에너지 쓰는 만큼 아낀다… IT공룡이 전력소모 줄인 비결은?

김민수 동아사이언스 기자 , 조승한 동아사이언스 기자 입력 2020-03-02 03:00수정 2020-03-02 03:00
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IT기업 데이터센터 전력소모량 분석
급증하는 인터넷 이용량에 대응해 구글과 페이스북, IBM, 마이크로소프트 등 세계 정보기술(IT) 기업은 데이터센터를 매해 늘려가고 있다. 수많은 컴퓨터와 서버, 저장장치로 가득 찬 데이터센터는 엄청난 양의 전기를 소모한다. 하지만 에너지 절감 기술이 발달하며 총 전력 사용량은 그다지 늘지 않은 것으로 나타났다. 구글 제공
최근 전 세계 데이터 사용량이 급증하면서 데이터 저장 및 전송에 필요한 데이터센터는 ‘전기 먹는 하마’로 불렸다. 컴퓨터와 서버, 저장장치가 사용하는 전력은 물론 장비에서 발생하는 열을 식히는 냉방장치를 가동하는 데도 엄청난 양의 전력을 사용하기 때문이다. 그러나 최근 데이터센터 전력 사용량 증가율이 예상했던 만큼 드라마틱하게 증가하지 않았다는 연구 결과가 나와 주목된다.

에릭 매서넷 미국 노스웨스턴대 기계공학부 교수 연구팀은 이달 28일 데이터 사용량과 데이터센터가 급증한 시기인 2010년부터 2018년까지 전 세계 데이터센터 정보를 종합 분석한 결과 전력 사용량이 고작 6% 늘어나는 데 그쳤다고 국제학술지 ‘사이언스’에 발표했다.

○예상 깬 에너지 절감


연구팀에 따르면 이 기간 동안 스마트폰이 보급되면서 모바일 데이터 사용량이 폭증하며 데이터센터 저장 용량은 26배, 서버 작업량은 6.5배 늘어났다. 반면 데이터센터 전력 사용량은 2010년 기준 194테라와트시(TWh·1조 와트시)에서 2018년 205TWh로 소폭 늘어나는 데 그쳤다. 증가량은 신고리 원전 3호기의 지난해 발전량 정도다. 데이터센터가 늘어날수록 전력 사용량이 급증할 것이라는 애초 예상이 빗나간 셈이다.

데이터센터의 폭증에도 전력 사용량이 크게 늘지 않은 것은 데이터센터를 운영하는 기업들이 전력 효율을 높이는 기술을 앞다퉈 도입했기 때문인 것으로 분석된다.

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대다수 데이터센터 운영 회사들은 서버를 효율적으로 활용하는 기술을 도입하고 있다. 페이스북은 사용자가 적을 때 서버의 전원을 일부 차단하는 ‘오토 스케일’ 기술을 2014년 구축했다. 사용자가 적은 한밤중엔 서버 일부만 활용하는 방법으로 최대 27%까지 전력을 아낀 것으로 분석됐다.

데이터센터를 구성하는 전선과 수신기 같은 하드웨어의 효율을 높이는 기술도 전기를 덜 쓰게 하는 기술로 손꼽힌다. 일례로 스위스 취리히 IBM연구소는 2018년 데이터 전송 신호를 받는 수신기의 전원 스위치를 8나노초(ns·10억분의 1초) 만에 차단하는 고속 수신기 기술을 개발했다. 데이터센터의 데이터 전송 수신기는 보통 10%만 작동하고 나머지는 데이터 전송 신호를 기다리며 전력을 낭비하는데, 이를 최소화해 수신기가 사용하는 전력을 85% 줄였다.

○서버 열 차단이 큰 숙제

서버의 효율적 활용과 하드웨어 기술이 발전하고 있지만 전력 사용량을 줄이는 데 한계가 있다. 발열을 잡기 위한 냉방장치를 가동하는 데 전력이 필요하기 때문이다. 데이터센터가 사용하는 전력의 약 40%가 냉방하는 데 쓰인다. 기업들은 이를 줄이기 위해 다양한 방안을 모색했다.

가장 쉬운 방법은 추운 곳에 데이터센터를 짓는 것이다. 강원 춘천시에 지어진 네이버의 데이터센터 ‘각’은 강원도의 차가운 공기를 냉각에 활용한다. 마이크로소프트는 아예 북해 바닷속 30m 깊이에 소형 컨테이너 형태의 데이터센터를 짓는 ‘네이틱 프로젝트’를 추진하고 있다.

냉방장치 사용을 최소화하는 이상적인 데이터센터 내부 온도를 찾는 노력도 이어지고 있다. IBM은 2011년부터 2017년까지 데이터센터 온도 분포를 분석해 기존보다 데이터센터 바닥 유지 온도를 2.5도가량 올려 냉방장치를 덜 가동하는 방법을 찾았다. IBM에 따르면 이런 방식으로 이 기간 동안 2000만 kWh의 전력을 절감했다.

○AI 조언 받아 전기 아낀다

구글은 딥마인드의 인공지능(AI) ‘알파고’에 활용된 알고리즘을 이용해 데이터센터 냉각비를 40% 줄였다. 온도와 전력 데이터를 실시간으로 AI가 분석해 팬과 냉각 시스템, 창문 등 120개 변수를 조정하는 방식이다.

연구팀은 앞으로 데이터센터가 더 늘어나도 전력 사용량이 크게 늘어나지는 않을 것으로 보고 있다. 데이터센터가 2배 늘어나는 동안 전력 사용량은 현재 기준으로 유지될 것으로 전망했다. 에너지 효율이 낮은 소규모 데이터센터를 연결하는 ‘클라우드 데이터센터’나 10만 대 이상의 서버를 동시에 활용해 효율을 극대화하는 ‘하이퍼스케일 데이터센터’가 속속 등장하고 있기 때문이다.

기존 데이터센터는 데이터센터에 필요한 전체 전력을 정보기술(IT) 장비에만 쓰이는 전력량으로 나눈 전력사용효율(PUE)이 2가 넘는 반면 하이퍼스케일 데이터센터는 1.1 이하에 그친다. PUE는 데이터센터 에너지 효율 표준 지표로 1에 가까울수록 효율이 높다는 뜻이다.

매서넷 교수는 “데이터센터의 전력 사용량이 지속적으로 줄어들 가능성이 있다고 본다”며 “데이터 수요가 증가함에 따라 정부와 데이터센터 운영 기업, 소비자도 앞으로 더 노력해야 할 것”이라고 말했다.

김민수 reborn@donga.com·조승한 동아사이언스 기자
#데이터센터#전력소모#구글#인공지능#ai
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