한계 맞닥뜨린 데이터센터 효율성... ‘이제 IT가 움직일 차례’

고성능 서버 칩이 요구하는 전력이 하루가 다르게 늘면서 이제 데이터센터의 효율성은 한계에 다다랐다. IT 운영팀이 지속 가능성에 동참할 때다. 
 

최첨단 서버 칩은 언제나 그렇듯이 성능을 더 끌어 올릴 것이다. 하지만 더 빠른 만큼 발열도 더 심하다는 문제가 있다. 칩 제조사가 이에 대한 특별한 방침을 내놓지 않아 데이터센터 운영자는 큰 숙제를 떠안은 셈이다. 

데이터센터 운영자는 이에 더해 최근 들어 IT 장비와 인프라의 효율성을 높여야 한다는 사회적 요구에도 대응해야 하는 상황에 부닥쳐있다. 업타임 인스티튜드(Uptime Institute)에 따르면 효율성과 지속가능성이 2023년 데이터센터의 주요 화두 중 하나가 될 전망이다. 

업타임의 연구 분석가인 재클린 데이비스는 웹 컨퍼런스에서 2023년 데이터센터 전망을 발표하며 “운영자는 발열이 더 심한 서버 칩을 관리하느라 애먹을 것”이라며 “한편 올해 들어 IT 장비의 에너지 효율성에 관심이 쏠릴 가능성도 크다. 사실 진작부터 신경써야 했다”라고 말했다. 
 

서버 온난화 

오늘날 새로 구축되는 데이터센터는 약 10년에서 15년 동안 경제성과 기술적 역량을 유지해야 한다. 그러나 새로운 칩 기술이 그 정도로 효율적이지 않아 운영자는 기존 데이터센터의 설계 방식 자체를 재고해야 할 판이다. 

업타임의 연구 책임자 다니엘 비조는 "데이터센터의 설계는 기본적으로 서버 전력 및 냉각 요구 사항을 충족해야 한다. 수년 동안 이러한 요구 사항은 변함이 없었다. 설계자는 서버랙 당 에너비 소비량을 4-6 킬로와트 정도로 잡을 수 있었다. 나중에 IT 업데이트를 하더라도 전력이나 냉각 인프라는 그대로 뒀다”라고 설명했다. 

이제 시대가 바뀌었다. 랙당, 혹은 서버 섀시당 전력 밀도가 치솟고 있다. 코드명 사파이어 래피즈(Sapphire Rapids)라고 불리는 인텔의 4세대 제온 스케일러블(Xeon Scalable) 프로세서가 요구하는 최대 TDP는 350와트, 코드명 제노아(Genoa)라고 불리는 AMD의 4세대 Epyc 프로세서는 360와트다. 
 
비조는 "미래 제품 로드맵을 보면 향후 몇 년 안에 메인스트림 서버 프로세서는 500-600와트를 넘는 TDP를 요구할 전망이다"라며 “이런 추세라면 TDP가 1킬로와트를 넘는 시점도 그리 멀지 않았다. 이 정도 전력 소비량을 견디려면 현재 우리가 알고 있는 서버 시설의 설계 자체를 개념부터 다시 생각해야 한다”라고 말했다. 

이미 GPU 기반의 특수 HPC 시스템은 칩당 수백 와트의 피크 전력을 요구한다. 심지어 발열이 더 심함에도 최대 작동 온도는 더 낮다. 

비조는 "HPC 시스템은 냉각 시스템을 진퇴양난에 빠뜨린다. 엄청난 성능을 내고자 훨씬 더 많은 열을 발산하는 동시에 과부하를 방지하기 위해 더 낮은 온도로 유지돼야 하기 때문”이라고 설명했다. 

온도를 낮추기 위해 많은 양의 열을 제거하는 작업은 기술적으로 매우 까다롭다. 비조는 서버 운영자가 온갖 대안을 쥐어짜 내야 할 것이라고 말했다. 가령 몇몇 데이터센터는 리퀴드 쿨링(liquid cooling) 시스템을 고려할 수 있다. 
 

물론 HPC 시스템은 아직 틈새시장에 머물러 있다. 그럼에도 HPC 시스템이 요구하는 높은 TDP와 그에 따른 전력 소비 및 냉각 문제는 메인스트림 서버 시장의 미래를 비추는 거울일지도 모른다. 

비조는 “이제는 미래를 어느 정도 예측하고 준비해야 한다. 일반적인 IT 랙은 성능은 어느 정도이며, 고밀도 랙의 성능은 얼마나 더 향상될 것인가? 10년 뒤에 데이터센터에는 어떤 냉각 시스템이 필요할까? 이런 질문에 대한 답변을 서둘러야 한다”라고 말했다. 

쉬운 길은 뻔하다. 보수적으로 저밀도 랙을 설계하는 것이다. 하지만 이런 방식은 데이터센터의 운영 역량을 제한하며, 미래에는 아예 운영 자체가 안될 수도 있다. 그러나 동시에 호기롭게 고밀도 랙을 설계하더라도 완전히 활용되지 않아 과도한 지출로 전락할 가능성도 얼마든지 있다.

비조는 “운영자는 차세대 IT 기술을 다루는 방법에 있어 복잡한 선택의 갈림길에 놓여있다. 온도를 제한하고 어느 정도의 효율성 저하를 감수할 수 있다. 혹은 미국 산업 단체 ASHRAE(미국냉난방방공조학회)가 Class H1 [열 표준]에서 제시한 권장 사항에 따라 온도 제한 IT 시스템을 위한 전용 환경을 구축해 효율성 저하를 최소화할 수 있다. 아니면 아예 리퀴드 쿨링 시스템으로 전환하는 것도 하나의 방법이다”라고 말했다. 

그는 “반도체 기술의 한계가 서버 변화를 이끄는 주요 동인이지만, 결국 각 인프라의 수익구조와 자본 환경이 미래 데이터센터의 모습을 결정짓는 기준이 될 것이다”라며 “칩 제조업체가 발열에 손을 쓸 수 없는 상황에서 데이터센터 운영자가 알아서 살 방법을 찾을 수밖에 없다”라고 덧붙였다.
 

에너지 효율성, 이제 IT가 빠질 수 없다  

업타임에 따르면 기업과 데이터센터 운영자에게 IT 효율성 향상을 요구하는 사회적 압박이 점점 거세질 전망이다. 

지금까지는 시설 측에 책임이 있었다. 비조에 따르면 데이터센터 운영자는 지난 15년 동안 전력 사용효율(PUE)을 눈에 띄게 개선했다(PUE는 전체 데이터센터에서 사용하는 에너지 대비 IT 장비가 사용하는 에너지의 비율을 측정한 수치다). 공기 분리, 보다 유연한 온도 허용 범위, 냉각, 팬 및 전력 분배의 엄격한 제어, 재생 가능한 전력을 도입하는 등 시설 측은 자원 사용을 줄이려 많은 노력을 기울여왔다. 

비조는 "데이터센터 운영자들은 지속 가능성을 위해 많은 일을 해왔지만, IT는 대체로 이러한 문제에 관여하지 않았다. 이제 더 이상 그냥 넘어갈 수 없다. 그 이유를 간단히 말하자면, 이제 효율성을 개선할 여지가 대부분 IT의 에너지 사용에 남아 있기 때문이다”라고 설명했다. 

업타임(Uptime)에 따르면 다음과 같은 4가지 핵심 영역에서 IT의 에너지 효율성에 대한 사회적 요구가 높아지고 있다. 

1.    대규모 데이터센터 증축에 대한 지방자치단체의 저항 
2019년 이후 전력 및 토지 가용성에 대한 우려가 불거졌다. 이로 인해 새로운 데이터센터 건설에 대한 제약이 커졌으며, 이는 더욱 심화될 가능성이 크다. 대표적인 예로 독일 프랑크푸르트에서는 광범위한 토지 이용과 도시의 스카이라인 변화에 대한 우려로 새로운 클라우드 및 코로케이션 구축이 지정된 구역으로 제한된다. 

2.    나날이 치솟는 데이터센터 용량을 지원하기 벅찬 전력망
업타임은 더블린, 아일랜드, 버지니아 북부의 두 지역을 예로 들었다. 이 지역은 전력망이 과부하 돼 새로운 시설 구축을 일시 중지하거나 제안했다. 

3.    지속가능성 및 탄소 감축에 대한 규제 강화
EU 규제에 따라 데이터센터는 에너지 소비에 대해 더 상세한 보고서를 제출해야 한다. 에너지 성능 지표도 공개해야 한다. 업타임에 따르면 현재 미국에서도 유사한 이니셔티브가 나타나고 있다.

4.    높은 에너지 비용
에너지 가격은 러시아의 우크라이나 침공 이전에도 상승세였다. 전력도매가격은 2021년에도 유럽과 미국 시장 모두에서 치솟고 있었다. 상승세는 지속되고 있다. 

비싼 에너지 가격, 탄소 보고서 및 그리드 용량 부족 문제를 고민하는 일은 지금까지 시설 운영자의 몫이었다. 그러나 시설 측의 효과는 계속 감소하고 있으며, 업타임에 따르면 심지어 이제 효율성을 높이려고 할수록 오히려 역효과가 나타날 정도다. 반면, IT는 특히 서버 하드웨어 영역에서 데이터센터의 에너지 효율성을 개선할 여지가 아직 많다. 
 
활용도가 낮고 비효율적인 서버 하드웨어는 IT가 에너지 성능을 향상할 수 있는 핵심 영역 중 하나다. 예를 들어 더 적은 수의 고성능 서버를 쓰는 게 더 효율적이다. 

비조는 IT가 하드웨어 구성을 개선하고 동적 워크로드 통합을 해야 한다고 조언했다. 에너지 절약 상태 및 전력 조절 기능과 같은 전력 관리 기능도 에너지 효율성을 크게 향상시킬 수 있다.

에너지 효율성을 개선하기 위해 IT 인프라를 보다 적절히 설계해야 할 필요성이 증가하고 있다. IT가 절약한 와트 하나하나가 다른 곳의 부담을 줄인다. 업타임에 따르면 에너지 사용을 투명하게 보고해야 하는 규제가 적용되면서 곧 IT 인프라에 숨겨진 에너지 효율성이 탄로 날 전망이다. 

비조는 "IT인프라 및 운영팀은 서버 인프라의 효율성을 높이기 위해 가능한 모든 조치를 취할 것이다”라고 말했다. 
 

지정학적, 클라우드 및 데이터센터 비용

업타임(Uptime)의 2023년 예측을 요약하자면, IT가 서버 하드웨어에 더 주의를 기울일 것으로 볼 수 있다. 그리고 에너지 효율성 기대치는 이제 시설팀뿐만 아니라 IT 팀에도 영향을 미치고 있다.

2023년 업타임의 5가지 데이터센터 예측 결과는 다음과 같다.

지정학적으로 공급망 문제는 계속 심화될 것이다. 업타임은 미국 주도의 서방 동맹, 중국 및 러시아 간의 정치적 긴장이 공급망 붕괴의 위험을 높이고 있다고 언급한다. 반도체 공급망과 해저 케이블 시스템은 잠재적인 경제 및 군사적 대립에 특히 취약하다고 예측한다.

클라우드 마이그레이션은 더 많은 정밀 조사를 받게 될 것이다. 업타임은 경제적 부담과 불확실성이 만연한 시기에 마이그레이션 비용과 클라우드 비용이 급증하고 있어 일부 미션 크리티컬 마이그레이션이 지연될 것이라 예상한다. 

데이터센터 비용이 증가하고 있다. IT 및 데이터센터 시설 비용은 최근 몇 년간 감소 추세를 보였으나, 이제 그 추세는 이제 끝났다. 공급망 문제, 에너지 가격 상승, 인건비 상승이 모두 원인이다. 그렇다고 해서 가격 인상이 데이터센터에 대한 수요를 감소시키는 것은 아니지만, 효율성을 개선하기 위해 새로운 노력을 기울여야 할 것이다. ciokr@idg.co.kr