고밀도 데이터센터 공조

정의

고밀도 데이터센터 공조는 랙 발열 밀도에 맞춰 냉각점을 발열원 가까이 옮기는 체계다.

냉각점은 룸, 열(Row), 랙, 칩 단위로 발열원에 가까워진다.

등장 배경

AI 학습과 추론용 GPU 서버는 일반 서버보다 훨씬 많은 전력을 쓴다.

그 결과 랙 한 대의 발열이 수 kW에서 수십 kW로 커졌다.

발열이 한 점에 몰리면 룸 평균이 낮아도 랙 상단은 고온이 된다.

냉각 계통 구조

냉각 계통은 IT 장비, 열 수송 계통, 열 방출 계통으로 나뉜다.

고밀도 랙에서는 열을 발생 지점 가까이에서 회수하는 것이 핵심이다.

CDU는 서버 측 액체 회로와 건물 측 냉수 회로를 분리하고 유량과 온도를 제어한다.

열 수송량 계산

열 수송량은 질량유량과 비열, 온도차를 곱해 구한다.

여기서 c_p는 물이 약 4.19 kJ/(kg·K)이다.

같은 열량이면 물은 공기보다 질량유량이 훨씬 작아 배관과 팬 동력이 줄어든다.

계산 예제

전산실 IT 부하가 1,000 kW이고 랙당 부하가 약 50 kW라고 가정한다.

랙 수는 IT 부하를 랙당 부하로 나눠 구하며, 20대가 된다.

이 중 60%를 칩 액체 냉각으로 처리하면 액체 부하는 600 kW다.

나머지 400 kW는 공기계통이 담당하고, 가정값은 제조사 자료로 확정한다.

냉각 방식 비교

냉각 방식은 열을 어디서 어떤 매체로 옮기는지에 따라 나뉜다.

부하가 낮으면 공기 방식이 경제적이고, 부하가 커지면 액체 비중이 커진다.

직접 칩 냉각은 열 제거 용량이 커서 고밀도에 쓰인다.

침지 냉각은 전 부품을 액체에 담가 공기 순환이 거의 없다.

냉각탑 비교

개방형은 증발냉각 효율이 좋지만 수질 관리 부담이 크다.

개방형은 농축, 스케일, 미생물, 충전재 막힘이 주된 장해다.

밀폐형은 내부 오염이 적지만 외부 코일 오염과 팬동력을 감수한다.

PUE는 시설 전체 에너지를 IT 장비 에너지로 나눈 값이다. 냉각 설비만 줄여서는 PUE 개선을 확인하지 못한다.

정리

고밀도 냉각은 룸, 열, 랙, 칩 순서로 냉각점을 발열원에 가깝게 옮긴다.

랙 밀도가 높을수록 액체 매체의 비중이 커진다.

액체 냉각 뒤에도 메모리와 전원부의 잔열은 공기계통이 맡는다.