데이터 센터의 미래 - 육지, 바다, 우주

 

2035년이다. 전 세계 전기 수요는 급증했는데, 이는 주로 디지털 세계를 지원하는 데이터 센터에 의해 주도되었다. 그러나 기후 변화를 악화시키는 대신, 이러한 전력 소모가 많은 시설은 현재 전기의 100%가 청정 에너지로 생성되는 주요 원인이다.

 

데이터 센터

데이터 센터는 데이터를 처리하고 저장하는 데 사용되는 컴퓨팅 하드웨어를 보관하는 시설이다. 일부 기업은 자체 데이터 센터를 현장에서 유지 관리하지만, 많은 기업은 다른 사람이 소유하고 운영하는 데이터 센터에 의존한다.

디지털 세계가 계속 성장함에 따라 데이터 센터와 이를 운영하는 데 필요한 청정 전기에 대한 수요도 증가하고 있다. 우리가 어떻게 따라잡을 수 있을지 알아보기 위해 데이터 센터의 역사, 직면한 과제, 그리고 이러한 문제를 극복하기 위한 아이디어를 육지, 바다, 우주에서 살펴보겠다.

 

우리가 걸어온 길

 

우리가 가는 곳(예상)

비디오 스트리밍, 원격 작업 증가, 클라우드 컴퓨팅으로 전환하는 기업, 그리고 전력 소모가 많은 AI의 개발로 인해 더 많은 장비가 있는 더 많은 데이터 센터에 대한 필요성이 급증하고 있다. 이는 향후 5년 동안 데이터 센터 전력 수요를 160% 증가시킬 것으로 예상된다. 2030년까지 데이터 센터는 미국 전체 전기의 8%를 소비할 것이다.

이러한 수요를 충족하기 위해 하이퍼스케일 데이터 센터의 수는 지난 4년 동안 두 배로 늘어났으며 AWS의 엔지니어링 부사장인 빌 바스는 2024년 CERAWeek 에너지 컨퍼런스 참석자들에게 현재 전 세계 어딘가에 3일마다 모든 규모의 새로운 데이터 센터가 문을 열고 있다고 말했다.

이러한 새로운 데이터 센터의 전력 수요는 정말 엄청날 수 있다. Microsoft와 OpenAI가 계획한 "스타게이트" 데이터 센터는 1,000억 달러의 비용이 들 것으로 추산되며 최대 5기가와트의 전기를 소비할 것으로 예상되는데, 이는 현재 미국에서 가장 큰 원자력 발전소의 용량보다 더 많다. 북부 버지니아에서 전력 회사는 계획된 데이터 센터가 여러 개의 원자로에 해당하는 새로운 전력을 요구하고 있다고 보고한다.

네덜란드에 있는 구글 데이터 센터.

 

데이터 센터 용량은 점점 더 필요해질 것이고, 장비를 가동하고 냉각하는 데 많은 에너지가 필요하기 때문에 신뢰할 수 있고 저렴하며 이상적으로는 깨끗한 에너지를 충분히 공급하는 어딘가에 건설해야한다.

"이러한 시설을 세울 수 있는 충분한 전력을 갖춘 자격을 갖춘 토지를 찾으려면 2006년에 내가 건설한 것보다 10배가 필요하다."라고 고보안, 고밀도 데이터 센터의 소유자이자 관리자인 짐 코클리는 뉴욕 타임스에 이렇게 말했다. "그들은 본질적으로 엄청난 양의 에너지를 흡입하고 있다."

특히 미국에서 이러한 수요는 20년 동안 거의 성장하지 않은 전기 부문에 부딪히고 있다. 제안된 발전소의 엄청난 수는 그리드에 연결하기 위한 허가를 기다리는 동안 대기열에 갇혀 있고, 허가 및 송전선 문제로 인해 성장이 더욱 둔화되고 있다.

이러한 상황으로 인해 데이터 센터 개발자는 데이터 센터를 건설할 장소와 전력 공급 방법에 대해 창의적으로 생각하기 시작해야 한다. 미래의 데이터 센터를 더 깨끗하고 안정적으로 만들 수 있는 몇 가지 방법을 소개한다. 또한 미래 기술을 주도하는 데 필요한 컴퓨팅 파워를 제공한다.

 

물 테스트

노트북을 무릎 위에 올려놓고 작업해 본 적이 있다면 컴퓨터가 뜨거워지고 장비가 과열되는 것을 방지하는 것이 데이터 센터에서 가장 중요한 문제라는 것을 알고 있을 것이다. 이는 서비스를 중단하고 장비를 손상시킬 뿐만 아니라 근로자를 다치게 하는 화재로 이어질 수도 있다.

현재 데이터 센터에서 사용되는 에너지의 최대 40%가 냉각 시스템에 사용될 수 있으며 지구 온난화로 인해 기온이 상승함에 따라 앞으로 냉각 비용이 더욱 높아질 수 있으므로 데이터 센터 개발자는 온도를 낮게 유지할 수 있는 더 효율적인 방법을 찾고 있다.

이러한 탐색으로 일부는 바다 바닥으로 향하고 있다.

2년간 수중에서 작업한 후 전력 세척을 거치는 프로젝트 나틱 모듈.

 

2018년 Microsoft는 스코틀랜드 해안에서 북해 바닥에 864개의 서버를 장착한 40피트 길이의 데이터 센터 모듈을 가라앉혔다. 그런 다음 모듈을 100% 청정 에너지로 구동되는 지역 전력망에 연결했다.

목표는 수중 117피트의 자연적으로 낮은 온도가 냉각 비용을 줄일 수 있는지 확인하는 것이었기 때문에 Microsoft는 2020년에 전체 데이터 센터를 회수하기 전에 서버를 내부 프로젝트에 사용했다.

수중 데이터 센터는 육지의 서버 비교 그룹보다 더 안정적임이 입증되었을 뿐만 아니라 데이터 센터 효율성을 측정하는 데 사용되는 표준 지표인 인상적인 전력 사용 효율성(PUE) 점수인 1.07을 달성했다. 이상적인 점수는 1.0이고 평균적인 데이터 센터의 점수는 약 1.55이다.

중국의 수중 데이터 센터에 장비가 설치되고 있다.

 

Microsoft는 더 이상 수중 데이터 센터를 건설할 계획을 발표하지 않았지만, 미래에도 이를 배제하지 않았다.

Microsoft 대변인은 성명에서 "현재 수중 데이터 센터는 없지만, 프로젝트 나틱(Project Natick)을 연구 플랫폼으로 계속 사용하여 액체 침지와 같은 데이터 센터의 안정성과 지속 가능성에 대한 새로운 개념을 탐색, 테스트 및 검증할 것이다."라고 말했다.

2021년에 이 회사는 Project Natick의 많은 특허를 오픈 소스로 공개하여 다른 사람들이 이 개념을 추구하기 쉽게 만들었다. 같은 해에 중국 기술 회사 Highlander는 정부 관리들과 협력하여 중국 하이난 섬 해안에서 수중 데이터 센터를 건설하기 시작했다.

자세한 내용은 거의 없지만, 각각 무게가 1,433톤인 100개의 데이터 센터 모듈이 포함될 것이라는 것은 알고 있다. 이를 모두 합치면 기존 컴퓨터 60,000대의 처리 능력을 갖게 된다.

수중 데이터 센터 건설은 2025년에 완료될 예정이며, 프로젝트 관계자들은 25년 동안 운영될 것으로 예상한다. 또한 해안 센터보다 전력 효율성이 40-60% 더 높을 것으로 추정한다. 성공하면 효율적인 냉각을 넘어 물 아래에 센터를 짓는 이점을 다른 사람들이 활용하도록 영감을 줄 수 있다.

중국 정보통신기술 아카데미 CTTL 터미널 연구실의 수석 엔지니어인 시에 치안은 "수중 데이터 센터는 수중 공간을 최대한 활용하여 토지 자원 점유를 절약할 수 있을 뿐만 아니라 인간 활동 영역에서 벗어나 서버 작업을 위한 안정적인 환경을 제공한다."고 말했다.

 

데이터 - 우주에서!

일부 사람들은 해수면 위나 아래에 관계없이 육지에 데이터 센터를 짓는 것보다 우주에 두는 것이 좋다고 생각한다. 우주에서는 태양 에너지가 풍부하고 낮은 기온과 "혁신적인 열 분산"을 결합하여 서버에서 열을 방출할 수 있다.

"우주 기반 데이터 센터라는 아이디어는 새로운 것이 아니지만, 최근 SpaceX와 같은 우주 접근 방식의 진화와 디지털 부문의 개선으로 인해 우주에 데이터 센터를 두는 것이 더 현실적이라고 말할 수 있다." 우주 제조업체 Thales Alenia Space의 시스템 아키텍트인 데미안 듀메스티에(Damien Dumestier)가 말했다.

우주 기반 데이터 센터의 잠재력을 탐구하기 위해 유럽 위원회는 Thales와 계약을 맺고 2022년에 ASCEND(유럽 순 제로 배출 및 데이터 주권을 위한 고급 우주 클라우드) 연구를 주도했다.

Thales는 그런 다음 항공우주, IT 및 클라우드 컴퓨팅 산업의 파트너와 협력하여 우주 기반 데이터 센터가 기술적으로 실행 가능한지, 그렇다면 지상 데이터 센터보다 환경에 더 좋을지 확인했다.

2024년에 Thales는 연구 결과를 발표했다. 그렇다. 그들은 우리가 우주에 데이터 센터를 몇 개 설치할 수 있다고 믿지만, 그렇게 함으로써 시설의 환경적 영향을 크게 줄이려면 우리는 더 친환경적인 로켓이 필요할 것이다.

"환경적 영향과 관련된 가장 큰 이점은 지구에서 일부 전기나 에너지 소비를 없앨 것이기 때문에 이 에너지와 이 에너지의 생산과 관련된 배출을 피할 수 있다는 것이다."라고 듀메스티는 말했다.

오늘날의 로켓은 특별히 친환경적이지 않기 때문에, 그러한 이점 중 일부는 데이터 센터를 우주로 발사할 때 상쇄될 것이다. 그러나 Thales의 연구에 따르면, 우리가 배출물을 10배 적게 생성하는 로켓을 만들 수 있다면, 그 시설은 환경에 상당한 순이익이 될 수 있다.

"실현 불가능한 것은 아니다."라고 듀메스티는 말했다. "우리가 할 수 있는 일이다. 내일은 아니더라도 몇 년 안에는 가능하다."

Thales는 현재 추가 연구를 위한 로드맵을 작성하고 있다. 목표는 2036년에 13개의 우주 데이터 센터 "빌딩 블록"을 배치하기 위한 자금을 확보하는 것이다. 이를 모두 합치면 10메가와트의 용량이 되어 상용화에 충분하다.

많은 지상 기반 데이터 센터보다 규모가 훨씬 작지만, 이 시스템은 여전히 ​​국제 우주 정거장에 전력을 공급하는 것보다 5배 더 큰 태양 전지판이 필요하므로, 이 시스템과 데이터 센터 자체를 가능한 한 가볍게 만드는 방법을 파악하는 것이 발사를 매우 효율적으로 만드는 데 중요한 부분이 될 것이다.

장비를 우주 방사선으로부터 보호하고 장비와 지구 간에 충분히 빠른 속도로 데이터를 전송할 수 있도록 하는 것도 다른 고려 사항이지만, Thales는 세기 중반까지 우주 기반 데이터 센터를 상당히 확장할 준비가 되기를 바라고 있다.

듀메스티는 "최종 목표는 2050년까지 약 1기가와트를 배치하는 것이다."라고 말했다. "상당히 큰 규모이지만, 그 이유는 탄소 감소에 상당한 영향을 미치고 싶기 때문이다. 따라서 배치되는 양이 많을수록 영향력도 커진다."

 

육지에서

수중 및 우주 기반 시설은 데이터 센터를 호스팅할 수 있는 잠재력이 있지만, 대부분의 개발자는 이미 필요한 대규모로 구축하고 배포하는 방법을 알고 있는 전통적인 육상 센터와 관련된 현실적인 솔루션을 찾고 있다.

즉, 보다 효율적인 하드웨어와 냉각 시스템을 채택하고 태양광 및 풍력으로 기술에 전력을 공급하는 것을 의미한다. 또한 오프그리드 태양광 및 배터리 솔루션을 살펴보고 구축이 점점 더 어려워지고 있는 태양광 및 풍력 발전소에 대한 보다 깨끗하고 안정적인 대안을 구축하기 위해 노력하는 것을 의미한다.

예를 들어 Google은 2021년에 Fervo Energy와 협력하여 차세대 지열 발전 프로젝트를 개발했다. 2023년까지 이 프로젝트는 네바다에 있는 Google 데이터 센터에 전력을 공급하는 지역 전력망에 깨끗한 에너지를 공급했다.

많은 대형 기술 회사도 깨끗한 전력의 안정적인 공급원으로 핵에 관심을 표명하고 있다. Amazon은 최근 펜실베이니아에 핵발전 데이터 센터를 매입했는데, 이는 인근 핵발전소의 2.5기가와트 용량의 20~40%를 활용할 수 있다.

한편, Microsoft는 2022년부터 탈탄소화에 주력하는 비영리 단체인 Terra Praxis와 협력하여 석탄 화력 발전소를 핵발전 시설로 전환하려고 시도해 왔다. 이의 일환으로, 회사는 실제로 AI를 훈련하여 AI 데이터 센터에 전력을 공급하고자 하는 새로운 종류의 핵 반응기에 대한 승인을 확보하는 데 필요한 긴 문서를 작성하는 데 도움을 주고 있다.

Microsoft 설립자 빌 게이츠는 또한 새로운 원자로 설계를 추진하고 올해 와이오밍의 폐쇄된 석탄 발전소에서 첫 번째 원자로 건설을 시작한 핵 스타트업 TerraPower를 독립적으로 지원해 왔다.

Microsoft와 Google은 또한 철강 생산업체 Nucor Corporation과 협력하여 첨단 핵, 수소 및 지열 시스템의 상용화를 가속화하기 위해 청정 에너지에 대한 수요를 모았다.

여러 대형 고객이 줄을 서게 되면 이러한 시스템 개발자가 프로젝트를 구축하는 데 필요한 자금을 확보하여 데이터를 처리하고 저장하는 회사뿐만 아니라 모든 사람이 이용할 수 있는 청정 에너지 공급을 늘리는 데 도움이 될 것이다.

Microsoft의 재생 에너지, 무탄소 에너지 및 이산화탄소 제거 부문 총괄 관리자인 에이드리언 앤더슨(Adrian Anderson)은 "Microsoft는 영향력과 구매력을 사용하여 모든 전기 소비자에게 지속 가능한 긍정적 영향을 미치고자 한다."라고 말했다. "재생 에너지 공급업체와 협력하면 전 세계적으로 더 다양한 에너지 그리드의 혁신적인 개발이 촉진된다."