데이터센터 냉각 혁신: 땀처럼 증발하는 냉각 기술로 에너지 효율을 극대화하다

인공지능(AI)과 클라우드 컴퓨팅의 폭발적인 성장으로 데이터 처리량은 급증하고 있으며, 이는 데이터센터의 열 발생량 증가로 이어지고 있습니다. 현재 데이터센터 에너지 사용량의 약 40%를 냉각이 차지하며, 2030년에는 전 세계적으로 두 배 이상 증가할 것으로 예상됩니다. 이러한 상황에서 캘리포니아 대학교 샌디에이고(UC San Diego) 연구진이 동물의 체온 조절 방식, 즉 땀을 흘리는 것과 유사한 새로운 냉각 기술을 개발하여 주목받고 있습니다.

증발 냉각 방식의 혁신적인 섬유 멤브레인

UC San Diego 연구진은 에너지 소비를 최소화하면서 데이터센터의 냉각 효율을 극대화할 수 있는 혁신적인 방법을 제시했습니다. 그들의 연구는 전력 소모 없이 증발을 통해 전자 장비에서 열을 제거하는 수동 냉각 시스템을 개발하는 데 초점을 맞추고 있습니다. 이는 전통적인 데이터센터 냉각 방식에 대한 잠재적인 대안을 제시하며, 고성능 컴퓨팅 환경에서 에너지 효율을 높이는 데 기여할 것으로 기대됩니다.

핵심 기술: 미세 다공성 섬유 멤브레인

이 시스템의 핵심은 미세하게 연결된 수많은 기공으로 이루어진 섬유 멤브레인입니다. 모세관 현상을 이용하여 냉각 액체를 표면으로 끌어올리고, 액체가 증발하면서 추가적인 에너지 투입 없이 효율적으로 열을 제거합니다. 이는 기존의 공기 또는 액체 냉각 방식에 비해 더 적은 에너지로 더 높은 열 유속을 소산시킬 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 렌쿤 첸 UC San Diego 기계항공공학과 교수는 "증발은 기존의 공기 또는 액체 냉각에 비해 더 적은 에너지를 사용하면서 더 높은 열 유속을 소산시킬 수 있다"고 설명합니다.

성능 테스트 및 잠재력 입증

첸 교수 연구팀은 다양한 열 조건에서 멤브레인의 성능을 테스트했습니다. 테스트 결과, 이 멤브레인은 제곱센티미터당 800와트 이상의 열을 처리하여 동종 냉각 시스템으로는 기록적인 성능을 보였습니다. 또한, 수 시간 동안 일관된 성능을 유지했습니다. 기존의 다공성 멤브레인은 막힘이나 액체 끓음으로 인해 종종 실패하는 경우가 있었지만, 연구팀은 멤브레인의 기공 크기와 구조에서 최적의 지점을 찾아냈습니다.

섬유 멤브레인의 새로운 가능성

첸 교수는 "이 섬유 멤브레인은 원래 여과를 위해 설계되었으며, 이전에는 증발에 사용될 가능성을 탐구한 사람이 없었습니다. 우리는 멤브레인의 독특한 구조적 특징, 즉 상호 연결된 기공과 적절한 기공 크기가 효율적인 증발 냉각에 이상적이라는 것을 인지했습니다. 놀라웠던 점은 적절한 기계적 보강을 통해 높은 열 유속을 견딜 뿐만 아니라 매우 우수한 성능을 보였다는 것입니다."라고 말했습니다.

상용화 및 미래 전망

연구진은 멤브레인이 아직 잠재력을 완전히 발휘하지 못했다고 믿고 있으며, 현재 설계를 개선하고 CPU 및 GPU와 같은 칩을 냉각하는 데 사용되는 평평한 장치인 콜드 플레이트에 통합하는 방법을 연구하고 있습니다. 또한, 스타트업을 통해 이 기술을 상용화할 준비를 하고 있습니다. 그들의 목표는 글로벌 데이터 수요가 계속 증가함에 따라 확장 가능하고 낮은 에너지 소비의 냉각 솔루션을 제공하는 것입니다.

맺음말

UC San Diego 연구진의 혁신적인 증발 냉각 기술은 데이터센터의 에너지 효율을 획기적으로 향상시킬 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 이 기술이 상용화되어 널리 보급된다면, 데이터센터의 에너지 소비를 줄이고 환경 지속 가능성에 기여하는 데 큰 역할을 할 것으로 기대됩니다. 앞으로 이 기술이 어떻게 발전하고 데이터센터 냉각 분야에 어떤 변화를 가져올지 주목할 필요가 있습니다.