최근 업계에서는 공랭식 데이터센터에서 수랭식 데이터센터로의 전환 추세가 두드러지고 있다. IT 하드웨어(HW)의 밀도가 높아지고 지속가능성에 대한 관심이 높아짐에 따라, 액체를 활용한 냉각기술을 도입하는 것에 대한 관심도 늘어날 것으로 예상된다.

인공지능(AI/ML), 자동화, 고성능 컴퓨팅(HPC)은 칩당 더 높은 밀도를 필요로 한다. 이로 인해 서버에서 제거해야 하는 열이 더 많이 발생하고, 이렇게 발생된 열은 공기 냉각만으로는 고밀도 랙을 충분히 냉각할 수 없는 수준에 도달하게 된다.

각 열 관리 기술은 특정 범위의 랙 밀도 내에서 더 적합할 수 있다. 랙 밀도가 30kW를 초과하면 공랭식 냉각 시스템으로는 충분하지 않을 수 있으며, 특정 수준의 랙 밀도에서는 액체 냉각만이 열을 효율적으로 제거할 수 있는 유일한 옵션이다.

실제로 칩에서 냉각판(D2C) 또는 주변 액체(액침 냉각/Immersion Cooling)로의 열 전달은 칩에서 공기로의 열 전달보다 훨씬 더 효과적이다. 무엇보다 액침 냉각 방식은 데이터센터 냉각 기술 중 더 지속가능한 방법이라고 할 수 있다.

어떤 방식으로 열을 제거하든 칩은 항상 일정한 온도를 유지해야 한다. 칩과 냉각판 사이의 열 전달의 경우, 기존 냉각 시스템은 마이크로칩과 주변 공기 사이의 열 전달보다 훨씬 효율적이므로 데이터센터의 전반적인 효율에 영향을 미친다.

또 랙에서 회수되는 냉각수 온도가 기존 공랭식 냉각 방식보다 높아 공랭식 데이터센터보다 훨씬 효율적인 방식으로 열을 회수할 수 있다.

관련 업계에서는 HPC를 필요로 하는 애플리케이션이 지속 증가함에 따라 기존의 일반적인 방식에서 벗어나 혁신적인 열 관리 기술로 점차 전환하는 추세다. 많은 데이터센터가 공랭식과 수랭식을 모두 포함한 하이브리드 열 관리 시스템을 갖추게 될 것으로 예상되는 이유이기도 하다.

기존 데이터센터에는 전체 시스템의 효율성을 높이기 위해 다른 실내 및 실외 장치와 상위 수준에서 조정해야 하는 냉각분배장치(CDU)를 비롯한 여러 열 관리 장치가 포함되어 있다.

한편, 다이렉트-투-칩(direct-to-chip) 액체 냉각 시스템은 기존 데이터센터에서 볼 수 있는 것과 매우 비슷하지만 전용 액체 냉각 서버가 있는 표준 랙 레이아웃에 다이렉트-투-칩 냉각이 적용될 수 있다는 점에서 차이가 있다. 

액침 냉각 시스템에는 일반적으로 표준 랙 레이아웃과는 매우 다른 데이터센터 레이아웃이 필요하다. 이러한 유형의 데이터센터에서는 랙의 서버 및 기타 구성 요소를 열 전도성 유전 액체(Dielectric Liquid) 또는 전자장치와 직접 접촉할 수 있는 유체에 완전히 담가 열을 효율적으로 제거한다.

허나 액침 냉각은 매우 효율적인 기술이지만 아직 규정이 부족하고, 데이터센터 운영자로부터 더 높은 수준의 기술과 역량이 요구되기 때문에 본격적인 성숙 단계는 아니다.

이 2개 기술의 일반적인 접근 방식은 일반적으로 기술 냉각 루프(TCL)과 시설 냉각 루프(FCL) 사이에 판대판 열교환기가 있는 CDU를 배치하는 것인데, 이는 TCL이 청결도 측면에서 엄격한 요구사항을 가지고 있고 여과 요구 사항이 FCL에 필요한 것보다 훨씬 더 높기 때문이다.

2개 기술 모두 단상(Single-Phase) 유체 또는 이중상(Double-Phase) 유체를 사용할 수 있다. 이중상 유체는 훨씬 더 많은 열을 제거하므로 더 효율적이지만, 특히 칩에 직접 냉각하는 경우 처리하기가 더 복잡하다.

향후 몇 년간 하이브리드데이터센터 설계가 주류를 이루게 될 것으로 예상됨에 따라 전체 데이터센터의 효율성을 측정하기 위한 지표가 중요해졌다. 

공랭식 냉각 시스템에 비해 수랭식 냉각 시스템의 더 효율적인 동작을 고려하기 위해서는 기존의 전력 사용 효율성(PUE) 외에도 추가적인 지표가 필요하다. 버티브는 파트너와 함께 데이터센터 전체 설계에 대한 총 전력 절감량을 반영하는 총사용효율성(TUE)과 같은 다양한 지표를 보여주는 연구를 추진하고 있다.

글: 마시밀리아노 마이스트로 / EMEA 애플리케이션 엔지니어 총괄 / 버티브