액침냉각 기술 '갑론을박'...효율의 2상인가, 범용성의 1상인가

AI 데이터센터(DC) 시장 확대에 따라 고성능 반도체의 막대한 발열을 제어하기 위한 냉각 기술 개발에 관심이 집중되고 있다. 이중 기존 공랭식은 이미 물리적 한계에 도달했고, 칩에 직접 액체를 흘리는 액체냉각(D2C)은 과도기적 대안으로 평가받는다.

이에 업계 안팎에서는 서버를 전용 액체에 담가 식히는 '액침냉각'으로 눈을 돌리고 있다. 하지만 높은 에너지 효율이라는 전망 이면에는 상용화를 가로막는 현실적 문턱과 방향성을 놓고 갑론을박이 일고 있다. 특히 효율을 극대화한 2상 방식과 운영 안정성을 앞세운 1상 방식을 두고 공조 업계의 고민이 깊어지고 있다.

10일 업계에 따르면 액침냉각 시장의 주도권을 쥐기 위한 기술 방향성을 두고 의견이 갈리고 있다.

액침냉각설비에 담긴 냉각유와 서버를 테스트하고 있는 HD현대오일뱅크 직원들. (사진=HD현대오일뱅크)

현재 액침냉각은 냉각유의 상태 변화 여부에 따라 1상과 2상으로 나뉜다. 각 방식이 가진 기술적 장단점이 뚜렷해 상용화의 걸림돌로 작용하고 있는 것이다. 액침냉각은 서버를 전용 용액에 담가 식히는 냉각 방식으로, 빠르면 내년 상용화될 전망이다.

운용 안정성으로 시장 표준 노린다

먼저 1상 방식은 운용의 연속성과 안정성을 무기로 삼는다. 냉각유를 액체 상태로 유지하며 순환시키는 구조다. 액체에서 상태가 변하지 않아 현장 유지보수가 용이하다. 대규모 상용화 단계에서 가장 중요한 ‘안정적인 인프라 관리’에 최적화된 대안으로 평가받는 이유다.

국내 정유 업계도 1상 방식에 주목하고 있다. 현대오일뱅크, GS칼텍스 등 주요 기업들은 자체 개발한 냉각유를 활용해 1상 액침냉각 실증을 활발히 진행 중이다. 특히 이들은 글로벌 서버 제조사 등으로부터 기술 인증을 받는 등 상용화를 위한 구체적인 검증 단계를 밟고 있다. 2상 방식도 함께 연구하고 있지만, 시장 진입을 위한 실질적인 성과는 인프라 정합성이 높은 1상에서 먼저 나타나고 있는 셈이다.

액침냉각 기업 GRC 관계자는 "2상 액침냉각은 기화도 됐다가, 다시 액화도 된다. 상이 2개인 것"이라며 "액체가 기화된 상태에서 그 뚜껑을 열면 그 기체가 밖으로 증발해서 올라가기 때문에 밖으로 빠져나가며 안정성에 문제가 생길 수 있다"고 설명했다.

효율 앞세워 AI 발열 한계 돌파

반면 2상 방식 진영의 시각은 다르다. 기술적 난도는 높지만, 반도체의 높은 발열을 제어하기 위해서는 결국 2상이 필수적이라는 논리다.

2상 방식의 핵심은 액체가 기체로 변할 때 대량의 열을 앗아가는 ‘기화열’에 있다. 냉각 소재 업계 관계자는 “2상은 외기(실외 공기)를 이용해 수돗물 정도의 온수만 공급해도 유증기를 다시 액체로 응축할 수 있다”며 “별도의 대형 냉동기 없이 에너지를 극도로 아낄 수 있는 방식”이라고 강조했다. 1상이 냉각유를 식히기 위해 끊임없이 전력을 써야 하는 것과 대조적이다.

유해성 논란에 대해서는 “2상에 쓰이는 불소 케미칼은 기화되더라도 공기보다 무거워 위로 날아가지 않고 액체 표면 위에 특정 띠(Zone)를 형성하며 머문다”며 “가스가 누출돼도 바닥부터 쌓이는 이산화탄소처럼 특정 영역에 존재할 뿐, 뚜껑을 연다고 작업자에게 바로 비산되는 구조가 아니다”라고 설명했다.