나 전자 장비는 냉각 액체와 직접 접촉하여 열을 전달한다. 이 과정에서 냉각 액체는 열을 흡수하고, 그 열을 냉각 탱크 밖으로 방출한다. 일반적으로는 냉각 탱크에 설치된 열 교환기를 통해 열을 방출하게 된다. 전력 및 소음 감소: 액침 냉각 방식은 공기 냉각 방식보다 더 효율적으로 열을 제거하므로, 전력 소모가 줄어들 수 있다. 또한, 공기 냉각 방식에 비해 소음이 적을 수 있다. 유지보수와 안전: 서버가 액체에 잠겨 있기 때문에 먼지와 같은 오염물질이 들어가거나 쌓이는 문제가 적다. 그러나 냉각 액체를 유지하고 정기적으로 교체해야 하는 추가적인 유지보수 작업이 필요할 수 있다. 액침 냉각 방식은 특히 고밀도 서버 랙이나 열 발생이 많은 환경에서 매우 유용하며, 최근 몇 년간 많은 기업들이 이 기술을 채택하고 있다. 이 방식은 데이터 센터의 전력 효율성을 크게 향상시킬 수 있는 한 가지 혁신적인 해결책으로 자리잡고 있다.
직접 칩 냉각(Direct-to-Chip Cooling)
직접 칩 냉각(Direct-to-Chip Cooling)은 데이터 센터에서 사용되는 냉각 기술 중 하나로, 서버의 CPU나 GPU와 같은 칩 레벨에서 발생하는 열을 직접 제거하는 방식이다. 이 기술은 전통적인 공기 냉각 방식보다 더 뛰어난 열 관리 성능을 제공할 수 있으며, 서버의 성능을 최적화하고 전력 소모를 줄이는 데 도움을 준다. 직접 칩 냉각 기술의 주요 특징과 원리는 다음과 같다. 1. 냉각 액체 흐름: 직접 칩 냉각 시스템에서는 냉각 액체가 서버의 칩에 직접 적용된다. 이 액체는 보통 물을 기반으로 하며, 냉각 액체가 칩 주변을 순환하면서 열을 흡수한다. 2. 칩과 냉각 액체의 직접 접촉: 냉각 액체는 칩의 특정 부분(예: CPU 또는 GPU)에 직접 접촉하여 열을 흡수한다. 이는 공기 냉각 방식에서는 칩에서 열을 흡수하기 위해 여러 계층을 거쳐야 하는 것과는 대조적이다. 3. 열 교환기 및 냉각 탱크: 냉각 액체가 열을 흡수한 후에는 열 교환기를 통해 냉각 탱크로 열을 방출한다. 이 과정에서 열 교환기는 냉각 액체가 다시 재순환되기 전에 열을 효과적으로 방출할 수 있도록 돕는다. 4. 전력 소모와 성능 최적화: 직접 칩 냉각 기술은 전력 소모를 줄이고 성능을 최적화하는 데 기여할 수 있다. 칩 레벨에서 열을 효과적으로 제거함으로써 서버의 냉각 요구 사항을 충족시키고, 고밀도 및 고성능 환경에서도 안정적인 운영을 지원한다. 5. 유닛 레벨 설계: 일부 직접 칩 냉각 시스템은 개별 유닛(예: 서버 모듈) 내에 적용될 수 있다. 이는 데이터 센터 내에서 모듈화된 설계와 냉각 효율성을 증가시킬 수 있다. 직접 칩 냉각 기술은 최신 데이터 센터에서 고성능 및 고밀도 서버 환경에 적합한 냉각 솔루션으로, 전통적인 냉각 방식의 한계를 극복하고 효율성을 극대화하는 데 중요한 역할을 한다.
프리쿨링 냉동기
프리쿨링(Precise Cooling)은 데이터 센터에서 사용되는 고급 냉각 기술 중 하나로, 정밀한 온도 및 습도 조절을 통해 냉각 효율성을 극대화하는 방법이다. 이 기술은 공기 냉각 방식의 진화된 형태로, 전통적인 방식보다 더 정교하고 효율적인 열 관리를 제공합한다. 프리쿨링 기술의 주요 특징과 원리는 다음과 같다. 정밀한 온도 및 습도 조절: 프리쿨링 시스템은 데이터 센터 내의 공간을 여러 온도 및 습도 구역으로 나누어 각 영역에 맞춘 정밀한 냉각을 제공한다. 이를 통해 서버나 랙 내의 열 발생 부품들이 최적의 작동 온도에서 운영될 수 있다. 센서 기술과 자동화: 프리쿨링 시스템은 다양한 센서를 사용하여 실시간으로 데이터 센터 내의 온도, 습도, 공기 흐름 등을 모니터링한다. 이 정보는 자동 제어 시스템에 의해 분석되어 냉각 장치의 작동을 조절하며, 최적의 냉각 조건을 유지한다. 고효율 냉각 장치: 프리쿨링 시스템은 고성능의 냉각 장치를 사용하여 냉각 액체나 공기를 효율적으로 조절한다. 또한, 열 교환기와 같은 기술을 통해 열을 효과적으로 방출하여 데이터 센터 내의 열 관리를 최적화한다. 효율성 및 에너지 절약: 프리쿨링 기술은 고밀도 데이터 센터 환경에서도 전력 소모를 최소화하고 열 효율성을 극대화 할 수 있다. 정밀한 냉각 조절은 에너지 소비를 줄이며, 결과적으로 운영 비용을 절감하는 데 기여한다. 다양한 적용 방식: 프리쿨링 기술은 다양한 형태로 적용될 수 있다. 예를 들어, 물 냉각 방식, 공기 냉각 방식, 액침 냉각 방식 등과 함께 사용될 수 있으며, 각각의 방식에 따라 최적화된 설계와 운영이 가능하다. 프리쿨링 기술은 현대 데이터 센터의 고급 냉각 요구를 충족시키는 주요 기술 중 하나로, 데이터 센터의 성능과 효율성을 향상시키는 데 중요한 역할을 한다.
엔비디아 블랙웰 냉각장치 "공랭식 전격 교체"
전 세계 인공지능(AI)칩 시장을 장악한 엔비디아가 최근 데이터센터를 운영하는 업체들을 향해 이처럼 경고하고 나섰다. AI열풍으로 고성능 GPU도입이 늘어나면서 현재 공랭식 위주로 운영되는 데이터센터에서 열 관리가 감당되지 않는다고 판단된다. 수랭식 시스템은 차가운 공기 활용해 열을 식히는 공랭식보다 약 20%적은 에너지를 사용하는 것으로 알려졌다. 액침냉각은 공랭식보다 전력효율을 약 30%이상 개선할 수 있는 것으로 전해졌다. 이에 업계에선 액침 냉각이 데이터센터의 전력 사용량을 절감하고 향후 운용 비용을 낮출 뿐 아니라 공간 활용도를 높이는 데 더 기여한다는 점에서 크게 주목하고 있다.
마무리
지금까지 데이터센터 냉각 방식에 대해서 알아봤다. 전세계가 AI에 대해 관심을 갖고 기업들이 적용하면서 냉각 방식은 관심을 갖을 수 밖에 없다. 데이터센터에 대해서 관심을 갖게 될 것이고 그렇다면 어떤 방식으로 최대의 효율을 낼것인지가 기업들은 실적에 반영되니 관심이 높다. 다음 페이지에서는 우리나라 데이터센터 액침냉각 업체들은 어디가 있는지 알아보록 하자.