데이터센터와 미래기술: SMR과 액침냉각

May 26. 2025

데이터센터, 왜 중요할까?

데이터센터는 시대적 흐름을 고려했을 때 그 중요성을 알 수 있다. 우리 삶의 큰 편의성을 주는 ‘챗지피티(Chat GPT)’, ‘퍼플렉시티(Perplexity)’같은 AI를 사용하기 위해서는 빅데이터가 필요하다. 엄청난 용량과 방대함을 특성으로 하는 빅데이터의 처리를 위해서는 고성능 컴퓨팅 자원들과 이를 제공하는 클라우드가 필수적이다.

클라우드(Cloud)는 네트워크를 통해 접근 가능한 가상 서버를 활용하여 프로그램과 데이터베이스를 제공하는 IT 환경을 의미한다. 클라우드를 활용한다면 필요한 컴퓨팅 자원을 실물로 구매하고 설치하거나 매번 다운로드 받을 필요 없이 인터넷을 활용해 쉽게 이용할 수 있다. 이러한 클라우드를 활용해 컴퓨팅 자원을 사용하는 것을 ‘클라우드 컴퓨팅’이라고 하며, 클라우드 서비스는 클라우드 컴퓨팅을 기반으로 제공되는 서비스를 의미한다. 이러한 클라우드 서버는 주로 데이터센터를 활용한다.

예를 들어 자율주행 자동차의 경우에도 활용하고 수집하는 모든 데이터는 데이터센터의 스토리지나 클라우드에 저장되고 이후 처리되고 활용이 된다. 우리가 일상적으로 사용하는 OTT 서비스에서도 우리가 검색을 하면, 우리의 요청이 데이터센터 내 서버로 전송되고, 서버에서 요청이 처리되어 서버에 저장된 영상이 실시간으로 스트리밍 되거나 저장되는 등 수많은 데이터와 정보를 활용하는 시대의 보물창고이자 은행 역할을 하는 것이다.

데이터 센터에 필요한 요소들

데이터 센터는 수많은 데이터와 컴퓨팅 자원이 집약된 시설인 만큼, 전력 소비양이 매우 크며 지속적으로 증가 중이다. 2022년 전 세계적으로 데이터센터의 전력 소비량은 약 460 테라와트시(TWh)로 전 세계 전력 소비의 약 2%를 차지했으며, 국제에너지기구(IEA)는 2026년까지 데이터센터의 전력소비가 2022년 대비 두 배 이상 급증하여 1,000테라와트시(TWh)에 달할 것으로 전망했다. 증가하는 데이터 센터의 수와 규모, 수요를 고려했을 때 데이터센터가 세계 전력 소비량에서 차지하는 비중이 2026년 4.4%, 2030년 10.2%까지 증가할 전망으로 예측된다.

데이터센터의 전력 소비 주요 원인으로는 두가지 시스템이 주요한 원인으로 꼽힌다. 첫번째로, 컴퓨팅이 주요 전력 소비 시스템으로, 약 40%정도의 전력을 소비한다. 이는 서버와 네트워크 장비의 작동에 사용되는 전력을 의미한다. 두번째로는 마찬가지로 40%가량을 소비하는 냉각이 있다. 서버와 장비들이 24시간 가동될 때 사용되는 전력만큼이나 발생하는 열도 매우 크다. 이를 해결하여 안정적인 시스템 가동 유지를 위해 냉각은 매우 중요하다.

산업 구조, 기술의 발전과 변화를 바탕으로 데이터센터는 정보 사회의 기반으로 작용하는 시설이 되었으며, 데이터센터의 확대와 함께 그 효율을 극대화시킬 수 있는 핵심 산업군의 미래 기술은 어떤 것들이 있을까?

전력 발전의 미래, SMR(소형모듈원자로)

전세계 데이터센터의 전력소비는 인공지능과 클라우드 수요 확대로 가파르게 증가하고 있다. 데이터센터가 필요로 하는 엄청난 양의 전력을 확보하기 위해서는 기존 원자력, 화력, 신재생 에너지에서 얻는 전력 외에도 빠른 시간 내에 안정적인 전력 확보가 가능한 수단이 필요하다. 이를 위해 최근 대두되는 기술은 SMR(Small Modular Reactor)로 불리는 소형 모듈 원자로 기술이다. SMR은 신원전 기술로, 전통적 원전의 절반 이하 규모로 건설 기간이 짧고 출력 확장에 유연하다.

특히 데이터센터를 운영하고 정보 사회의 핵심 기술을 선도하는 빅테크 위주로 필요로 하는 막대한 전력 소비를 위한 투자를 진행 중이다. 구글은 미국 전력회사 ‘카이로스 파워(Kairos Power)’와 협력해 2030년까지 첫 SMR을 건설하고, 2035년까지 최대 500MW 규모(가정 50만가구 이상 가동) SMR 전력을 확보하는 계약을 체결했다. 아마존(AWS)도 ‘에너지 노스웨스트(Energy Northwest)’와 협력을 통해 워싱턴주에 320MW 규모의 SMR 4기를 건설할 계획이라고 밝혔다.

이 외에도 미국은 정부 차원에서 지속적으로 SMR에 투자하고 지원하고 있고, 미 에너지부 장관 ‘제니퍼 그랜홈(Jennifer Granholm)’이 SMR을 데이터센터 전력 수요 해결의 핵심으로 언급하는 만큼 상용화와 미래의 핵심 기술인 것은 분명해 보인다.

냉각의 미래, 액침냉각

데이터센터 냉각은 전력소비에서 상당 부분을 차지한다. 기존 ‘공랭식’ 냉각 구조는 팬을 사용하여 전력을 많이 소모하지만 냉각 효과는 상대적으로 작아 효율성 면에서 한계가 뚜렷하다. 그래서 등장한 대안인 ‘수냉식’은 냉각수를 순환시키며 발열을 해결하는 방식이기에 공랭식에 비해 효율성이 높고, 에너지 사용을 최대 10~20%까지 절감할 수 있다고 한다.

그러나 앞으로는 고도화된 기술과 함께 더 큰 발열 문제가 대두되며 수냉식보다 더 효율적인 냉각 기술을 필요로 할 가능성이 크다. 실제로 GPU 시장을 선도하는 ‘엔비디아’는 앞으로 등장할 고출력 장비들은 액체를 활용한 냉각 없이는 작동하기 어렵다고 밝혔다. 수냉식에서 한 단계 더 나아가 냉각의 효율성을 극대화한 미래 기술은 ‘액침 냉각(Immersion Cooling)’으로 불리는 기술이다. 액침 냉각은 서버를 통째로 특수 오일과 같은 액체 속에 담그는 방식이다. 공기 대신 액체가 직접 전자부품을 감싸기 때문에 열전도율이 훨씬 높아 빠르게 냉각이 가능해 효율적이고, 발열이 심한 고출력 GPU도 안정적으로 냉각시킬 수 있다. 액침 냉각은 공랭식에 비해 에너지 사용을 최대 30–50% 줄일 수 있으며 부품 간 온도 차이를 줄이는 효과도 있어 장비 수명이 연장되며 운영 비용을 낮출 수 있다.