전기전자/정보통신

Nikkei Computer_2021.7.22 특집 요약 (p50-55)

미룰 수 없는 데이터 센터의 탈탄소
30% 에너지 절약, 사용전력 일부의 재생에너지화

데이터센터 운용에 따르는 온난화 가스의 배출량을 억제하는 ‘데이터센터 탈탄소’가 국가의 중요 정책의 하나가 되었다. 스가 총리는 2021년 6월 2일 총리 관저에서 개최한 성장전략회의에서 “저소비전력 데이터센터의 분산 배치”를 선언했다. 6월 18일 각의 결정한 성장전략실행계획안에는 ‘2030년 모든 신설 데이터센터의 30% 에너지 절약화’와 ‘사용전력 일부의 재생에너지화’가 포함되었다.

성장전략에서 데이터센터의 탈탄소는 ‘경제 안전보장 관점에서의 디지털정책’으로 자리잡고 있다.

현재 일본 국내에서는 재생에너지 조달이 어려워 데이터센터의 재생에너지 전환이 미국 등에 비해 늦어지고 있다. 이대로라면 일본 기업의 IT시스템 및 데이터가 온난화가스 배출량 삭감을 계기로 국외 데이터센터에 유출될 수도 있다. 이러한 상황은 경제 안전보장의 관점에서 허용할 수 없기 때문에 국가적으로 데이터센터의 국내 입지를 유지하고, 그에 필수인 데이터센터의 에너지 절약화와 재생에너지 전환을 지원한다.

스가 총리가 말하는 데이터센터의 분산 배치란, 현재는 수도권에 집중된 데이터센터를 지방에 분산시키는 것을 말한다. 성장전략실행계획안은 ‘고성능·저소비 전력의 데이터센터에 대해서 새롭게 최대 5개소 정도의 핵심 거점과, 수요를 감안하면서 최대 10개소 정도의 지방 거점 정비를 추진해 국내에서의 최적 배치를 도모’하는 것이다.

왜 탈탄소를 위해 데이터센터의 분산 배치가 필요한가? 일본데이터센터협회(JDCC) 이사인 도쿄대학 대학원 정보이공학계 연구과의 에사키(江崎) 교수는 “데이터 센터가 집중되는 수도권에서는 재생에너지 조달이 어렵기 때문이다”라고 지적한다. “지금까지도 도쿄는 지진 위험이 높은 이유도 있어, 국토 강인화를 목적으로 한 데이터센터의 지방 분산에 정부도 착수하고 있었지만 사용하는 기업이 없었다. 재생에너지 조달은 데이터센터 지방 분산의 과제를 푸는 열쇠가 된다”(에사키 교수).

'성장전략 후속 공정표'는 21년부터 경제산업장관이 '지방에 분산되어 있는 데이터센터를 가상적인 거대 클라우드로서 일체적으로 운용하는 환경 구축'을 추진하기로 한다.

성장전략의 일부에서 경제산업성 등이 정리한 ‘2050년 탄소중립에 따른 녹색성장전략’에서는 ‘데이터센터의 국내 입지 촉진을 위해 데이터센터의 제로에미션화∙회복력 강화의 모델 창출과 재생에너지 등 탈탄소 전원의 도입을 촉진하기 위한 실증∙보조사업∙제도지원 등을 실시한다’고 담고 있다. 데이터센터의 탈탄소나 지방 이전에 국가 예산도 들어갈 전망이다.

-- 시작된 재생에너지 구입 --
국가 정책에 앞서서 일부의 선진적인 데이터센터 사업자는 전력의 재생에너지 전환을 시작하고 있다.

야후는 21년 5월에 후쿠시마현 시라카와시에 있는 시라카와 데이터센터에서 이용하는 전력의 일부를 재생에너지 유래로 전환했다. 야후는 23년까지 사업 활동으로 사용하는 전력을 100% 재생에너지 유래로 한다는 목표를 제시한다. 야후가 사업 활동에 쓰는 전력의 95%를 데이터센터가 차지하고 있어, 데이터센터의 재생에너지 전환이 매우 큰 의미를 갖는다.

야후의 시라카와 데이터센터가 사용하는 것은 ‘트래킹 첨부 FIT(고정가격 매입 제도) 비화석 증서’가 붙은 전력이다. 소프트뱅크와 동사의 전력 소매 자회사인 SB파워가 공급한다. 비화석 증서는 태양광발전이나 풍력발전 같은 비화석 전원으로 만들어진 전기의 환경 가치를 증서 형태로 만든 것이다. 트래킹 첨부 FIT 비화석 증서는 FIT 제도 하에서 발전된 전력만을 대상으로 해서 환경 가치를 증서화하고, 발전 방법이나 발전소의 소재지 등의 트래킹 정보를 부여하고 있다.

야후의 SR추진통괄본부 CSR추진실은 “23년도까지 전력의 100%를 재생에너지 유래로 전환한다는 목표는 1년이라도 빨리 앞당기고 싶다”라고 말한다. 야후는 기타큐슈시에 있는 ‘기타큐슈 데이터센터’ 등에서도 재생에너지 유래 전력을 사용할 계획이다.

소프트뱅크는 21년 5월, 30년까지 사업 활동에서 사용하는 전력 등에 의한 온난화 가스의 배출량을 실질 제로로 하는 ‘탄소중립 2030 선언’을 발표했다. “꼭 해내겠다는 생각으로 2030년이라고 선언했다. 물론 할 수 있으면 꼭 앞당기고 싶다”(소프트뱅크의 미야카와(宮川) CEO).

소프트뱅크의 연간 소비전력 14억kWh 가운데 62%를 이동통신 기지국이 소비하고, 8%를 데이터센터가 사용한다. 현재는 기지국의 재생에너지 전환을 중심으로 진행하지만 데이터센터도 2030년까지 재생에너지로 전환할 계획이다.

후지쓰는 22년도까지 클라우드 서비스 ‘FJcloud’를 100% 재생에너지로 운용할 계획이다. 후지쓰 전체에서는 국내외의 그룹 거점에서 사용하는 전력에서의 재생 에너지의 이용을 30년까지 40% 이상을 목표한다.

히타치제작소는 그룹의 밸류체인 전체에서의 CO₂ 배출량을 30년까지 10년도 대비 50% 삭감, 50년까지 80% 삭감하는 목표를 내건다. 이를 위해 840억 엔을 투자할 계획이다. NTT데이터나 NEC도 각각, 온난화 가스 배출 삭감 목표의 지표 중 하나인 SBT(Science Based Targets)에서의 목표를 정하고 있다.

● 주요 IT기업이나 통신기업이 제시하는 탈탄소 목표

-- 서버 냉각의 에너지 절약 노력도 진행 --
데이터센터가 사용하는 전력 자체를 줄이는 노력도 가속화되고 있다. 일본데이터센터의 소비전력 효율은 과거 20년간 크게 향상되었다. 이전에는 서버 등 IT기기보다 공조 장치나 변압기 등이 많은 전력을 소비하고 있었지만, 그러한 낭비는 한계 근처까지 작아졌다. 최신의 데이터센터의 에너지절약 대응을, NTT 데이터가 18년 4월에 가동한 ‘미타카 데이터센터 EAST’를 예로 해설한다.

미타카 데이터센터 EAST는 연면적 약 3만 8,000㎡, 최대 수전 용량은 4만 kVA(킬로 볼트 암페어)로, 최대 약 5,600락을 수용할 수 있다. 데이터센터의 소비전력 효율을 나타내는 지표인 PUE(전력사용률, Power Usage Effectiveness)는 설계치로 ‘1.3’이며, 실측치로도 ‘1.35~1.4’로 좋은 수준에 있다.

PUE는 데이터센터 전체의 소비전력을 IT기기의 소비전력으로 나눈 값으로, 공조장치 등 IT기기 이외의 소비전력이 적을수록 PUE 값은 작아진다. 이론 상의 최소치는 1이다. 2000년대까지 일본의 데이터센터는 PUE가 2 이상, 즉 서버 등 IT기기보다도 공조 장치 등이 더 많은 전력을 소비하는 경우가 적지 않았다. 과거의 데이터센터와 비교하면, 미타카 데이터센터 EAST를 포함한 최신의 데이터센터의 소비전력 효율은 크게 개선되고 있다.

미타카 데이터센터 EAST의 소비전력 효율 개선에 크게 기여한 것이, 서버의 냉각에 관한 소비전력의 삭감이다. 최근의 데이터센터에서 상식이 된 에너지절약 대책을 견실하게 축적했을 뿐만 아니라, 도쿄 도내의 데이터센터에서는 드문 외기를 사용한 냉각 등을 활용한다.

이 데이터센터의 서버룸 벽면에는 통풍구가 설치되어 있고, 통풍구 외벽에 수냉식 공조기가 있어 냉기가 서버룸으로 흘러 든다. 이른바 ‘벽면 송풍 공조 방식’이다.

서버룸 내부는 공조기에서 뿜어져 나온 냉기를 내보내는 ‘콜드 아일’과 서버의 열을 포함한 온기를 배출하는 ‘핫 아일’로 분할되어 있다. 냉기와 난기가 서로 섞이지 않도록 하여 효율적으로 서버를 냉각시킬 수 있다.

-- 도쿄 도내에서도 외기 냉각을 채용 --
서버룸 벽면에 있는 수냉식 공조기는, 물이 순환하는 배관(파이프)에 바람을 불어 넣어 냉기를 만드는 구조다. 데워진 배관의 물은 데이터센터 옥상에 있는 ‘공랭 모듈 칠러’라는 장치로 다시 냉각해서 펌프로 서버룸 공조기로 순환시킨다. 일반적으로 데이터센터에서는 칠러가 매우 큰 전력을 소비한다. 그래서 미타카 데이터센터 EAST에서는 칠러를 가동하지 않아도 서버를 냉각할 수 있도록 외기 냉각 방식을 병용하고 있다.

외기 냉각 방식이란, 밖의 공기를 서버룸에 넣음으로써 서버 등을 차게 하는 구조다. 외기 냉각 방식은 사쿠라인터넷이 11년에 홋카이도 이시카리시에 개설한 ‘이시카리 데이터센터’나, 야후의 시라카와 데이터센터 등 시원한 장소에서의 대처가 유명하지만, 최근에는 도쿄 도내에서도 외기 냉각 방식을 채용하는 케이스가 증가하고 있다.

미타카 데이터센터 EAST에서는 건물의 하부로부터 외기를 흡수한다. 흡수한 외기는 ‘콜드 파티오’라고 부르는 공간을 통해서 서버룸으로 보내진다. 서버룸에서 나오는 폐열은 ‘핫 파티오’라고 부르는 공간을 통해서 배출된다. 핫 파티오의 윗부분은 나팔 모양으로 되어 있어 난기를 효율적으로 배출할 수 있다.

너무 차가운 외기나 습도가 높은 외기를 그대로 서버룸에 흘려 넣으면 서버 등에 악영향을 줄 수도 있다. 그래서 흡수한 외기는 서버룸의 공조기에 의해 서버에서 나오는 배기와 혼합해서 온도나 습도를 조정하고 있다.

데이터센터는 지진의 흔들림이 건물에 직접 전달되는 것을 막기 위해 건물 하부에 면진층을 설치한다. 면진층은 지하에 설치되는 일이 많지만, 미타카 데이터센터 EAST는 면진층이 반지하로 되어 있기 때문에 건물 본체와 지면 사이에 틈이 있다. 그곳이 바깥 공기를 빨아들이는 통로다.

미타카 데이터센터 EAST를 설계한 NTT데이터의 비즈니스솔루션사업본부 호리구치(堀口) 부장은 “건물 전체가 공조 장치처럼 되어 있다”라고 말한다.

미타카 데이터센터 EAST에서는 현재, 칠러를 가동하지 않고 외기만으로 서버를 냉각할 수 있는 ‘칠러리스’ 시간대는 연간 20% 정도다. 여름철에도 적극적으로 외기 냉각을 활용해 칠러리스로 데이터센터 운용 시간을 길게 할 수 있다면 소비전력을 더 줄일 수 있다. NTT데이터는 그를 위한 연구 개발도 진행하고 있다.

-- 실온을 올리면 에너지 절약 향상 --
구체적으로는 18년부터 19년에 NEC 등과 공동으로, 고온 환경에서 가동할 수 있는 서버기기를 사용해서 서버룸의 온도와 데이터센터 소비전력의 관계 등을 검증했다.

NTT데이터는 서버룸의 온도는 기본적으로 ASHRAE(미국난방냉동공조학회)의 규격에 따라서 ‘18~27도’로 설정하고 있다. 그러나 국내에서 판매되는 서버기기의 상당수는 35도나 40도의 환경에서도 가동할 수 있다.

만약 서버룸의 온도를 기존보다 높게 할 수 있으면, 서버를 여름철에도 외기만으로 냉각할 수 있게 된다. 그렇게 생각해 서버기기의 실제 기기와 미타카 데이터센터 EAST의 검증 룸을 사용해 검증했다.

“검증을 통해 얻은 결과에 따르면, 서버룸의 실온 설정을 15~32도, 습도 설정을 8~85%로 변경하면, 연간 중 90% 정도는 외기만으로 서버 냉각이 가능해지면서 칠러를 사용하지 않아도 된다는 것을 알았다”(호리구치 부장).

실온이 올라 서버기기의 흡기 온도가 높아져도 CPU의 소비전력이나 CPU의 성능에 영향이 없는 것도 알았다. 또 서버가 흡입하는 공기가 35도 이상이 되면 서버의 팬이 소비하는 전력이 급증해 버린다는 것도 알았다.

만약 연간 90%의 시간을 칠러리스로 운용할 수 있다면 “PUE는 1.1대를 목표로 할 수 있다”(호리구치 부장). 무엇보다도 서버룸의 실온 설정을 변경하려면 데이터센터를 사용하는 고객 측의 이해도 필수다.

“최근에는 고객도 데이터센터의 환경 성능에 대한 관심이 높아지고 있어 흐름의 변화를 느끼고 있다”(호리구치 부장). 도쿄 도내의 데이터센터에서도 외기 냉각의 활용이 향후 더욱 가속화될 가능성이 있다.

-- 재생에너지 100%의 시설을 건설 --
-- 앞서는 해외 기업 --
-- 해외 기업도 일본에서 재생에너지 조달 --

 -- 끝 --