열 vs 데이터, 승자는?

열 vs 데이터, 승자는?

대학생신재생에너지기자단 22기 유현서

 

[지구온난화의 원인 및 탄소배출 현황]

[자료1. 국내 온실가스 배출량 부문별 비중]

출처: 환경부

태양열을 가두는 온실 가스는 생물체가 살아가게 도와주는 중요한 연결 고리이다. 그러나 화석 연료를 강제로 꺼내 태우기 시작하면서 짧은 시간 안에 탄소가 이산화탄소 형태로 대기 중에 배출되었다. 이에 따라 온실효과가 평균 이상으로 일어나 지구의 평균 기온이 높아지게 되었고, 결국은 탄소 배출이 증가하면서 지구 온난화가 일어나게 된 것이다. 이 정보는 널리 알려진 사실이자 근본적인 원인이다. 최근 데이터 산업 인프라가 증가하면서 데이터 센터의 전력 소모가 지구 온난화의 새로운 위협이 될 가능성이 크다는 전망이 있다. 위 자료를 보면 온실 가스 배출 1위가 전력과 열인 것을 확인할 수 있다. 즉 정보통신 산업도 탄소 배출에서 벗어날 수 없다는 것이다. 4차 산업혁명으로 IT 산업이 발전한 현재 데이터 전력이 증가하는 원인을 알아보고, 데이터 산업에서의 전력 소비를 줄이기 위한 해결책인 데이터 냉각 기술과 더불어 탄소 배출 감소를 위한 IT 산업들의 노력을 알아보고자 한다.

 

[전 세계적으로 데이터 전력량이 증가하는 원인]

4차 산업 혁명으로 인해 정보가 넘치는 세상이 되어가고 있다. 특히 코로나 19 팬데믹 상황으로 내부에서의 활동이 증가하면서 OTT 서비스, 클라우드 등의 온라인 서비스가 많아지고 있다. 넷플릭스, 유튜브 등 OTT 서비스의 급격한 성장으로 데이터 트래픽이 최근 2년간 2.5배 성장하였고, 이 트래픽을 처리하기 위한 안정적인 클라우드 서비스의 클라우드 시장이 커지고 있다. 이뿐만 아니라 인공지능과 자율주행 시대가 오면서 이를 처리할 데이터 용량도 빠르게 커지고 있는 것이 현실이다.

[자료2. 데이터센터 에너지 이용실태]

출처: 그린피스

6월 초 애플이 아이클라우드를 발표하고 데이터와 소프트웨어를 개별 기계가 아닌 데이터 센터에 저장했다가 인터넷을 통해 불러 쓰는 클라우드 서비스를 사용하면서 데이터 사용량이 폭증하고, 저장 공간 수요는 기하급수적으로 증가하고 있다. 위 자료를 보면, 2007년 기준으로 클라우드 컴퓨터를 국가 전력 소비량 규모로 환산하면 5위를 차지한다. 미 환경보호청은 2010년 기준으로 데이터 센터의 전력 소모량은 미국 전체 전력량의 1.5% 정도로, 향후 5년 안에 2배로 늘어날 것으로 예상했다. 또한 그린피스는 IT 기업들이 데이터 센터를 운영하면서 환경이 오염되고 있다고 지적하였다. 결국 데이터를 관리하는 데이터 센터 운영에서 에너지 효율을 높여 전력소모를 줄여야 하는 것이다.

 

[데이터 센터란?]

데이터 센터란 인터넷 검색, 이메일, OTT 서비스 등의 작업을 처리하는 공간으로, 각종 데이터를 저장할 수 있는 거대한 데이터 저장시설이다. 이는 4차 산업혁명 시대의 핵심 인프라로 초고속인터넷과 연결된 데이터의 저장, 처리 역할을 맡는다.

[자료3. 국내 데이터센터의 현황]

출처: 한국데이터센터연합회

데이터 센터는 2015년 이후 연평균 15% 이상 증가하였다. 각종 IT서비스, 게임의 서버 인프라로 보편화하고 있는 클라우드와 유튜브, 라이브 커머스 등 고용량 영상 컨텐츠도 늘었고, 금융 분야에도 핀테크가 접목되면서 데이터 흐름이 폭발적으로 증가하여 데이터를 처리할 인프라 수요도 같이 늘어난 것이다. 이 때문에 첨단 산업 기반을 다지기 위해 기업들이 데이터 센터 구축 산업에 본격적으로 뛰어들기 시작하였다. 아마존, 구글, 마이크로소프트, 페이스북 등 글로벌 IT 기업들이 이용하는 데이터 센터는 하이퍼 스케일 데이터 센터로, 연면적 2만 2500m2 이상에 서버를 최소 10만대 이상 갖춘 초대형 데이터 센터이다. 글로벌 시장조사업체 시너지 리서치 그룹의 자료에 따르면, 하이퍼 스케일 데이터 센터 수는 2020년 기준으로 597개에 이르고, 건립 예정 데이터 센터 수는 200개 이상이라고 한다. 우리나라 역시 데이터 센터의 확립을 위해 노력하고 있다.

[자료4. 네이버의 두 번째 데이터센터 ‘각 세종’의 조감도]

출처: 네이버

올해 6월 20일 세종시에서 네이버의 두 번째 데이터센터 ‘각 세종’의 상량식이 열렸다. 이는 처음으로 네이버가 춘천에 건립한 데이터센터 ‘각 춘천’의 6배에 달한다. 더욱이 카카오는 경기도 안산에 데이터 센터를 설립하고, 서울대학교 시흥캠퍼스에 추가 설립하기로 예정되어 있다. 네이버 ·카카오·통신 3사 등 국내 기업을 비롯해 에퀴닉스, 디지털 리어티 등 글로벌 데이터 센터 기업들이 국내에 대규모 데이터 센터를 짓고 있다. 이와 같이 데이터 센터의 중요성이 증가하면서 국내 기업뿐 아니라 해외 서비스를 안정적으로 운영하기 위해 국내에 데이터 센터를 설립하겠다는 해외 기업들도 증가하고 있다.

 

[데이터 센터의 문제점]

[자료5. 데이터센터의 전력 공급 용량 변화]

출처: 칸

국내 데이터 센터 시장은 매년 10% 이상 성장이 기대되고 있지만, 전력 수급이 어렵다는 문제점이 있다. 데이터 센터는 수많은 서버를 24시간 돌려야 하기 때문에 대규모 전력이 필요하다. 특히 전력을 공급하는 한국전력 측의 허가를 받아야 하는데, 데이터 센터의 수가 늘어나고 있는 만큼 전력 수급을 지속적으로 해야 하는 한전에서는 허가를 쉽게 내주지 않는다.

 또한 한전에서 전기 요금 인상을 발표하면서 데이터 센터 운영업체에서는 추가적으로 비용을 지불해야 하는 문제점이 또 추가된 것이다. 다른 문제점으로는 데이터 센터의 냉각시스템에 들어가는 전력이 추가적으로 필요하다. 전 세계 데이터 센터가 사용하는 전기량은 300억 와트로, 원자력발전소 30개에서 생산하는 전기량과 맞먹는 수준이다. 이렇듯 데이터 센터는 초기 서버 안정성에 초점을 맞췄던 것을 넘어서 이제는 전력 수급의 어려움과 동시에 저탄소 패러다임을 맞추기 위해 관리 환경을 변화시켜야 한다는 숙제를 가지고 있다.

 

[데이터센터 에너지 효율을 높이기 위한 방안]

국내외 IT 기업들은 데이터센터의 에너지를 절감하고, 탄소 제로를 넘어 기존에 배출된 탄소까지 제거하겠다는 ‘탄소 네거티브’ 계획을 내세워 데이터 시대의 탄소중립 실현을 몸소 실천하고 있다.

1) 데이터센터의 냉각 기술

- 마이크로소프트: 액체 냉각 기술

[자료6. 마이크로소프트 액체냉각기기]

출처: ms korea

마이크로소프트는 공기를 냉각시켜 온도를 하락시키는 기존 냉각 기술과 다르게 영하에 달하는 극지방 바다에 데이터센터 기기를 입수시켜 냉각을 시키는 기술을 이용하고 있다. 이 방식은 데이터센터의 기기가 발생시키는 열이 액체와 접촉하면 증기로 바뀌는데, 이 열은 응축기를 통해 열을 다시 액체로 전환시키는 시스템이다. 이 방식은 서버의 전력소비를 5~15% 줄일 수 있는 효과가 있다.

 

- 페이스북: 자연 냉각 기술

페이스북 데이터센터는 평균 기온이 -30℃ 의 환경에 위치한 스웨덴 지역에 있다. 이는 약 2만 5000천대의 서버의 에너지 열을 천연 공기만을 활용해 관리하는데, 이 방식은 외부 공기만을 활용하기 때문에 냉각 비용이 대폭 감소하고, 일반 데이터센터보다 40% 전력을 절약할 수 있다.

 

- 한국전력: 소듐 냉각고속로(SFR), 초전도 전력케이블 냉각시스템

[자료7. 한국전력의 소듐냉각고속로와 초전도 전력케이블 냉각시스템]

출처: 한국전력

소듐 냉각고속로는 액체 소듐(Na)를 사용하고 고속 중상자에 의해 핵분열 반응으로 발생한 열에너지를 이용한 원자로이다. 소듐은 물보다 낮은 압력에서 끓는점이 높아 원자로의 압력과 온도를 크게 낮추어 열효율성이 나타나는 기술이다. 이는 연료의 이용률을 60배로 늘리고, 폐기물 양을 약 100배 줄일 수 있어 효과적인 열에너지 관리를 할 수 있다.

초전도 전력케이블 냉각시스템은 액체질소를 냉매로 이용하는 기술이다. 액체질소는 고온에 의해 온도가 올라가면서 설치된 공급 파이프를 통과한 후, 냉각되어 초전도 케이블 시스템에 공급하는 방식이다. 이 기술은 고온의 테이블을 냉각시키고 리턴 파이프를 통해 액체질소 저장 장치로 순환하면서 열에너지 효율이 증대된다. 고온에서도 낮은 에너지를 바탕으로 전력을 장거리 수송할 수 있어 기기의 온도 자체를 낮출 수 있다.

 

2) 데이터센터의 친환경 기술

- 구글

구글은 데이터 센터 입지를 선정할 때 탄소 배출과 관련한 잠재 비용을 계산하는 방식을 도입해 풍력과 태양력을 이용하고 있다. 또한 사용자가 탄소 배출의 위험성을 알 수 있게끔 클라우드의 탄소 배출량을 표시하는 기능을 만들었다. 이는 시간 별로 표기가 되는데, 탄소 배출량이 낮으면 ‘탄소 배출 감축에 기여하고 있다’라는 문구가 뜨고, 최저 배출 지역에는 ‘최저 CO2 지역’이라는 문구가 표시된다. 구글은 이러한 정보 공유로 ‘데이터를 이용하는 인간의 활동으로 기후변화의 위협을 직관적으로 알 수 있게 된다.’라며 자연 친화적인 기업의 면모를 보여주고 있다.

- ICT 인프라센터

[자료8. SK 텔레콤과 한국전력공사의 ‘녹색프리미엄’ 계약]

출처: ZDNet Korea

분당, 성수에 위치한 ICT 인프라센터는 신재생에너지로 생산되는 전기를 사용하는 것을 한국전력공사와 계약을 맺었다. 기업이 신재생에너지로 생산한 전기를 사용했다는 인정을 받기 위해 한국전력에 프리미엄을 지불하고 해당 금액만큼 에너지 사용 확인서를 발급받는 제도이다. 이러한 제도로 데이터 센터와 데이터를 주고받는 통신망을 이용해 전력 사용량을 약 53% 절감하였고, 환경부로부터 탄소 배출권을 인정받기도 하였다. 이는 연간 1만 톤의 온실가스를 줄일 것이라 기대된다.

- KT

서울 용산구 KT 용산 IDC는 고효율 설비를 이용해 전력비용을 20% 이상 감축시켰다. 또한 냉수를 순환시켜 데이터 센터 내 더운 공기를 식혀주고, AI 기술로 냉방 효율을 최적화시키는 시스템을 구축하였다.

 

[데이터 산업의 미래 및 전력소비량 감소를 위한 의견제시]

전 세계 데이터센터가 한 해에 200TWh가 넘는 전력을 사용하지만, 데이터 폭증이 발생하기 전인 2010년의 전력 사용량이 이미 194TWh를 기록했다는 사실로 보면 탄소 배출 억제를 효과적으로 하고 있음을 알 수 있다. 데이터 사용량이 증가하는 이 현실에서 먼저 생각나는 방식은 에너지 효율을 높이는 방식인데, 이 방식만으로는 부족하고 근본적으로는 재생가능 에너지를 사용하는 방향으로의 전환이 시급하다는 지적도 여럿 있다. 그러나 재생에너지는 투자비용이 높고 결국 소비자가 이 부담을 가지게 된다는 단점이 존재한다.

그렇다면 데이터 산업에서 기업과 우리가 가져야 할 태도는 무엇일까.

아무래도 기술집약적 산업인 인터넷 규모가 늘어나면서 이를 지탱하기 위한 화석에너지가 필요하다. 또한 계속적으로 증가하는 데이터의 처리를 위한 데이터 센터도 일이 많아지면서 열과의 전쟁을 매일 벌이고 있다. 결국 기업은 데이터의 효율적 관리를 위한 냉각기술과 친환경 기술을 끊임없이 고민하고 발전시켜야 한다.

기업 뿐 아니라 디지털 소비자도 책임을 함께 나눠야 한다고 생각한다. 특히 위에서 언급한 것과 같이 구글이 소비자에게 탄소배출량을 알려주는 것처럼 이러한 정보를 지속적으로 노출시켜 데이터를 사용하기 전 환경비용에 대해 한 번 더 생각하고 환경을 생각하는 기업을 선택해야 할 것이다.

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데이터센터에 대한 대학생신재생에너지기자단 기사 더 알아보기

-“전력 잡아먹는 데이터센터, 버려지는 열을 활용하다”, 17기 김하진, https://renewableenergyfollowers.org/2962

-“바다 속으로 들어간 데이터 센터”, 16기 임상현, 19기 최별, 19기 김세진, 정지영, 20기 조현선,  https://renewableenergyfollowers.org/3417

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참고문헌

1) 이건혁, “데이터센터가 온난화 주범? ‘열과의 전쟁’ 나선 IT 기업들”, 동아일보, https://n.news.naver.com/article/020/0003362035?sid=101

2) 이지선, “당신의 데이터, 전력을 얼마나 쓰나”, 경향신문, http://m.weekly.khan.co.kr/view.html?med_id=weekly&artid=201106291113171&code=

3) 이제현, “데이터 시대의 탄소중립 실현”, etnews, 2021.05.03, https://www.etnews.com/20210503000153#

4) 이현탁, 네이버 블로그, “전력비용을 낮추며 탄소중립에 기여하는 데이터센터 냉각기술”, 2022.09.19, https://blog.naver.com/goodmorningkepco/222878592838

5) 오철, "전력 잡아먹는 데이터센터, '에너지효율' 주목", 2022.07.02, https://www.electimes.com/news/articleView.html?idxno=201208

6) 임경업, “한국에 데이터센터 글로벌 큰손들이 몰린다”, 조선경제, https://www.chosun.com/economy/tech_it/2022/06/29/A477LZBINFERBNXKBYF3VRNJ44/

7) 테크플러스, 네이버 블로그, “자연친화적인 구글, 클라우드·지도도 바꾼다?”, 2021.10.13, https://m.blog.naver.com/tech-plus/222535730733

8) 홍시현, "급증하는 데이터센터 수요", 투데이에너지, 2022.06.07 http://www.todayenergy.kr/news/articleView.html?idxno=248950