미국 내 데이터센터 건설 확대로 높아진 전력과 열관리 수요

메타의 새로운 데이터센터가 시카고에 위치하며 열처리와 전력 수요를 발생시키다


메타(Meta)의 새로운 데이터센터, 시카고에 자리잡다

일리노이주는 2019년 ‘데이터센터 투자 지원법’을 통해 최소 2억5000만 달러를 투자해 데이터센터를 건설하고 있다. 또한 20개 이상의 운영직 일자리를 창출하는 기업에 면세 혜택을 제공하며 기업들의 데이터센터 건립을 권장하고 있다. 이런 정책적 노력으로 페이스북과 인스타그램 등을 운영하는 세계 최대 소셜미디어 그룹인 ‘메타(Meta)는 지난해 11월 미국 시카고 디캘브 지역에 대형 데이터센터*를 열었다.
  주*: 애플리케이션 및 기타 서비스 제공을 위한 IT 인프라와 서버 컴퓨터, 네트워크 회선 등을 제공

J.B. 프리츠커 일리노이 주지사는 개관식에서 “디캘브 데이터센터가 메타 글로벌 인프라의 일부로서 지역 경제와 소셜미디어 공유 역량을 모두 강화시킬 것”이라고 기대했다. 실제로 디켈브 데이터센터는 1200개 이상의 건설 현장 일자리를 창출했으며, 완공 이후 200개 이상의 정규직 일자리를 비롯해 자본 투자 등이 창출될 것으로 기대된다. Meta의 데이터 센터·경제개발 담당 이사 브래드 데이비스는 “데이터센터는 메타가 하는 모든 일을 가능하게 하는 엔진”이라며 “지역사회를 위한 경제 엔진 역할도 하게 될 것”이라고 강조했다.

생성형 인공지능의 발전 등으로 급증하는 데이터 센터

지난 20일(현지 시각) 미국 휴스턴에서 열린 에너지 콘퍼런스 세라위크에서 빌 바스 아마존웹서비스(AWS) 부사장은 ‘전 세계적으로 사흘에 하나씩 새로운 데이터센터가 생기고 있다’고 말했다. 2024년 3월 기준, 전 세계 데이터 센터는 약 8000여 곳이며, 미국은 제일 많은 데이터센터를 보유하는 국가로 총 5400여 개가 위치한다. 이는 2위 국가인 독일(521개)의 1000배 이상인 수치이다.

데이터 센터에 대한 수요가 급증하는 주요 요인으로는 생성형 인공지능의 발전을 들 수 있다. 글로벌 컨설팅 회사인 맥킨지의 2023년 설문조사 결과에 따르면, 생성형 인공지능(Generative Aritifical Intelligence)을 사용해 본 적 있냐는 물음에 절반 이상이 사용해 본 적 있다고 답변했다(65%). 이와 같은 대중적 인식을 반영해 미국 내 머신러닝 및 인공지능 시장은 2023년 64억9000만 달러에서 2030년 593억 달러로 연평균 37.2%씩 성장할 것으로 예측된다. 문제는 기존 데이터센터가 클라우드 컴퓨팅 구현만을 위해 설치됐기에, 인공지능 가동을 위해서는 신규 전용 데이터센터를 건설해야 한다는 것이다.

인공지능 외에 미국의 데이터 센터 시장이 상당한 성장과 발전을 경험하는 것과 관련해 전문가들은 컴퓨팅 방식의 변화와 기업 솔루션이란 2가지 이유가 추가로 작용했을 것으로 분석했다.

성장 배경 ① 엣지컴퓨팅 부상
기존 컴퓨터 처리 방식인 클라우드 컴퓨팅 대신 엣지 컴퓨팅을 활용하는 기업이 증가하면서 데이터 센터 서비스에 대한 수요 또한 동반 성장했다. 클라우드 컴퓨팅이 중앙 서버에서 데이터를 일괄 처리하는 것과 달리 엣지 컴퓨팅은 메인 데이터가 생성되는 장치에 연결된 근처 네트워크 혹은 장치에서 데이터를 처리하는 분산형 방식이다. 이는 방대한 양의 데이터를 메인 컴퓨터에서만 처리하기에 효율성 등 한계가 있어 등장하게 된 방식이다. 이와 같은 방식은 기존의 데이터 센터와 상이한 형식이다 보니 신규 데이터 센터 건설에 대한 수요가 증가하고 있다.

성장 배경 ② 기업 솔루션 접근성 확대
고객들은 보안이 철저하고 확장가능한 솔루션을 제공할 수 있는 데이터 센터를 선호한다. 또한 미국의 다양한 IT 업체와 그들이 제공하는 솔루션에 대한 접근이 용이해진다는 점에서 업체 외 고객의 선호도 또한 높아지고 있다. 이와 같은 솔루션 제공 업체와 소비자의 수요에 맞추어 데이터센터 증설에 대한 수요도 높아지고 있다.

데이터센터의 필수 요소: 전기와 열처리

<일반적인 데이터센터 구성 배치도>

[자료: 페이스북 DeKalb Data Center 페이지]

운영 필수 요소 ① 전력 공급

데이터센터는 방대한 양의 데이터 처리를 위해 구성 배치도에서 확인 할수 있듯 수만 대의 장비 및 서버가 필요하다. 그렇기에 장기적인 운영을 위해 대량의 전력원이 사전에 확보돼야 한다. 그러나 업계는 최근 폭발적으로 늘어나는 데이터센터의 전력 확보에 차질이 있다고 보고 있다. 실제로 일론 머스크 테슬라 CEO는 지난 2월 29일 독일에서 열린 ’보쉬 커넥티드 월드 콘퍼런스‘에서 AI의 등장과 데이터센터 건립 등으로 ’변압기 부족이 예측된다‘며 ’전기가 부족할 것이고 내년에는 모든 서버 구동을 위한 충분한 전력을 얻지 못하게 될 것‘이라고 말한 바 있다.

로이터 통신에 따르면 2024년 1분기 업체별 손익보고서를 분석한 결과, 미국의 주요 10개 전력 공기업 중 9개사에서 데이터 센터가 전력 공급의 주요 신규 고객사로 부상했다고 말했다. 이로 인해 많은 전력 공기업은 연간 전력 공급 계획을 변경했으며 전력 수요가 높아질 것으로 목표치를 상향 조정했다. 그뿐만 아니라 모건스탠리 연구에 따르면 연간 필요 전력량이 2023년 15TWh에서 올해 46TWh로 세 배 이상 증가할 것으로 예상된다고 한다. 워싱턴 포스트도 지난 3월 ’미국, 폭발적인 수요 속, 전력부족‘ 이란 기사를 통해 2022년 미국 내 2700개 데이터 센터에서 국가 전체 전력의 4% 이상을 소비했다고 전했다.

운영 필수 요소 ② 열관리

데이터센터 운영 시 컴퓨터 가동으로 발생하는 열 관리가 필연적으로 요구된다. 이와 관련해 가장 대중적으로 활용되는 냉각 기술은 간접 열관리 시스템으로 구체적으로는 공랭 방식(공기로 열 냉각)과 수랭방식(액체로 냉각) 등이 있다. 최근에는 전기가 통하지 않고 열전도가 높은 특수 냉각 물질 안에 서버를 담가서 냉각시키는 액침냉각(Immersive Cooling)이 차세대 열 관리 방식으로 급부상하고 있다. 글로벌 시장조사업체 퓨처마켓인사이트는 전 세계 액침냉각 시장 규모는 2022년 3억3000만 달러에서 2032년 21억 달러까지 연평균 21.5%씩 성장 할것으로 전망했다.

<데이터센터 냉각 방식>

연번	냉각 방식명	작동 원리	세부 냉각 방식	장점
1	다이렉트 투 칩 (Direct to Chip)		△ 액체가 칩 표면을 직접 통과해 열을 방출 △ 이후 액체 간 열 교환기를 통해 냉각	△ 서버 크기와 무관하게 사용 가능
2	액침 냉각 (Immersion)		△ 전체 시스템을 특수 액체에 보관 △ 액체로 모든 구성 요소를 냉각	△ 효율성이 가장 높은 방식
3	후면도어 열교환기 (Rear Door Heat Exchanger)		△ 기기 후면에 있는 팬을 이용해 서버에서 발생한 뜨거운 공기방출 △ 방출한 공기를 데이터 센터로 순환시키기 전에 냉각	△ 장치가 느리게 마모됨

[자료: anewstech.net, 시카고 무역관 종합]

시사점

데이터센터 증가로 인한 전력 공급 및 열관리에 대한 필요성 증가는 국내업체에 신규 수출기회로 작용하고 있다. 다수의 전력기기 중 변압기는 전압을 바꾸는 장치로, 처리한 데이터를 멀리 송출할 때 저전압을 고전압으로 변환하는 것이 중요하며 서버를 운영하는 데 필요하다는 점에서 그 수요가 증가하고 있다. 이로 인해 최근 변압기 분야의 대미 수출은 최근 크게 증가한 바 있다. 2023년 전체 초고용량 변압기의 대미 수출액은 6억8000만 달러로 3억8000달러를 기록한 전년 대비 77.9% 증가했다. 특히 변압기에 대한 수요는 미국 내 오래된 산업용 변압기를 교체하려는 미국 내 수요와 맞물려 수출에 긍정적인 영향을 미칠 전망이다. 현재 미국의 산업용 변압기 중 33% 이상은 30년 이상 사용됐다고 업계는 분석하고 있다. 그런 점에서 변압기 수출액은 올해도 고공행진 할 것으로 예상되고 있다.

반면 데이터센터의 열관리에서 파생된 부품에 대한 수요도 증가할 것으로 기대된다. 업계 관계자 말에 따르면 열관리를 위해 냉각 장치뿐 아니라 전력 전원 시스템과 냉각 장치 등도 함께 공급돼야 한다고 한다. 이는 냉각장치만으로는 공급하고자 하는 제품의 차별성을 강조하기 어렵기 때문이다. 또한 냉각 방식 트렌드가 기존의 공랭식 방식에서 수랭식· 액침냉각 방식으로 변화하는 점도 수출기회를 모색할 시 참고해야 하는 점이다. 그렇기에 열관리 부품과 관련해 미국 진출을 고려한다면 관련 기술에 대한 정확한 이해와 적합한 부품 개발이 사전에 필요할 것으로 사료된다.

또한, 미국 시장 진출에 앞서 관련 규제 등도 고려해야 한다. 데이터 센터 내 열관리로 인해 온실가스 배출에 대한 우려의 목소리가 높아지고 있다. 샌프란시스코에 위치한 에너지 및 기후 변화 관련 기업의 한 담당자는 "AI 및 데이터센터에 대한 수요는 환경적 문제를 악화시킬 수도 있고 해결할 수도 있는 가능성을 갖고 있다"고 말했다. 특히 소프트웨어 회사인 SalesForce는 AI로 인해 발생하는 전력 사용량과 충분한 전력 생산으로 인해 발생하는 환경적 오염에 대해 경고하며 정부 차원의 규제가 마련되기를 촉구하고 있다. 그런 점에서 진출을 희망하는 국내기업은 이와 같은 환경 규제의 목소리에 대응하는 미 정부의 정책적 규제에 대한 부분도 간과해서는 안 될 것으로 사료된다.



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