액침냉각의 원리
액침냉각이란 전자장비나 전자기기를 절연성이 있는 액체에 직접 담그는 방식으로 열을 효율적으로 관리하고 기기의 성능을 향상하는 혁신적인 첨담 기술입니다. 이러한 기술은 크게 데이터센터, 고성능 컴퓨터(슈퍼컴퓨터, HPC)와 암호화폐 체굴, 에지 컴퓨팅 등 다양한 분야에서 사용되는데 이는 전통적인 공랭식에 비하여 여러 가지 장점을 가지고 있습니다.
1. 액침냉각의 원리
액침냉각의 원리는 열 전도율이 높은 냉각액을 사용하여 전자 기기에서 발생하는 열을 직접적으로 식히는 것입니다. 보통의 공기 냉각 방식은 공기의 낮은 열 전도율로 인해 고성능 전자 장비의 열을 효과적으로 처리하지 못하지만 액침냉각에서는 전자기기를 완전히 액체에 잠기게 하므로 냉각액이 장비의 표면에 밀착되므로 열을 빠르게 흡수하고 외부로 방출하게 됩니다.
2. 냉각액의 종류
액침냉각에 사용되는 냉각액은 비전도성이며, 열 전도율이 우수한 특수한 성질을 가져야 하는데 대표적으로 사용되는 냉각액은 아래와 같습니다:
광유(Mineral Oil): 가장 보편적으로 사용되는 액침냉각액으로 전기의 절연성이 탁월하고 열전도율이 높습니다. 경제적인측면에서도, 공급적인 측면에서도 저렴하고 쉽게 구할 수 있어 작은 규모의 데이터 센터에서 주로 사용됩니다.
합성유(Synthetic Oil): 합성유는 열 전도율이 광유에 비하여 더 높고, 전자장비에 화학적으로 안전성이 우수하여 고성능 데이터 센터에 주로 사용되지만 가격이 비교적 비싼 단점이 있습니다.
플루오린화 액체(Fluorocarbon Liquid): 3M의 노벨 쿨(Novec)이나 3M 플루오린화 액체는 매우 안정적이며 열전도율이 탁월하고 환경 친화적이지만 이 액체 또한 가격이 매우 높아 주로 대규모 데이터 센터나 특수한 상황을 고려하 사용됩니다.
3. 액침냉각의 장점
효과적인 열 관리: 액체는 공기보당 열전도율이 높아 액침냉각은 높은 열 밀도를 가진 장비에서도 효과적으로 열을 제거할 수 있는데 이는 공기 냉각에 비해 훨씬 높은 열 전도율을 제공하고 고성능 컴퓨팅 환경에서는 안정적인 열 관리로 시스템의 신뢰성을 향상합니다.
에너지 효율성: 공기 냉각 시스템에서는 팬과 에어컨으로 열을 제거하는데 비해 액침냉각 이러한 추가적인 에너지 소비가 필요하지 않으므로 전력 소비를 크게 줄여 데이터 센터 운영 비용을 상당 부분 절감할 수 있습니다.
소음 감소: 전통적인 공기 냉각시스템은 팬이나 기타 기계적 장치를 사용하기 때문에 기계적 소음이 많이 발생하지만 액침냉각은 기계적 소음을 거의 발생시키지 않고 이는 소음발생에 민감한 필요한 데이터 센터에서 큰 장점이 됩니다.
장비 수명 연장: 액침냉각은 장비를 균일하고 안정적인 온도로 유지해 주기 때문에 열에 의한 전자장비의 파손을 줄여 장비의 수명을 연장시킬 수 있습니다 공간 절약 : 액침냉각 시스템의 경우 공랭식 시스템보더 공간적 측면에서도 많은 장점을 가지고 있어서 데이터 센터의 활용도를 증가시켜 동일 공간 내에 더 많은 장비를 설치할 수 있습니다.
4. 액침냉각의 단점
비냉각액 자체의 가격이 높고, 특수한 장비와 인프라를 필요로 하기 때문에 초기 투자 비용이 공기 냉각에 비해 높습니다.액침냉각 시스템의 경우 매우 정교하고 기계적으로 민감하므로 유지보수가 복잡하고, 냉각액의 관리도 철저해야 하므로 냉각액의 오염이나 누출은 큰 사고로 이어질 수 있습니다. 모든 전자 장비가 액침냉각에 적합하지 않으므로 일부 장비는 액체에 잠기는 환경에서 기능을 상실할 수 있습니다.
5. 데이터 센터에서의 활용
최근 AI 산업의 발달에 따라 데이터 센터에서 필요로 하는 고성능 서버와 GPU는 많은 전력을 요구하고 있습니다. 이러한 장비들은 공기 냉각만으로는 충분히 냉각되지 않아 많은 전기료와 성능 저하를 초래할 수 있으므로 데이터 센터 운영자들은 에너지 효율성을 높이기 위한 액침냉각 시스템을 도입하고 있습니다.
6. 액침냉각의 적용 사례
데이터센터: 데이터 센터의 고밀도의 서버 랙에서 발생하는 열을 효과적으로 제거할 수 있으므로 좁은 공간에 더 많은 장비를 설치할 수 있습니다.
에지 컴퓨팅: 에지 컴퓨팅 장비는 열악한 환경에서 운영되는 경우가 있는데 액침냉각 기술은 이러한 장비가 안정적으로 유지할 수 있도록 돕습니다.
GPU 클러스터: 암호화폐 채굴과 인공지능(AI)은 고성능 GPU 클러스터에서 수행되며, 이들은 막대한 열을 발생시키기 때문에 액침냉각 기술은 이러한 전자장비에서 발생하는 고열을 효과적으로 관리할 수 있습니다.
결론
AI산업의 급속한 발전으로 고성능 GPU 사용량이 증가함에 따라 열을 효율적으로 관리하는 작업은 해당 산업의 발전 및 비용절감 측면에서 너무나 큰 문제로 대두되고 있는데 이러한 액침냉각 기술은 아직 초기 단계에 있어 대규모 데이터 센터에 보편적으로 사용되기까지는 아직 시간이 필요합니다. 하지만 계속해서 업그레이드되는 전자 장비의 성능과 이에 따른 열 관리의 필요성은 점점 더 부곽 될 것이 자명하므로 지속적인 투자가 필요합니다.