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by 김영욱 Apr 01. 2022

'그린' 클라우드 컴퓨팅이란 무엇인가?

클라우드 기반 인프라 및 애플리케이션이 환경에 미치는 영향을 최소화 하자

이 글은 제가 NIA [한국지능정보사회진흥원]의 < 디지털서비스 이슈리포트 > 2022년 3월호에 기고한 글입니다. 원본 글 '그린 클라우드 컴퓨팅'를 이곳 브런치에서도 공유합니다.


10,000년 이상 지속되고 가속해 온 인류 문명은 그 진보를 가능하게 해 왔던 ‘지구 기후의 안정’이란 조건을 심각하게 위협하는 지경에 이르렀다. 기후의 물리적 변화 징후는 사회경제적 영향과 함께 맞물려 그 위협이 더욱더 크게 가시화되고 있다. 실질적 온실가스 배출량을 ‘0’으로 하는 탄소중립(net zero) 경제로 전환할 때까지 또한 그사이에 변화하는 기후에 적응하지 않는 한 그 위협은 비선형의 모양으로 계속 증가할 것이다. 점점 더 많은 수의 정부와 기업이 이 기후 변화에 대처하기 위해서 노력하고 있다는 것은 더 이상 새로운 일이 아니다.

클라우드컴퓨팅은 적응성, 보안, 비용 효율성 등의 이유로 조직의 근본적인 디지털 전환의 필수 사항이 되었고, 현재 전 세계 기업의 90% 이상이 클라우드 기술을 사용하여 비즈니스를 실행한다. 그 수요가 증가함에 따라 막대한 에너지 소비가 발생했으며, 이는 탄소 배출량을 증가시켰다. 클라우드 인프라에 관한 관심은 그 위에서 동작하는 서비스만큼 높지 않은 것이 사실이나, 클라우드 데이터 센터는 엄청난 양의 에너지를 소비하고 있고 그 양은 전 세계 에너지 사용량의 1%에 해당한다 는 것이 주목해야 할 점이다.

이것이 바로 친환경 ‘그린’ 클라우드컴퓨팅이 등장한 이유이다. 그린 클라우드컴퓨팅이 무엇을 의미하는지, 어떻게 실행하고 어떤 장단점이 있는지와 현재 마주하고 있는 문제점들에 대해서 알아보자.


그린 클라우드컴퓨팅

그린 클라우드컴퓨팅은 클라우드 기반 인프라 및 애플리케이션이 환경에 미치는 영향을 최소화하는 것을 목표로 하는 클라우드컴퓨팅 전략이다. 그린 클라우드컴퓨팅에는 두 가지 주요 목표가 있다. 

첫 번째는 클라우드 데이터 센터와 그 안에서 실행되는 워크로드의 전체 에너지 소비를 줄이는 것이다. 

두 번째는 가능한 한 깨끗하고 지속가능한 방식으로 에너지를 공급하여 클라우드의 소비 에너지가 더 적은 탄소를 배출하게 하는 것이다.

즉, 최적화된 방식으로 데이터를 운영할 수 있는 효율적인 기술을 사용하여 최소한의 탄소 배출량을 보장하기 위한 친환경 데이터 센터를 설정하고 운영하는 전략이다. 

그것을 구현하는 전략에는 일반적으로 다음과 같이 네 가지가 있다.

그림 1. 아마존 웹 서비스의 재해 복구 전략(출처: AWS Architecture Blog)

가.올바른 서비스 선택

실행하는 워크로드에 따라 일부 클라우드 서비스는 다른 서비스보다 에너지 효율성을 높일 수 있다. 예를 들어, 서버리스 컴퓨팅은 특히 수식 계산이 집약적인 태스크에서 에너지 효율성을 높일 수 있다. 이는 호스트 환경이 실제로 사용자 요청을 처리하지 않으면서 리소스를 소비하는 시간을 최소화하기 때문이다.


나.아키텍처 플래닝

그린 클라우드컴퓨팅에서 성능 및 가용성과 같은 목표는 에너지 목표와 균형을 이루어야 한다. 예를 들어 대기 상태에서 소비하는 리소스의 양을 줄이는 클라우드 재해 복구(Disaster Recovery) 전략을 선택할 수 있다. 그렇게 하면 복구 시간은 더 길어질 수 있지만 클라우드 에너지 소비율이 감소한다.


다.사용 시간대 파악

클라우드 데이터 센터는 대부분의 온프레미스 인프라보다 훨씬 에너지 효율적이지만 일부 경우에는 온프레미스에서 워크로드를 유지하는 것이 환경적으로 합리적일 수 있다. 예를 들어 현재 업무 자산을 클라우드로 이전하려고 할 때 온프레미스 서버를 이미 많이 보유하고 있다면, 그 서버를 계속 사용하는 것도 에너지 효율을 높이는 방법일 수 있다.


라.탄소 상쇄(carbon offsets) 프로그램 사용

본질적으로 친환경적인 클라우드 전략을 계획하기 힘들다면, 최소한 탄소 상쇄 프로그램을 구매하여 순 탄소 배출량을 0에 가깝게 만들 수 있다. 탄소 상쇄 프로그램이란 배출된 이산화탄소의 양만큼 온실가스 감축 활동을 하거나 환경기금에 투자하는 것을 말한다. 즉, 가능한 한 탄소를 내뿜지 않는 활동을 하되, 일상생활이나 경제활동에 있어서 피할 수 없는 탄소 배출에 대해서는 카본 펀드(carbon fund.org)와 같은 기관을 통해 배출량에 상응하는 온실가스 절감 활동에 투자나 이산화탄소 배출권을 구매하고 나무를 심는 등의 행위로 탄소를 상쇄시키는 활동이다.



그린 클라우드컴퓨팅 구현 기술과 장단점


그린 클라우드컴퓨팅 구현 기술

그린 클라우드컴퓨팅 아키텍처의 목표는 유해 물질의 사용을 최소화하고 제품의 기대 수명 동안 제품의 에너지 효율을 높이고, 최종적으로는 공장 폐기물의 재활용 가능성 또는 생분해성을 향상하는 것이다. 간단하게 PC를 예를 들자면, 예상할 수 있는 에너지 효율성을 최대로 높여 사용하고 그 효율성 확보를 위한 알고리듬 및 프레임워크를 설계하는 등의 핵심 영역에 관한 지속적인 연구를 수행하는 것이다. 그것을 연구하는 핵심 영역은 다음과 같다.  

제품 수명  

알고리듬 효율성  

가상화  

자원 할당  

전원 관리  

위의 다섯 가지 핵심 영역의 연구를 통해 일반화된 그린 컴퓨팅 구현 기술은 다음과 같다.  


가.나노 데이터 센터(Nano Data Centers)
나노 데이터 센터는 서비스 간 상호운용성이 더 초점을 맞추기 때문에 기존 서버 센터보다 생산성이 높다. 열 분산 비용을 줄이는 데 도움이 되며 상호운용성을 기반으로 하는 서비스 비시니티(vicinity)가 높고 자체 확장성이 있다.


나.동적 전압 주파수 스케일링(Dynamic voltage and frequency scaling)
전력 및 에너지 소비를 줄이는 전략으로서 주파수 스케일링을 사용한다. 이 방법을 수행하면 에너지 사용이 줄어들고 자원 사용에 효율성이 올라간다.


다.가상화(Virtualization)
환경친화적인 방식으로 접근할 수 있는 시스템 리소스의 양을 최대화한다. 더 나은 모니터링 및 리소스 할당 관리를 강화하고 전반적으로 서버 그룹이 리소스 공유 기능을 최대화하는 데 도움이 된다.

그림 2 그린 클라우드컴퓨팅 기본 기술

친환경 클라우드 인프라에는 뚜렷한 장점이 있으므로 점점 더 많은 조직이 친환경을 의식하고 수용하고 있다. 하지만 그 장점들 뒤에는 주의 깊게 살펴봐야 할 단점도 있다. 몇 가지 중요 사항을 이야기해 보자.


그린 클라우드컴퓨팅의 장점  


가.종이 없는 환경으로 전환
그린 클라우드컴퓨팅의 대표적 이점 중 하나는 원드라이브, 드랍박스, 쉐어포인트 등과 같은 여러 클라우드 스토리지 옵션을 제공함으로써 조직이 종이 없는 환경으로 전환하는 데 도움이 되었다는 것이다. 이러한 데이터 스토리지는 종이 문서를 재사용, 파쇄, 태우거나 폐기할 필요를 없앰으로써, 탄소 배출량을 줄였다.


나.탄소 배출량 감소
클라우드컴퓨팅은 언제 어디서나 작업할 수 있는 기능을 제공하여 결과적으로 원격 작업의 개념을 탄생시켰다. 점점 더 많은 사람이 원격으로 작업함에 따라 출퇴근으로 인한 화석 연료 사용이 줄어들고 환경에서 발생하는 탄소 배출량이 줄어든다. 또한 더 적은 인프라가 필요하므로 에너지도 절약할 수 있다.


다.에너지 절약
클라우드를 채택함으로써 조직은 리소스를 풀링하고 온프레미스에 필요한 장비의 수량을 줄일 수 있으므로 전력 소비가 감소하고 에너지 비용이 감소한다.


라.멀티테넌시
멀티 테넌트는 광범위한 조직(퍼블릭 클라우드)이나 동일한 조직(프라이빗 클라우드) 내의 다양한 업무 조직과 같은 조직의 구성과 관계없이 클라우드의 기본 기능으로부터 쉽게 업무효과를 얻을 수 있도록 한다. 피크 때와 정상 부하 사이의 편차가 감소하여 스케일링에 관한 추가 기반 시설 및 에너지에 대한 요구사항이 줄어들게 된다.


그린 클라우드컴퓨팅의 단점  


가.구현 비용이 높음
친환경 클라우드컴퓨팅 처리를 위한 초기 투자 비용은 중소기업에 부담이 될 수 있다. 이 사실은 아직 모든 사람에게 합리적이지 않다고 해석될 수도 있다.


나.첨단 기술에 꾸준히 대응
그린 클라우드컴퓨팅 기술은 계속 발전하고 있어 새로운 기술을 지속해서 익히고 대응해야 한다.


다.저 전력 동작 환경
그린 컴퓨팅의 주요점은 에너지를 절약하는 것이므로 고성능, 고전력을 필요로 하는 서비스프로그램은 성능에 영향을 받을 수 있다.



현재 그린 클라우드컴퓨팅이 마주한 과제

그린 클라우드컴퓨팅은 충분히 매력적인 장점이 있지만, 실제 실행은 계획보다 너무 어려운 면이 많다. 환경친화적인 클라우드컴퓨팅을 구현하는 과정에서 발생할 수 있는 문제는 무엇인지 확인해 보자.  


가.데이터 센터의 위치
데이터 센터는 에너지가 고갈되지 않는 태양광 기반 및 풍력 에너지와 같은 소스에서 안정되게 동작할 수 있는 방식으로 구축해야 한다. 그래서 경제특구에 건설하는 것이 바람직하다.


나.쿨링
데이터 센터는 전력을 공급하기 위해 광범위한 에너지를 소비하지만, 전체 에너지의 약 1/3을 쿨링으로 소비한다. 


다.전자폐기물 관리
기업은 클라우드 서비스의 에너지원으로 원자력 발전소 또는 석탄 화력 발전소를 사용한다. 또한 교체하거나 폐기하는 전자기기에 대한 처리에도 에너지가 들어간다. 원자력 발전소는 많은 양의 핵폐기물을 배출하며 환경을 오염시킨다.



그린 클라우드컴퓨팅 전략을 고안하려면 클라우드 워크로드 및 아키텍처를 환경친화적으로 설계하고 지속 가능성에 대한 진정성을 가진 클라우드 또는 데이터 센터 제공업체를 선택해야 한다. 워크로드가 증가하더라도 클라우드를 지속가능하게 유지하려는 조직에는 점점 더 중요해질 일이다. 빅3 클라우드 공급자(마이크로소프트, 구글, AWS)는 모두 2030년까지 “클린” 에너지 소스만 사용하겠다고 약속했지만, 탄소 상쇄 프로그램의 구매를 통해 탄소중립을 주장하는지 역시 눈여겨봐야 할 부분이다.

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