AI로 인해 데이터센터 쿨링시스템 효율이 중요해지고 있습니다. DLC 방식 쿨링시스템을 3D프린팅으로 어떻게 효율을 높일 수 있는지 아래 글을 통해 알아보세요.
✅ DLC(Direct Liquid Cooling)란?
✅ 데이터센터(DC) 쿨링 시스템 시장 현황
✅ DLC 관련 주요 회사
✅ DLC의 한계
✅ 3D프린팅으로 한계 극복하기
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최근에 AI이미지 생성 분야에서 압도적인 성능으로 링크드인 및 온라인 커뮤니티를 도배한 AI모델이 있습니다. 나노바나나(NanoBanana)라는 코드명의 구글 이미지 생성 모델입니다. 해당 모델은 이미지 생성의 일관성과 편집성능으로 LM Arena 에서 압도적으로 1위를 차지하였습니다. 이러한 AI를 제공하기 위해서는 GPU/CPU 및 HPC가 집약되어있는 대규모 데이터센터가 필요합니다. 그런데 AI가 발전하고,수요가 증가함에 따라 기존 1공랭식 냉각만으로는 데이터센터의 발열을 감당하기 힘들어졌습니다. 그래서 수랭식 쿨링시스템의 수요가 늘어나고 있습니다. 이러한 수랭식 쿨링시스템의 종류는 크게 3가지가 있습니다.
- RDHX(Rear Door Heat Exchanger)는 서버 뒤에서 냉각수로 공기를 식혀주는 방식
- DLC(Direct Liquid Cooling 이하 DLC)는 칩 위로 냉각수가 직접 흘러가서 발열을 잘 잡지만 누수 관리가 필요합니다.
- Immersion은 서버 전체를 액체에 담가서 성능은 좋지만, 비용과 관리가 어려운 방식입니다.
이중에서도 DLC는 다른 방식보다 큰 설계 변경 없이 공랭식에서 마이그레이션 할 수 있어 현실적인 대안으로 꼽히고 있습니다. 또한 DLC는 최근 엔비디아가 차세대 서버 블랙웰에 기본사양으로 지정하여 주목받고 있습니다.
DLC(Direct Liquid Cooling)란?
감기가 들어 열이 날 때 어떻게 하시나요? 차가운 수건을 이마에 닿게 하여 열을 식힌 경험이 있으실겁니다. 열은 자연적으로 온도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동합니다. DLC도 마찬가지입니다. DLC는 서버 칩 위에 냉각 플레이트를 붙여 액체가 직접 열을 빼앗는 방식으로, AI·데이터센터의 초고발열 환경에서 공랭식이 감당 못하는 부분을 해결할 수 있습니다. 플레이트 안에는 유로가 있어 차가운 액체가 흐르면서 열을 교환합니다. 칩셋으로 인해 뜨거워진 액체는 다시 칠러로 이동하여 냉각되어 순환됩니다.
데이터센터(DC) 쿨링 시스템 시장 현황
글로벌 데이터 센터 냉각 시장은 2025년 110억 8천만 달러(약 15조원)에서 2032년 241억 9천만 달러(약 33조원)로 성장할 것으로 예상되며, 2025년부터 2032년까지 연평균 11.8%의 성장률(CAGR)을 기록할 것으로 전망됩니다.연구 기간 동안 시장은 안정적인 성장을 보여왔으며, 향후 예측 기간에도 같은 추세를 이어갈 것으로 예상됩니다. 에너지 절약에 대한 인식 확산과 정부 주도의 정책이 향후 시장 성장을 견인할 것으로 기대됩니다. (출처 : MarketsandMarkets)
DLC 관련 주요 회사
버티브 홀딩스(Vertiv Holdings) : 버티브는 DLC 관련 리딩기업으로 50년간 열관리 분야 사업을 하고 있는 회사입니다. 전력관리와 HVAC 2시스템을 제공하는 회사입니다. 엔비디아의 인증을 받은 기업 중 하나입니다.
CoolIT Systems : CoolIT Systems는 캐나다 캘거리(Calgary)에 본사를 둔 액체냉각(Direct Liquid Cooling, DLC) 전문 기업입니다.주요 사업은 데이터센터, HPC(고성능 컴퓨팅), AI 서버용 액체냉각 솔루션 및 CDU(냉각 분배 장치) 공급입니다.
Schneider Electric : 슈나이더 일렉트릭은 세계적인 에너지 관리 및 자동화 전문 기업으로 100여 개 국가에서 다양한 시장에 통합형 에너지 관리 솔루션을 제공합니다. DLC관련 주요 플레이어 중 하나로 슈나이더 또한 엔비디아의 인증을 받은 기업 중 하나입니다.
DLC의 한계점
현재 DLC는 다른 방식보다 큰 설계 변경 없이 공랭식에서 마이그레이션 할 수 있어 현실적인 대안으로 꼽히고 있긴 하지만 극복해야 할 한계도 있습니다. 첫째로, 누수입니다. 다수의 부품으로 조립되기 때문에 부품 사이로 누수의 위험이 있습니다. 둘째, 비용 증가입니다. 고밀도,고성능 서버에서 GPU/CPU와 같은 칩의 성능이 계속 업그레이드 되면서, 서버 당 전력 소모, 발열이 증가합니다. 이로 인한 데이터센터의 셧다운을 막기 위해서 추가적인 설비 확장(물탱크+수로 등)으로 이어지게 됩니다.
3D프린팅으로 한계 극복하기
DLC의 히트플레이트 및 HX(Heat Exchanger)를 3D프린팅으로 제작하면 이음새 없는 설계가 가능하기 때문에 누수를 줄일 수 있습니다. 이렇게 동일 부피 대비 부품를 줄이는 것을 DfAM설계라고 합니다. 또한 열 교환 면적 극대화로 기존 대비 냉각 효율을 70%까지 높일 수 있습니다. 면적이 증가한 만큼 열 전도율이 증가하고 열 저항성도 떨어집니다. 이러한 효율 상승으로 데이터센터의 서버를 더 조밀하게 배치할 수 있습니다. 링크솔루션은 현재 3D프린팅 DLC 솔루션을 고도화하고 있는 동시에 금속 3D프린팅 대량 생산 체제를 준비하고 있습니다.
“적층제조 기술(3D프린팅)은 기존 부품의 수를 줄이고 냉각효과 등의 기능성과 경량성, 고강성이 겸비되는 부품에 적용해야 의미가 있다. 따라서 이를 위한 설계를 DfAM(Design for Additive Manufacturing)이라고 정의하며 다른 용어로는 자연모사 설계(Bionical design), 토폴로지 최적화(Topology optimization)도 유사한 개념으로 사용하고 있다. 즉, 벌집이나 새의 뼈 등 자연계에 존재하는 최적의 형상을 구현하여 고강성 경량구조로 최적화하기 위해서는 단순한 CAD 프로그램으로는 구현이 불가능하다. 따라서 내부를 중공화하고 구조강성해석을 위한 유한요소해석법(FEM)과 디자인 최적화를 위한 프로그램 및 통합적인 설계기술이 요구된다.”
참고문헌, 3D 프린팅 산업 활성화 방안 연구 / 권영일,강민철,김윤철,배창준,이슬비, 2021
자료제공 | 링크솔루션 디지털제조사업부
Footnote
- 참고기사 : DLC, DC 리퀴드쿨링 선점… 차세대 냉각시장 주도권 확보 ↩︎
- HAVC : Heating, Ventilation, and Air Conditioning의 약자로,건물이나 시설의 난방, 환기, 공조(냉방) 시스템을 통틀어 부르는 용어입니다. ↩︎