AI 데이터센터 수요 증가로 인한 다양한 발열 통제 솔루션 급부상

젠슨 황 엔비디아 CEO는 최근 실적 컨퍼런스 콜에서 자사 AI 가속기 블랙웰 사용을 위해서는 액체냉각 시스템 등 획기적인 발열 통제 솔루션이 AI 전환에 ‘게임 체인저’가 될 것이라고 언급했다. AI 모델 가동 시 서버 발열은 추론 속도에 큰 영향을 미치므로 서버 온도를 20~25도 사이로 맞추기 위한 냉각 및 공조 시스템은 AI 데이터센터 구축에 필수적인 요소로 여겨진다. 기존에는 에어컨 및 환기 시스템을 통해 공기를 차갑게 하여 서버의 발열을 통제하는 ‘공랭식’이 지배적이었으나, 전력 소모가 크고 및 공간 효율성이 떨어져 새로운 솔루션의 필요성이 증대됐다.

이러한 배경 아래 상용화 된 기술이 ‘액체 냉각’이다. 서버 내부에 냉각수를 수랭식 라디에이터 또는 냉각 유닛을 통해 순환시켜 열을 제거하는 방식으로, 공랭식보다 냉각 효율성 및 공간 효율성이 좋다. 하지만 전자 장비에 액체를 순환시키는 것은 누수, 부식, 불순물 축적 등의 문제가 잠재되어 있다. 액체 냉각보다 한 단계 발전된 기술로 주목받고 있는 기술은 ‘액침 냉각’으로, 서버나 전자 장비를 비전도성 액체에 완전히 담가 열을 제거하는 방식으로, 냉각 효율성이 가장 높으며, 비전도성 액체를 사용하기 때문에 누전이나 전기적 손상 위험이 없다는 장점이 있다.

전기차 배터리에도 활용되는 액침 냉각

액침 냉각은 데이터센터뿐만 아니라 전기차 배터리의 발열 문제를 해결하기 위한 기술로도 주목받고 있다. 배터리 온도가 올라가면 전력 소비량도 증가할 뿐만 아니라 화재 위험성도 높아지므로 전기차도 발열 통제 기술이 중요한 분야 중 하나이다. 전기차 배터리는 고속 충전과 방전 과정에서 높은 열이 발생하는데, 액침 냉각은 배터리 셀의 온도를 균일하게 유지하고 열 폭주를 억제하여 화재나 폭발로 이어지는 것을 막을 수 있으며, 충전 중 열 발생을 효과적으로 관리하여 충전 시간을 단축하고 배터리 수명을 연장하는데 기여한다. 일례로 CES 2024에 참가한 대만 전기차 배터리 스타트업 XING Mobility는 배터리 셀을 특수 냉각유에 담가 최적의 전기차 배터리 열 관리 솔루션을 선보여 주목을 받기도 하는 등 상용화 단계에 다가가는 추세임에 따라 액침 냉각액에 대한 수요도 높아질 것으로 전망된다.

액침 냉각 기술 설명 및 주안점 : 고품질, 친환경성

액침 냉각 기술은 서버를 절연된 냉각액에 직접 담그는 방식으로 서버 전체를 액체에 침수시켜 발열을 즉시 제거한다. 액침 냉각은 사용되는 절연 유체에 따라 단상(Single Phase) 방식과 2상(Two-Phase) 방식이 있다.

<단상 방식과 2상 방식의 비교>

액침 냉각에 사용되는 냉각액은 전기 비전도성과 높은 열전도성을 가져야 하며, 장비와의 화학적 반응을