전기전자/정보통신

Nikkei Network_2024.1 특집 (p16-17)

액냉식 데이터센터 실용화
생성 AI용 고 발열 GPU에 해결책, KDDI나 NTT컴은 2024년부터

고발열 서버를 액체 냉매로 식히는 액냉식 데이터센터 시설이 일본에서 잇따라 본격 가동한다. KDDI가 2024년 3월까지, NTT 커뮤니케이션이 2024년 안에 사업화를 예정하고 있다. 또한 NTT 데이터가 설비 도입을 검토하고 있다.

목적은 생성 AI의 학습에 사용되는 고성능 GPU(그래픽처리장치)를 탑재하는 등 고열의 서버기기를 효율적으로 운용할 수 있는 체제를 정비하는 것이다. 특히 고성능 GPU는 신제품이 나올 때마다 소비전력이 현저하게 높아지고 있어 기존의 공랭식은 한계를 맞이하고 있다고 한다. KDDI와 NTT 커뮤니케이션즈 등은 지금 시점에서 실용화할 수 있는 타개책이 액냉식이라고 판단해 설비투자를 단행한다.

-- NTT컴은 간토와 간사이 2개 거점에서 --
액냉식 데이터 센터의 사업화는 NTT 커뮤니케이션즈가 23년 10월 상순에 자세한 계획을 발표했다. 액냉식 시설에서 고객사 서버를 맡아주는 콜로케이션(Collocation) 서비스 'Green Nexcenter'를 2024년도에 제공하고, 2025년도에는 간사이에도 서비스 제공 체제를 정비할 계획이다.

구체적으로는, 우선 요코하마시에 있는 ‘요코하마 제1데이터센터’의 일부를 액냉식 시설로 개수하여 24년도 하반기를 목표로 서비스를 제공한다. 25년도에는 25년도에 준공 예정인 교토의 게이한나 데이터센터(가칭)에서 처음부터 액냉식 시설을 표준 설치해 서비스 제공 체제를 정비한다.

KDDI도 24년 3월까지 사업화할 계획이다. 2023년 2월에 도치기현 고야마시에 있는 ‘KDDI 고야마 네트워크 센터’에서 실증실험을 진행해 높은 냉각 성능을 확인했다고 한다. 실제로 도입하는 데이터센터의 거점이나 시설의 형태는 공개하지 않았지만 “23년도 내에 외부 기업에 시설을 대여하는 서비스를 제공한다”(KDDI 홍보부).

NTT 데이터도 23년 3~5월에 실증실험을 진행, 23년도 중에 우선 자사의 서버에 적용할 계획임을 공개했었다. 다만 23년 10월 현재, 조달하는 설비나 비용 대비 효과 등을 재차 검증하고 있으며, 23년도 내에 실용화한다는 계획을 미뤘다. 시기는 미정이지만 우선 자사 서버에 적용한 후에 외부용으로 코로케이션 서비스를 제공한다는 방침은 유지하고 있다.

-- 최신 GPU에는 액냉식이 필수 --
NTT 커뮤니케이션즈의 검증에서는 액냉식의 도입 효과는 분명하다. NTT 커뮤니케이션즈가 도입한 액냉식 설비는 랙당 80kW의 전력을 소비하는 서버 기기의 발열을 냉각시킬 수 있다고 한다. 한편 공냉식은 랙당 15kW의 소비전력이 냉각의 한계라고 한다.

1랙에 2서버를 탑재할 경우, 기존의 블레이드 서버(블레이드 수는 10개)는 랙당 소비전력이 8.6kW이므로 공냉식에도 대응할 수 있다. 하지만 소비전력이 더 높은 고성능 GPU를 탑재하는 서버의 경우는 미국 엔비디아의 GPU 'DGX A100' 2기에서 13kW로 한계에 근접한다.

게다가 최신의 ‘DGX H100’ 2기로는 20.4kW로 공냉의 한계를 넘는다. 1랙에 2서버 이상 탑재하는 등 공간의 이용 효율을 높여 운용해 나가려면 액냉식이 불가피하다는 것이 NTT 커뮤니케이션즈의 입장이다.

-- KDDI는 액침, NTT컴은 액냉 --
액냉 방식에는 여러 개의 기술 방식이 있다. 실용화에서 앞서고 있는 KDDI와 NTT 커뮤니케이션즈는 서로 다른 방식을 채택했다.

KDDI가 채택한 것은 절연성을 지닌 액체로 탱크를 채워 서버 기기를 직접 담그는 ‘액침식’이다. NTT 데이터도 실증에 액침식을 채택했다. 2사 모두 검증에는 미쓰비시중공업이 개발한 액침용 설비를 도입했다.

액침식의 장점은 높은 냉각 성능이다. KDDI의 검증에서는 냉각에 소비하는 전력을 공랭식보다도 94% 삭감할 수 있었다. 데이터센터의 저전력 성능을 나타내는 PUE(Power Usage Effectiveness, 전력효율지수)는 1.05를 달성했다고 한다. 이는 최소치인 1에 매우 가깝다. NTT 데이터의 실증에서는 냉매액의 취급 등 운용 용이성도 최신 설비를 통해 기존 대비 약 173% 향상됐다고 한다.

NTT 커뮤니케이션즈는 물을 순환시킨 호스에 접한 냉각판을 통해서 LSI(Large Scale Integration, 대규모 집적회로)의 히트싱크(방열기)나 기판을 식히는 ‘직접 액냉 방식’을 채택했다. 액침식도 포함해 여러 방식을 검증한 결과, 채택을 결정했다고 한다. 충분한 냉각 성능을 달성한 후에 운용 용이성이나 공간의 이용 효율이 높은 점 등을 평가했다.

직접 액냉 방식은 탱크형 설비가 아닌 기존과 거의 동일한 모양의 랙을 이용할  있다. 운용 용이성이나 설비의 이용 효율은 액침식보다 직접 액냉 방식이 높다고 판단했다.

NTT 커뮤니케이션즈의 검증에서 pPUE(해당 유닛만으로 계산한 PUE)는 1.15를 달성했다. 액침식보다는 약간 떨어졌지만 실용면에서는 충분히 높은 냉각성능을 달성했다고 판단했다.

액냉식 설비도 계속 진화하고 있다. 미쓰비시중공업은 23년 6월, 탱크형이 아닌 랙형 케이스로 서버 기를 액체에 담글 수 있는 장치를 개발하고 있다. 이외에도 컨테이너형 데이터센터 안에 공냉식과 액냉식 서버를 동시에 탑재할 수 있는 설비도 개발하고 있으며, 빈 땅에 소규모로 도입하기 쉬운 장점이 있다. 앞으로도 여러 기술 방식의 경쟁을 통해 데이터센터 사업자가 보다 도입하기 좋은 환경이 조성될 것으로 보인다.

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