일본산업뉴스요약

Nikkei X-TECH_2021.6.14

미룰 수 없는 데이터센터의 탈탄소
NTT데이터의 최신 데이터센터에 대한 성(省)에너지 기술
도쿄 도내에서도 외기(外氣)로 서버 냉각

일본 데이터센터의 소비전력 효율은 과거 20년 간 크게 개선되었다. 이전에는 서버 등 IT 기기보다도 냉각 장치나 변압기 등이 많은 전력을 소비했지만, 그러한 낭비는 최소화되었다. 최신 데이터센터에 있어서의 에너지효율화 움직임에 대해 NTT데이터가 2018년 4월에 가동한 ‘미타카(三鷹) 데이터센터 EAST’를 예로 들어 설명하겠다.

미타카 데이터센터 EAST는 연면적 약 3만 8,000평방미터, 최대 수전 용량은 4만 킬로볼트암페어(kVA)로, 최대 약 5,600랙을 수용할 수 있는 대형 데이터센터이다. 데이터센터의 소비전력 효율을 나타내는 지표인 PUE(Power Usage Effectiveness, 전력사용률)는 설계치 ‘1.3’, 실측치 ‘1.35~1.4’로 양호한 수준이다.

PUE는 데이터센터 전체의 소비 전력을 IT 기기의 소비전력으로 나눈 값으로, 냉각 장치 등 IT 기기 이외의 소비 전력이 적을수록 PUE의 값은 작아진다. 이론상의 최소치는 1이다. 2000년대까지 일본의 데이터센터는 PUE가 2 이상으로, 서버 등 IT 기기보다 냉각 장치 등이 더 많은 전력을 소비하는 경우가 적지 않았다. 이러한 과거의 데이터센터에 비해 미타카 데이터센터 EAST의 소비전력효율은 크게 개선되었다.

-- 외기 냉각으로 소비전력 절감 --
미타카 데이터센터 EAST의 소비전력 효율 개선에 크게 기여한 것은 서버의 냉각 관련 소비전력 감축이다. 최근 데이터센터에서 상식이 되고 있는 에너지효율화 대책을 꾸준히 축적해왔을 뿐만 아니라, 도쿄 도내 데이터센터로는 드물게 외기(바깥공기)를 사용한 냉각 등을 활용하고 있다. 자세히 살펴보도록 하겠다.

미타카 데이터센터 EAST의 서버룸 벽면에는 통풍구가 설치돼 있다. 통풍구 바깥쪽에 수냉식 에어컨이 있어 냉기가 서버룸으로 흘러 들어간다. 이른바 벽부형 공조시스템방식이다.

서버룸 내부는 에어컨으로부터 나온 냉기를 내보내는 콜드 아일과 서버의 열이 포함된 온기를 배출하는 핫 아일로 분할되어 있다. 냉기와 온기가 서로 섞이지 않도록 함으로써 효율적으로 서버를 냉각시킬 수 있다.

서버룸 벽면에 있는 수냉식 에어컨은 물이 순환하는 배관에 바람을 불어넣어 냉기를 만드는 구조다. 데워진 배관의 물은 데이터센터 옥상에 있는 공랭 모듈형 칠러라는 장치로 다시 냉각해 펌프를 통해 서버룸의 에어컨으로 순환시킨다. 일반적으로 데이터센터에서는 칠러가 매우 큰 전력을 소비한다. 미타카 데이터센터 EAST에서는 칠러를 가동하지 않아도 서버를 냉각할 수 있도록 외기냉각방식을 활용하고 있다.

외기냉각방식이란 말 그대로 외부의 공기를 서버룸에 주입함으로써 서버 등을 냉각시키는 시스템이다. 외기냉각방식은 사쿠라인터넷이 2011년에 홋카이도 이시카리(石狩) 시에 개설한 ‘이시카리 데이터센터’와 IDC프런티어가 2012년, 후쿠시마 현 시라카와(白河) 시에 개설한 ‘시라카와 데이터센터’ 등 서늘한 지역에서의 대응이 잘 알려져 있지만, 최근에는 도쿄 도내에서도 외기냉각방식을 채택하는 케이스가 증가하고 있다.

미타카 데이터센터 EAST에서는 건물의 하부를 통해 외기를 유입한다. 유입된 외기는 ‘콜드 파티오(Cold Patio)’라고 하는 공간을 통해 서버룸으로 보내진다. 서버룸으로부터 나온 폐열은 ‘핫 파티오(Hot Patio)’라는 공간을 통해서 배출된다. 핫 파티오의 윗부분은 나팔모양으로 되어 있어 온기를 효율적으로 배출할 수 있다.

너무 차가운 외기나 습도가 높은 외기가 그대로 서버룸에 유입될 경우 서버 등에 악영향을 줄 수도 있다. 이를 막기 위해 미타카 데이터센터 EAST에서는 흡입된 외기를 서버룸의 에어컨을 통해 서버로부터의 배기와 혼합시켜 온도 및 습도를 조절한다.

-- 반지하의 면진(免震)층을 통해 외기 흡입 --
데이터센터에서는 지진의 흔들림이 건물에 직접 전달되는 것을 막기 위해 건물 하부에 면진층이 설치된다. 면진층은 지하에 설치되는 일이 많지만, 미타카 데이터센터 EAST는 면진층이 반지하에 설치되어 있어, 건물 본체와 지면 사이에 틈이 존재한다. 그곳이 외기를 빨아들이는 통로이다.

미타카 데이터센터 EAST를 설계한 NTT데이터 비즈니스솔루션사업본부의 호리구치(堀口) 부장은 “건물 전체가 냉각 장치와 같이 설계되어 있다”라고 말한다.

미타카 데이터센터 EAST에서는 현재, 겨울과 봄, 가을에 외기 냉각을 실시하고 있다. 칠러를 가동하지 않고 외기만으로 서버를 냉각할 수 있는 ‘칠러리스’ 시간대는 연간 20% 정도이다. 여름철에도 외기 냉각을 실시해 칠러리스 시간을 늘릴 수 있다면 소비전력을 더 줄일 수 있어 NTT 데이터는 이를 위한 연구개발도 추진하고 있다.
구체적으로는 2018년부터 2019년까지 NEC 등과 공동으로 고온의 환경에서도 가동이 가능한 서버 기기를 사용해 서버룸의 온도와 데이터센터 소비전력의 관계 등을 검증했다.

NTT데이터는 서버룸의 온도를 ASHRAE(미국난방냉동공조학회)의 규격에 따라 기본적으로 ‘18~27도’로 설정하고 있다. 하지만 일본 내에서 판매되는 서버 기기의 상당수는 35도, 또는 40도의 환경에서도 가동이 가능하다.

만약 서버룸의 온도를 기존보다 높게 할 수 있다면 서버를 여름에도 바깥 공기만으로 냉각할 수 있게 될 것이라고 판단해 NTT데이터는 서버 기기와 미타카 데이터센터 EAST의 검증 서버룸을 통해 이를 검증을 했다.

-- 상온 상한 32도, PUE는 1.1대도 가능 --
“검증을 통해 얻은 결과에 따르면, 서버룸의 실온 설정을 15~32도, 습도 설정을 8~85%로 변경하면 연간 90% 정도는 외기만으로 서버 냉각이 가능해 칠러를 사용하지 않아도 된다”라고 NTT 데이터의 호리구치 부장은 말한다.

실온이 높아져 서버 기기의 흡기 온도가 상승되어도 CPU의 소비전력 및 성능에는 영향을 미치지 않는다는 사실도 이번 검증을 통해 밝혀졌다. 또한 서버가 흡입하는 공기가 35도 이상이 되면, 서버의 팬이 소비하는 전력이 급증해 버린다는 사실도 알게 되었다.

만약 연간 90%의 시간을 칠러리스로 조달할 수 있게 된다면 “PUE는 1.1대를 목표로 할 수 있다”(호리구치 부장). 하지만 서버룸의 실온 설정을 변경하려면, 무엇보다 데이터센터를 사용하는 고객 측의 이해도 반드시 필요하다.

최근에는 고객들도 데이터센터의 환경 성능에 대한 관심이 높아지고 있어 “흐름의 변화를 느낄 수 있다”라고 호리구치 부장은 말한다. 도쿄 도내의 데이터센터에서도 외기냉각방식의 활용이 향후 더욱 가속화될 가능성이 있다.

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