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Nikkei X-TECH_2021.5.11

마이크로소프트가 개발하는 '액침 냉각 서버'
냉각 효율 외에 ‘무인 데이터 센터’의 모델 가능성도

마이크로소프트의 클라우드 내부에서는 하드웨어가 눈부신 진화를 거듭하고 있다. 그 대표적인 것이 ‘액침 냉각 서버(Immersion Cooling Server)’. 메인 보드 전체를 액체 냉매가 들어간 수조에 가라앉혀 프로세서 등을 냉각하는 시스템이다. 고밀도 서버를 적은 전력으로 냉각시킬 수 있을 뿐만 아니라, 서버의 고장률을 낮추는 효과도 기대할 수 있다고 한다.

마이크로소프트는 3월에 개최한 자사 이벤트 'Microsoft Ignite 2021'에서 미국 워싱턴 주 퀸시의 데이터센터에서 액침 냉각 서버의 실제 운용을 개시했다고 밝혔다. 그 구체적인 냉각 흐름은 다음과 같다.

액침 냉각 서버의 내부를 채우는 액체 냉매는 미국 3M이 개발한 것으로, 끓는점이 섭씨 50도(화씨 122도)로 낮아 프로세서 등으로부터 나오는 열을 통해 바로 끓는다. 이 기화열(액체가 기체가 될 때 주위로부터 빼앗는 열)을 서버 냉각에 사용한다는 점에서 마이크로소프트는 이 냉각 방식을 ‘2상 액침 냉각(Two-phase immersion cooling)’이라고 부르고 있다.

-- 펌프를 사용하지 않고 냉매를 순환 --
기화한 냉매는 증기가 되어 상승하지만 액침 냉각 서버 뚜껑의 열교환기를 통해 다시 액체로 되돌아가 액침 냉각 서버 수조에 비처럼 쏟아진다. 이 때 냉매가 가지고 있던 열이 서버 외부로 배출된다.

이 방식의 특징은 액체 냉매의 순환에 팬이나 펌프를 사용하지 않는다는 점이다. 일반적인 공랭(空冷) 방식이나 수냉(水冷) 방식에서는 공기나 액체 등의 냉매를 팬이나 펌프를 사용해 서버 외부에 내보낸다. 이에 반해 마이크로소프트의 액침 냉각 서버는 액체 냉매가 기화하며 자연스럽게 상승해 다시 액체가 되어 중력에 의해 비처럼 쏟아져 내린다. 팬이나 펌프 등으로 인한 전력 소모가 없기 때문에, 냉각에 필요한 소비 전력을 기존형의 서버에 비해 5~15% 절감할 수 있다고 한다.

액침 냉각 서버의 장점은 소비 전력 절감만이 아니다. 공랭 방식에 비해 냉각 효율이 높아 서버 밀도를 높일 수 있다. 또한, 일반적인 공랭 방식과 비교했을 때 의외의 장점은 서버의 고장률을 낮출 가능성이 있다는 것이다.

마이크로소프트에 따르면 서버 고장에는 공기의 습도와 산소가 큰 영향을 준다고 한다. 서버 내부를 공기가 아닌 액체 냉매로 채움으로써 습도 변동과 무관해지고 산소도 배제할 수 있어 서버 고장률이 낮아진다는 것이다.

서버 고장률이 낮아지는 근거로 마이크로소프트는 자사의 ‘수중 데이터센터’의 실험 결과를 제시했다. ‘Project Natick’라고 부르는 프로젝트로, 2018년 봄부터 영국 스코틀랜드의 오크니 제도의 해저에 컨테이너형 데이터센터를 수중에 가라앉혀 운용해왔다. 데이터센터 내부는 질소로 채워져 있으며, 바닷속에 있어 바깥바람이 들어오지 않고 습도도 일정하다.

마이크로소프트는 2018년 봄부터 2년 간 수중 데이터센터와 병행해 완전히 같은 구조의 컨테이너형 데이터센터를 지상에서도 운용했다. 수중과 지상 2곳의 데이터센터의 서버 고장률을 비교한 결과, 수중 고장률은 지상의 8분의 1이었다.

수 십만 대의 서버를 운용하는 ‘하이퍼스케일(Hyperscale)’의 데이터센터에서는 서버 수리가 큰 과제이다. MTBF(평균 고장 간격)가 30년이라고 하는 초고신뢰성 하드웨어를 사용한 경우에도 서버 대수가 만 개를 넘으면 데이터센터에서는 상시 몇 대가 고장 난 상태라는 계산이 나오기 때문이다. 또한 마이크로소프트는 고장 난 부품(컴포넌트)을 교체할 때 발생하는 충격이나 실수 등도 다른 고장을 유발하는 요인이 될 수 있다고 밝혔다.

-- 무인 데이터센터가 가능하게 --
마이크로소프트의 로치 씨는 4월에 공개한 액침 냉각 서버에 관한 공식 블로그에서 “액침 냉각 서버에서 예상대로 고장률이 낮아질 경우, 부품이 고장 나도 곧바로 교환하지 않는 데이터센터의 운용 모델로 전환할 수 있을 가능성이 있다. 이러한 모델로 전환할 수 있다면 당장 보수 요원이 투입될 수 없는 원격지에서의 서버 운용도 가능하게 된다”라고 말했다.

지금까지 데이터센터 운용에서는 서버 고장에 대비해 보수 요원이 상주해야 한다. 마이크로소프트가 개발하는 액침 냉각 서버나 수중 데이터센터는 ‘무인 데이터센터’라고 하는 새로운 모델을 탄생시킬 가능성이 있다.

 -- 끝 --

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