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ENEOS와 이데미쓰는 AI 서버를 기름에 풍덩, ‘액침’을 향한 기업들의 화학 지식
AI 인프라를 냉각시켜라 (4) 1부

석유화학 대기업 ENEOS와 이데미쓰코산(出光興産)이 생성 AI(인공지능) 서버의 냉각액 개발을 가속화하고 있다. 다이킨공업(ダイキン工業)은 공조기 등에서 쌓아온 냉매의 노하우를 서버 분야에 활용하고 있다. AI 서버에서는 GPU(화상처리반도체)의 발열 대책으로 공랭(空冷) 대신 서버를 액체에 담그는 ‘액침(液浸) 냉각’이 유력한 선택 사항 중 하나로 떠오르고 있다. 이 새로운 시장을 개척하기 위해 타 분야의 기업들이 잇따라 진출하고 있다.

액침 냉각은 공기와 비교해 열전도성이 높은 액체에 서버를 담그기 때문에 공냉보다 냉각 성능이 높다. 공랭에 비해 냉각에 필요한 전력을 90% 이상 줄일 수 있다는 시산도 있다.

하지만 정밀한 전자기기인 서버를 액체에 담가야 하기 때문에 전자기기 동작에 영향을 미치지 않는 액체가 필요하다. 순수는 사용 중에 혼입되는 불순물 등으로 전류가 통한다는 문제가 있다. 전류가 통하지 않고 서버로부터 빠르게 열을 빼앗아 외부로 방출할 수 있는 물질로 오일이나 불소계 냉매가 현재 유망 시 되고 있다.

여기에 누구보다 빨리 주목한 곳이 ENEOS와 이데미쓰코산으로, 최근 몇 년 간 액침 서버 냉각액 개발에 주력하고 있다.

액침 서버의 냉각 효율은 냉각액의 특성에 좌우되기 때문에 도입을 검토하는 데이터센터 사업자로부터 개선의 요구가 강하다. 기름의 점성과 인화점의 균형 등이 과제이다. 인화점을 높게 유지함으로써 인화를 피하고 동시에 점성을 줄임으로써 냉각액의 순환 속도를 높일 수 있다. 순환 속도가 빠르면 기름 온도를 낮게 유지할 수 있어 냉각 효율이 높아진다.

하지만, 기름의 점성은 인화점에 거의 비례하기 때문에 점성을 낮추면 인화점이 내려간다. 이 문제를 어떻게 극복하느냐가 기업들의 핵심 경쟁력이다.

-- 탄화수소 종류의 편차를 줄여야 --
ENEOS는 윤활유 등 기존의 석유 제품을 전용하는 것이 아니라, 기름의 베이스 재료(기유)부터 재검토하고 있다. 인화점을 높게 유지하기 위해서는 기름을 구성하는 탄화수소 종류의 편차를 최소화하는 것이 중요하다고 한다. 일반 석유제품에서는 이 편차가 큰 문제가 되지 않지만, 인화점을 낮추는 요인이 되기 때문에 서버의 냉각액용으로는 문제가 된다.

ENEOS의 후지와라(藤原) 공업용윤활유그룹 담당매니저는 “화학 합성을 사용하면 단일 탄화수소로 이루어진 오일은 만들 수 있지만, 코스트가 맞지 않는다”라고 말한다. 그래서 ENEOS는 주로 석유에서 정제한 광유(鑛油)계 오일을 베이스로 냉각액 개발을 추진하고 있다. 탄화수소 종류의 편차를 줄이기 위해 냉각액의 정제 공정에 독자적 장치를 도입했다.

ENEOS는 이미 ‘ENEOS IX 시리즈’라는 이름의 냉각액을 2024년에 발매. 서버 제조사 및 데이터센터 사업자용으로 제공하고 있으며, 예를 들면, 액침 서버를 개발하는 Quantum Mesh(도쿄)의 데이터센터(후쿠이현)에서의 실증에 사용되고 있다. 냉각 효율을 높이기 위해 냉각액의 점성을 더욱 낮춘 차기 제품도 현재 개발 중이다.

-- 액체의 투명성을 높여 유지보수가 용이하도록 --
이데미쓰코산은 냉각액의 유지보수성에 주목해 개발을 추진. 유지보수성을 높이기 위해 독자적으로 개발한 첨가제를 사용해 냉각액 투명성 등을 높이고 있다.

이데미쓰코산은 기유와 2,000~3,000가지 첨가제의 다양한 조합 중 최적으로 여겨지는 조합을 발견. 이를 통해 냉각액의 투명성과 인화점을 동시에 높일 수 있었다고 한다. 현재 ‘IDEMITSU ICF 시리즈’라는 이름으로 올 4월부터 판매하고 있으며, 도쿄과학대학 발(發) 에너지 스타트업 elleThermo(도쿄)의 액침 서버 실험용 등으로 제공하고 있다.

이데미쓰코산의 이와이(岩井) 윤활유개발기술 담당자는 “지금까지 쌓아온 첨가제 관련 지식을 활용해 꾸준하게 시작(試作)과 평가를 거듭해왔다”라고 말한다. 점성을 한층 더 줄인 상위 모델의 개발도 진행하고 있다고 한다.

이데미쓰코산은 자동차 부품용 윤활유를 주력 제품 중 하나로 삼아 왔다. 하지만 탈탄소의 흐름으로 인해 이 시장은 축소될 것으로 예상하고 윤활유의 노하우를 활용해 새로운 시장을 개척하고 있다.

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