슈나이더 일렉트릭은 AI 데이터센터의 효율적인 전력 공급과 냉각 최적화를 위해 제품 라인업을 구축하고 있다. 특히 고밀도 AI 서버열을 관리하는 리퀴드쿨링 시스템과 급격한 AI 데이터센터 부하를 관리하는 무정전장치는 AI 데이터센터의 필수품으로 자리잡고 있다.
[한경ESG] 케이스 스터디 - 슈나이더일렉트릭
생성형 인공지능(AI)과 고성능컴퓨팅(HPC)의 확산으로 데이터센터는 기존과 다른 수준의 전력과 냉각 인프라를 요구하고 있다. 그래픽처리장치(GPU) 기반 서버가 빠르게 늘어나면서 하나의 랙이 소비하는 전력이 높아지고 이와 동시에 열 발생이 매우 크기 때문이다.
슈나이더일렉트릭은 AI 워크로드의 랙 밀도가 높아질수록 더 많은 전력과 더 많은 냉각이 필요하며, 고밀도 환경에서는 기존 인프라의 단순 증설을 넘어 전력 공급과 열 관리 방식을 함께 최적화해야 한다고 보고 해당 제품 라인업을 고도화하고 있다. 최근 냉각 솔루션 업체인 모티브에어를 인수한 것도 그런 노력의 일환이다.
슈나이더가 최근 공개한 자료에서는 AI 팩토리를 구동하는 GPU가 기존 중앙처리장치(CPU)보다 훨씬 많은 열을 발생시키고, 랙당 전력 밀도가 1메가와트(MW) 이상에 이를 수 있어 기존 공랭식 냉각만으로 대응하기 어려운 환경이 되고 있다. 즉 AI 데이터센터가 안정적으로 운영되기 위해서는 ‘많은 전력 손실을 최소화하는 안정적인 공급’과 ‘그 과정에서 발생하는 막대한 열의 효율적 제거’가 동시에 필요하다.
이를 위해 슈나이더일렉트릭은 전력 측면에서는 무정전전원장치(Uninterruptible Power Supply, UPS), 특히 고밀도·대형 데이터센터를 위한 갤럭시 VXL을, 냉각 측면에서는 최근 인수한 모티브에어의 라인업을 바탕으로 냉각수 분배 장치(Coolant Distribution Unit, CDU)를 중심으로 한 리퀴드쿨링 솔루션을 제공하고 있다.
고밀도 AI 서버 열을 관리하는 리퀴드쿨링, CDU
CDU는 AI 서버의 고발열을 관리하기 위한 리퀴드쿨링 시스템의 핵심 제어 장치다.슈나이더일렉트릭은 CDU와냉각수 시스템(Technology Cooling System, TCS)을 리퀴드쿨링의 ‘컨트롤 타워’로 설명한다. 서버에 공급되는 냉각수의 유량과 온도, 여과 상태 등을 정밀하게 관리해 서버 수준의 안정성과 성능을 유지하는 역할을 한다. 즉 기존 데이터센터에서 차가운 공기를 서버실 전체에 순환시키는 방식과 달리 고밀도 AI 환경에서는 열이 발생하는 서버 가까이에서 액체를 활용해 보다 직접적으로 열을 처리할 수 있도록 냉각 환경을 관리한다.
슈나이더일렉트릭의 CDU는 플로어 마운트형과 랙 내부에 설치하는 인랙(in-rack)형 등 데이터센터 환경에 따라 구성할 수 있으며, 고밀도 AI 및 HPC 워크로드를 위해 설계돼 있다. 플로어 마운트 CDU의 경우 프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC) 제어와 이중화 기능을 기반으로 기존 데이터센터뿐 아니라 신규 데이터센터에도 통합할 수 있도록 설계됐고, 인랙형 CDU는 랙 단위에서 냉각 유량을 자동으로 조정하는 방식으로 고밀도 환경에 대응한다.
최근에는 AI 팩토리의 규모 자체가 커지는 흐름에 대응해 CDU도 대용량·모듈형으로 진화하고 있다. 슈나이더일렉트릭이 올해 1월 공개한 MCDU-70은 단일 장비 기준 2.5MW의 냉각 용량을 지원하며, 여러 대를 조합해 10MW 이상의 대규모 AI 인프라까지 확장할 수 있도록 설계됐다. 정밀 유량 제어와 실시간 모니터링, 적응형 부하 분산 기능을 통해 실제부하에 맞춰 냉각을 관리함으로써 플랜트 성능과 에너지 소비를 함께 최적화한다. 기존 CDU 라인업은 105kW~2.3MW 사이를 커버했지만, 이후 MCDU-70 출시를 통해 최대 2.5MW까지 제품군이 확대됐다.
ESG(환경·사회·지배구조) 측면에서 리퀴드쿨링의 중요한 부분은 고밀도 서버의 열을 보다 효율적으로 제거하면서 냉각에 필요한 에너지 소비를 최적화할 수 있다는 점이다. 슈나이더의 전체 냉각 아키텍처는 CDU뿐 아니라 고온 칠러와 열 제거(heat rejection) 시스템까지 연결되며, 고온 칠러는 외기 조건을 활용하는 프리쿨링 등을 통해 냉각 에너지 소비를 줄일 수 있도록 설계돼 있다. 또한 AI 데이터센터가 전부 액체냉각으로 바뀌는 것은 아니기 때문에 공랭과 액체냉각을 함께 사용하는 하이브리드 구성이 중요하다. 슈나이더는 직접 칩 냉각(Direct-to-Chip, D2C) 리퀴드쿨링을 적용하더라도 전체 열 부하의 약 10~30%에는 공랭이 필요할 수 있다고 설명하고 있다.
AI 데이터센터의 부하를 보호하는 고효율 UPS, 갤럭시 VXL
냉각이 AI 서버에서 발생하는 열을 처리하는 역할이라면, UPS는 서버와 냉각 설비 등 데이터센터 핵심 부하에 안정적인 전력을 공급하고 정전이나 전력 품질 이상으로 인한 서비스 중단을 막는 역할을 한다. 디지털 서비스와 AI 인프라에 대한 의존도가 높아질수록 짧은 정전이나 전력 이상도 서버 운영 중단과 데이터 손실로 연결될 수 있어, UPS는 데이터센터의 비즈니스 연속성을 확보하기 위한 기본적인 전력 보호 인프라다. 슈나이더 역시 UPS를 단순한 비상전원 장치가 아니라 데이터 보호와 에너지 효율성을 함께 고려하는 전력 인프라로 설명하고 있다.
갤럭시 VXL은 바로 이 UPS 제품군 가운데 대형·초대형 및 하이퍼스케일 데이터센터를 겨냥한 고용량 3상 UPS다. 단일 시스템 기준 500~1250킬로와트(kW)를 지원하며, 병렬 구성 시 최대 5MW 규모까지 확장할 수 있다. AI·클라우드처럼 전력 수요가 크고 지속적인 서비스가 필요한 환경을 주요 적용 대상으로 한다.
ESG 측면에서 갤럭시 VXL의 가장 직접적인 특징은 전력 변환 과정에서 발생하는 손실을 줄이는 고효율 운전이다. 일반적인 이중 변환 모드에서도 최대 97.5%의 효율을 제공하며, 데이터센터 등에 사용하는 UPS의 고효율 운전 모드 이컨버전(eConversion) 모드에서는 최대 99%의 효율을 지원한다. 슈나이더는 이를 통해 전력 소비와 운영 비용을 줄이고, UPS 운영 과정의 이산화탄소(CO₂) 배출량을 낮출 수 있다고 설명한다. 실제로 갤럭시VXL은 eConversion 모드에서 최대 99%의 효율을 구현하고 UPS 시스템 탄소 배출량을 절반 수준으로 줄일 수 있다.
또한 갤럭시 VXL은 모듈형 구조로 설계돼 데이터센터가 처음부터 최대 용량의 설비를 구축하기보다는 실제 AI 수요 증가에 맞춰 전력 모듈을 단계적으로 추가할 수 있다. 라이브 스와프(Live Swap) 기능을 활용하면 시스템 가동을 중단하지 않고 전력 모듈을 추가하거나 교체할 수 있으며, N+1 내부 이중화를 통해 장애 발생 시에도 핵심 부하의 가용성을 유지할 수 있다. 이는 AI 인프라가 빠르게 확장되는 상황에서 필요 이상의 설비를 미리 구축하지 않고 수요에 맞춰 확장할 수 있다는 점에서 자원·공간 활용과 운영 효율 측면에서도 의미가 있다.
CDU와 갤럭시 VXL은 서로 다른 기능을 담당하지만 AI 데이터센터라는 하나의 환경에서는 상호보완적인 인프라다. 갤럭 VXL을 포함한 UPS가 고밀도 AI 서버에 필요한 전력을 안정적이고 효율적으로 공급하는 ‘전력 보호 축’이라면, CDU는 그 전력 소비 과정에서 발생하는 고열을 관리하는 ‘열 관리 축’이다. AI 워크로드가 커질수록 필요한 전력과 발생하는 열이 함께 늘어나기 때문에 어느 한쪽만 개선해서는 데이터센터 전체의 효율성과 지속가능성을 확보하기 어렵다. AI 시대의 인프라는 개별 장비가 아니라 공랭-리퀴드쿨링-열 제거가 연결되는 하나의 엔드투엔드 아키텍처다.
AI 데이터센터가 고밀도화될수록 전력 공급과 냉각을 동시에 효율화해야 하며, 이를 통해 데이터센터의 안정적 운영을 유지하면서 에너지 소비와 탄소배출 부담을 낮춰야 한다. CDU는 고밀도 AI의 열 관리와 냉각 에너지 효율, 갤럭시 VXL은 전력 손실 저감과 안정적인 전력 보호, 그리고 UPS 포트폴리오 전반은 정전·전력 이상에도 핵심 인프라의 운영을 지속시키는 비즈니스 연속성 측면에서 각각 역할을 담당한다.
[박스 인터뷰]
“데이터센터, 냉각·에너지효율 위해 CDU 라인업 제공” 슈나이더일렉트릭 시큐어파워사업부 CDU 담당 이창호 팀장·심현보 매니저
리퀴드쿨링(CDU) 기술이 데이터센터의 전력부하 폭증 문제를 해결하는 데 어떤 핵심 역할을 할 수 있나.
“AI 서버는 CPU 기반 서버 대비 수십 배 높은 발열을 발생시키며, 최신 GPU 랙은 이미 100kW를 넘어 향후 1MW 수준까지 발전할 것으로 전망된다. 이러한 환경에서는 기존 공랭식만으로 열을 제거하는 데 한계가 있다. 냉각수 분배 장치(CDU)는 데이터센터의 시설 냉각수와 IT 장비 내부를 순환하는 냉각수 사이에서 열을 교환하고, 냉각수의 온도와 유량, 압력을 정밀하게 제어하는 역할을 한다. 이를 통해 고발열 GPU에서 발생하는 열을 칩 단계에서 직접 제거하고, 공랭식 냉각에 필요한 팬과 기계식 냉각 설비의 부담을 줄일 수 있다. 결과적으로 냉각 전력 사용을 효율화하고 데이터센터 전체의 에너지 효율을 높이는 데 기여한다. 슈나이더는 105kW급부터 2.5MW급까지 다양한 용량의 CDU 라인업을 제공하고 있다. CDU 대표 모델인 ‘MCDU-70’은 최대 2.5MW의 냉각 용량을 지원하며, 대규모 AI 데이터센터와 차세대 GPU 환경에 대응할 수 있도록 설계됐다.”
기존 공랭식 데이터센터를 운용하던 기업들이 리퀴드쿨링으로 전환할 경우, 어떤 효과를 얻을 수 있나.
“프로젝트 규모와 전력 단가에 따라 차이는 있지만, 리퀴드쿨링 적용 시 공기보다 열전달 효율이 월등히 높은 CDU 방식이 공기냉각 방식보다 냉각 에너지 사용량을 크게 절감할 수 있다고 평가한다. 회수기간은 프로젝트 조건에 따라 다르지만, AI GPU 클러스터와 같이 고발열 환경에서는 공랭식 대비 경제성이 빠르게 나타나는 사례가 증가하고 있다. 또 기존 공랭식 데이터센터에서도 공간의 활용도에 따라 적합한 방식을 유연하게 변경 가능하다. 즉 필요한 만큼만 ‘CDU’화 할 수 있다. CDU는 냉각수 온도를 상대적으로 높게 운전할 수 있어 연간 사용 기준으로 프리쿨링 활용도가 높아지기 때문에 전체 전력 사용량 감소에 기여한다. 이는 곧 탄소배출 저감으로 이어진다. 최근 데이터센터 운영자들이 ESG와 탄소중립 목표를 달성하기 위해 CDU를 적극 검토하는 이유도 여기에 있다.”
한국 기업 입장에서 공랭과 액체냉각 비율을 어떻게 조합하는 것이 가장 비용 효율적인가.
“현시점에서 가장 현실적인 모델은 하이브리드 방식이다. 실제로 대부분의 데이터센터는 100% 리퀴드쿨링보다 하이브리드 방식으로 시작해 점진적으로 리퀴드쿨링 비중을 확대하고 있다. 주요 발열원인 GPU, CPU 서버의 수요에 따라 D2C 리퀴드쿨링 방식으로 전환하는 것이 현재 시장의 주류다. 이는 투자비와 운영리스크를 동시에 최소화할 수 있는 접근이다. 미국, 호주 등이 대규모 부지를 기반으로 한 캠퍼스형 AI 데이터센터를 확대하고 있다면, 한국 시장에서는 제한된 공간 안에서 더 높은 GPU 성능을 구현할 수 있는 고밀도 인프라가 필수적이며, 리퀴드쿨링 기술의 중요성도 더욱 커지고 있다.”
정밀 IT 장비에 액체를 대는 것에 대한 기업들의 심리적 장벽이나 누수 사고 우려가 큰 편인데.
“리퀴드쿨링 도입을 검토하는 대부분의 고객이 가장 먼저 묻는 질문이 바로 누수 리스크다. 슈나이더일렉트릭의 CDU는 누수 감지 시스템, 이중화 펌프 및 이중 전원 구성, PLC 기반 보호 로직, 자동 압력 제어, 팽창 탱크 및 압력 릴리프 밸브 등을 적용하여 시스템 안정성을 확보하고 있다. 또한 유량, 압력 등 주요 운전 데이터를 실시간으로 모니터링하고, 이상 상태가 감지될 경우 즉시 보호 동작을 수행할 수 있도록 설계되어 있다. 최근 슈나이더일렉트릭이 인수한 모티브에어(Motivair)는 리퀴드쿨링 분야에서 10년 이상 업계 리더십을 유지해 온 전문 기업으로, 세계 주요 슈퍼컴퓨터 및 HPC 프로젝트에 리퀴드쿨링 솔루션을 공급하고 있다.”
“전력 인프라 안정적 운영 지원하는 UPS 역할 중요” 슈나이더일렉트릭 시큐어파워사업부 UPS 담당 박재웅 팀장·정인영 매니저
대용량 UPS가 지역 전력망 불안정과 순간적인 부하 변동을 완충하는 데 어떤 역할을 할 수 있나.
“UPS의 주된 역할이 기존 데이터센터에서는 정전이나 전압 이상이 발생했을 때 배터리 전력을 공급해 서버가 중단되지 않도록 보호하는 것이다. 그러나 AI 데이터센터에서는 전력망과 고밀도 컴퓨팅 인프라 사이에서 전력 변동을 완충하고 안정적인 전력을 공급하는 방향으로 확대되고 있다. AI 학습 과정에서는 수많은 GPU가 동시에 연산을 수행하면서 매우 짧은 시간 안에 전력 수요가 크게 변동할 수 있다. 이러한 급격한 부하 변화가 그대로 전력망과 데이터센터 전력 인프라에 전달되면 전압 및 주파수 안정성에 영향을 줄 수 있으며, 설비 운영 측면에서도 부담이 증가할 수 있다. 따라서 AI 데이터센터에서는 단순한 백업 전원을 넘어 전력 품질을 유지하고 전력 인프라를 안정적으로 운영할 수 있도록 지원하는 UPS의 역할이 더욱 중요해지고 있다.”
AI 특유의 급변 부하 환경에서 갤럭시 VXL은 어떤 기능을 제공하나.
“AI 서버는 GPU 연산 특성상 매우 짧은 시간에 반복적으로 과부하가 발생하는 경우가 많다. 일반적인 UPS에서는 이러한 순간적인 과부하 상황마다 배터리가 반복적으로 개입하여 방전될 수 있으며, 장기적으로는 배터리 수명에 영향을 줄 수 있다. AI 로드 부하 대응(load tolerant) 기능은 과부하 수준을 고려하여 불필요한 배터리 개입을 최소화함으로써 반복적인 충방전을 줄이고 배터리 수명을 보호하면서도 안정적인 전력 공급을 유지할 수 있도록 지원한다. 예를 들어 110%의 단기 과부하는 UPS가 자체적으로 대응하고, 그 이상의 과부하 구간에서는 배터리가 보조적으로 개입해 피크 부하를 처리한다. AI 스무딩(smoothing) 기능은 배터리의 충전 및 방전 기능을 활용하여 GPU 클러스터에서 발생하는 급격한 전력 변동을 완화한다.”
국내 주요 데이터센터에 모듈형 고효율 UPS는 어떤 장점을 가지나.
“과거에는 향후 수요를 예측해 대용량 UPS를 한 번에 구축하는 방식이 일반적이었다면, 최근에는 AI 서버와 GPU의 도입 속도에 맞춰 전력 인프라도 단계적으로 확장할 수 있는 유연성이 중요해지고 있다. 갤럭시 VXL은 125kW 전력 모듈 기반으 단일 프레임에서 최대 1.25MW, 최대 5MW까지 확장이 가능하며, 현재 필요한 용량만 우선 구축한 뒤 AI 인프라 증설에 맞춰 전력 모듈을 추가하는 방식으로 투자할 수 있다. 특정 전력 모듈에 이상이 발생하더라도 나머지 모듈이 부하를 분담하여 시스템을 지속적으로 운영할 수 있고, 유지보수가 간편하며, 시스템을 운전하는 상태에서도 모듈의 추가·교체가 가능하다. 특히 한국은 전력 공급 제약과 높은 부지 비용으로 인해 전력과 공간을 얼마나 효율적으로 활용하느냐가 중요한 경쟁력이 되고 있다. 현재 필요한 용량만 우선 구축한 뒤, AI 인프라 확장에 맞춰 용량을 증설할 수 있다. 고밀도 설계를 적용해 기존 UPS 구성 대비 설치 공간을 최대 절반 이상 줄였다.”
갤럭시 VXL은 UPS 운영 중 발생하는 탄소배출량이 기존 대비 절반 수준이다. 어떻게 가능한가.
“갤럭시 VXL은 최대 99% 효율의 eConversion 기술을 통해 UPS 운전 과정에서 발생하는 전력 손실을 최소화할 수 있다. 이는 전기요금 절감뿐 아니라 UPS에서 발생하는 발열 감소로 이어져 냉각 에너지까지 함께 절감하는 효과를 제공한다. 에너지 사용량 감소는 곧 스코프 2 감소로 이어진다. AI 데이터센터 규모가 수십 MW 수준으로 확대되는 환경에서는 UPS 효율 1~2% 차이도 장기적으로 상당한 탄소저감 효과를 만들어 낼 수 있다. 따라서 고효율 UPS는 단순한 전력 보호 장비가 아니라 데이터센터의 지속가능성과 ESG 목표 달성을 지원하는 핵심 인프라라고 볼 수 있다. 최근 데이터센터 시장에서도 초기 구매 비용보다 전체 소유비용과 지속가능성을 함께 고려하는 추세가 강화되고 있다.”
