세계 데이터센터 온도가 5도 올라가면?

세계에 운영중인 데이터센터 77%가 섭씨21도의 적정온도를 유지한다. 21도를 유지하기 위해 데이터센터는 냉각시설을 총동원하게 되는데 그 비중이 40%를 넘는다.

오늘날 전세계의 데이터센터 전력 소비는 세계의 전력 소비량의 1.5%에 해당한다. 이는 발전소 50개의 발전량이며, 이로 인해 4천100만대의 자동차에서 배출하는 약 2억 1천만 메트릭톤의 이산화탄소를 배출한다.

투입되는 냉각비용 역시 막대하다. 올림픽 경기용 수영장 25만개를 채울 물이 냉각에 사용된다. 최대 3천억 리터다. 비용은 매년 270억 달러 규모의 서버 에너지다. 게다가 대다수 데이터센터는 여전히 냉각기로 프레온가스(CFC)를 사용하고 있다. 환경오염의 주범인 셈이다.

데이터센터의 한계 온도가 5도 오른다는 것은 그만큼 냉각비용을 줄인다는 의미다. 전세계 모든 데이터센터가 한계온도를 5도씩 높일 수 있다면 무슨 일이 벌어질까?

인텔에 따르면, 데이터센터 한계온도가 5도 오를 경우 연간 21억 6천만달러의 전력비용을 줄일 수 있다. 데이터센터 전력 소비량의 8%가 감소해 243억 KWh를 절약할 수 있는 것이다. 스페인, 남아프리카, 호주, 대만의 1개월 에너지 소비량을 모두 합친 것보다 많다. 탄소 절감 효과는 170만 메트릭톤에 달하며 4천300만 그루의 나무가 10년 동안 흡수할 수 있는 이산화탄소다.

섭씨 18~21도 수준에 맞춰진 데이터센터의 한계 가용 온도가 1도 오르면 냉각 비용은 4% 감소하는 효과를 나타낸다. 방법은 간단하다. 냉각시설을 없애면 그만이다. 자연환경을 이용한 열 관리로 비용 절감효과를 얻어내는 것이다.

이에 인텔은 CPU를 비롯한 데이터센터의 모든 단계에 열 관리 기술을 적용할 것을 조언하고 있다. 인텔은 HTA(High Ambient Temperature) 데이터센터를 통해 고온에서 작동 가능한 데이터센터를 설계해 냉각 비용을 없애고 전력 효율성을 증가시켜야 한다고 조언한다.

핵심은 데이터센터 전력효율이다. 이를 나타내는 전력효율지수(PUE)는 데이터센터의 전체 전력 중 실제 IT장비에 사용한 전력의 비율을 지수화한 것이다. PUE가 낮을수록 효율이 뛰어나다.

인텔은 PUE 데이터센터 모델로부터 구축비용 및 서버 개수 및 냉각 비용 등을 비교했다. 그결과

랙당 10KW, 총 15MW 의 전력을 사용하는 2천200~2천500평방미터(sqft) 규모의 데이터센터 조건에서 진행한 이 연구에서 PUE2의 데이터센터 구축비용을 최대 31%까지 절감할 수 있는 것으로 나타났다.

전력 효율이 증가되면 더 높은 온도에서 더 많은 서버가 데이터센터에 들어갈 수 있으며, 연간 냉각비용을 최대 85% 절감하는 두 마리 토끼를 잡는 효과를 얻게 된다.

HTA 데이터센터 사례로는 페이스북 데이터센터와 뉴멕시코주 인텔 IT PoC 등이 있다.

페이스북은 산타클라라 데이터센터를 27도에서 운영 가능하도록 재구축해 연간 에너지 비용을 22만 9천달러까지 감소시켰다. 뉴멕시코주는 900 대의 제작 서버를 33도까지 기류 100% 교환 가능하게 제작해 약 67%의 전력을 절감했고, 매년 약 287만 달러의 비용을 절약하고 있다. 인텔은 2006년 자체 데이터센터를 150개에서 현재 91개로 줄여 전력 및 상면비용을 절감하여 효율성을 높이고 있다.

냉각설비 없는 데이터센터는 찬 공기와 뜨거운 공기를 분리하는 것으로 달성할 수 있다. 발렬로 뜨거워진 공기를 별도 굴뚝으로만 배출함으로써 찬 공기와 만나는 것을 방지하고, 대류현상을 이용해 바깥의 찬공기를 지속적으로 유입하면 냉각효과를 이룰 수 있다.

서버 섀시 디자인의 기술도 동원될 수 있다. 열섀도잉이란 마더보드 설계방식이다. 섀시로 유입되는 찬공기는 CPU와 메모리를 거치면서 프로세서를 냉각시키고 가열되는데, 배치를 통해 가열되는 수준을 줄일 수 있다.

인텔은 스마트 그리드 기술을 동원할 것도 조언한다. 전력의 최적경로를 설정하고, 모니터링하면서, 전력 낭비를 최소화하란 것이다. 인텔은 서버 노드매니저와 데이터센터 매니저란 소프트웨어를 통해 이를 실현하도록 한다.

나아가, 전력 및 온도 감지 스케줄링(PTAS)을 통해 약 20% 적은 최적화 비용으로 최대 50%의 비사용 냉각 용량을 복구할 수 있으며 및 운영 효율성을 최대화해야 하며, 배터리 백업 솔루션을 도입해 UPS 관련 투자비용을 최대 5배 감소시키라고 강조한다. 이는 UPS 비용 40%를 줄이는 효과를 낸다.

닉 크넙퍼 인텔 데이터센터그룹 겸 아시아 태평양 지역 마케팅 프로그램 매니저는 “데이터센터 한계온도를 높이기 위해 냉각에 대한 생각을 바꾸라고 말하고 싶다”라며 “냉각비용과 UPS를 없애는 것으로 공간과 비용을 절약하면. 그만큼 컴퓨팅 파워를 더 늘릴 수 있고, 더 친환경적으로 운영가능하다”라고 말했다.

그는 “데이터센터가 40도 이상을 감당하면, 굳이 냉방시스템을 구축할 필요가 없다”라며 “또한 한국은 냉각설비 없이 프리쿨링만으로 HTA데이터센터를 구현할 수 있는 지역”이라고 강조했다.