| 데이터센터는 클라우드, 인공지능(AI), 빅데이터, 사물인터넷(IoT) 등 신기술 확대로 인한 대용량의 데이터를 관리하는 데 필수적인 인프라로 꼽힌다. 세계적으로 아마존, 마이크로소프트(MS), 구글 등 글로벌 클라우드 기업 주도로 대규모의 하이퍼스케일 데이터센터가 크게 확산되고 있다. 그래서 기존의 기업고객의 저전력 장비를 유치하던 데이터센터의 구축 및 운영 트랜드가 고전력 장비를 지원하기 위해 크게 변화하고 있다. 이에 현재 데이터센터의 현황과 전망, 관련 인증과 지표, 전자파 이슈 등 관련 현황과 구축 트랜드 및 시사점을 정리하였다. |
I. 하이퍼스케일 데이터센터 개요
1. 데이터센터의의 개념
데이터센터(Data Center)는 서버 컴퓨터와 네트워크 회선 등을 제공하는 건물이나 시설을 말한다. 비유하자면 서버를 세입자로 받는 건물이라고 생각하면 된다. 데이터센터는 인터넷의 보급과 함께 폭발적으로 성장해 왔다. 인터넷 검색, 쇼핑, 게임, 교육 등 방대한 정보를 저장하고 웹 사이트에 표시하기 위해 수천, 수만 대의 서버 컴퓨터가 필요하므로, 이 서버 컴퓨터를 한 장소에 모아 안정적으로 관리하기 위한 목적으로 인터넷 데이터센터(Internet Data Center, IDC)를 건립하였다.
[그림 1] 하이퍼스케일 데이터센터 조감도
데이터센터는 어떤 장애 상황에서도 IT 장비들을 안정적으로 운영할 수 있어야 하며, 이를 위하여 가용성을 보장하는 전원, 백업, 보안, 공조와 같은 다양한 시스템을 갖추고 있다. 데이터센터는 화재, 홍수, 태풍과 같은 자연재해도 극복할 수 있어야 한다. 그래서 대부분 장애에 대응하여 내부 시설들이 장애를 극복할 수 있도록 설계 및 구축되어 있다.
최근 데이터센터는 클라우드 서비스 제공자(Cloud Service Provider)의 폭발적인 성장과 인공지능 기술의 발전에 따른 병렬연산에 특화된 GPU나 TPU Chip이 장착된 서버가 필요하고 그에 따라 큰 전력량과 발열량을 극복하여야 하는 도전에 직면해 있다. 그래서 기존의 저전력 장비를 유치하던 데이터센터의 구축 및 운영 트랜드가 변화하고 있다. 따라서 현재 데이터센터 구축 및 운영현황과 트랜드 및 시사점을 정리하였다.
2. 데이터센터의 규모에 따른 분류
데이터센터는 규모에 따라 소형, 중형, 대형, 거대(massive), 메가(mega), 하이퍼스케일 (hyperscale)로 분류한다. 데이터센터는 갈수록 대형화되는 추세이고 최근 하이퍼스케일(hyperscale) 데이터센터가 많이 구축되고 있다. 한국 데이터센터연합회에 따르면 2000년 53개 수준이던 국내 데이터센터는 2018년 150개를 넘어섰다. 특히 인공지능 시대의 핵심 인프라로 떠오르는 하이퍼스케일 데이터센터 구축이 주목된다. 하이퍼스케일 데이터센터란 기존의 전통적인 데이터센터보다 훨씬 규모가 크고 서버가 장착되는 랙당 전력 요구량이 이상 높아 안정적인 전력 공급과 발열량을 낮추기 위한 유기적인 구조를 가진 데이터센터를 말한다.
하이퍼스케일 데이터센터는 클라우드, 인공지능(AI), 빅데이터, 사물인터넷(IoT) 등 신기술 확대로 인한 대용량의 데이터를 관리하는 데 필수적이다. 아마존, 마이크로소프트(MS), 구글 등 글로벌 클라우드 기업 주도로 하이퍼스케일 데이터센터가 크게 확산되고 있다.
II. 데이터센터 현황 및 전망
1. 글로벌 데이터센터 현황 및 전망
향후 6년간 하이퍼스케일 데이터센터의 총용량은 거의 3배 가까이 증가할 것으로 예상된다. 생성형 AI 기술을 비롯한 인공지능 기반 기술과 서비스의 폭발적인 성장과 개별 데이터센터의 IT 관련 용량이 계속해서 증가하고 있고, 또한 4차 산업혁명에 발맞추어 다양한 분야로 디지털 전환이 확산되면서 강력하고 확장 가능한 클라우드 컴퓨팅 리소스에 대한 수요가 폭발적으로 증가하고 있기 때문이다.
시너지 리서치 그룹 조사에 따르면 2023년 중반 기준, 전 세계에서 926개의 데이터센터를 운영하고 있는 조사 대상 기업들의 지난 5년간 두 배로 증가하였다. 또한, 2022년 말부터 전 세계를 뜨겁게 달군 Chat-GPT 등 생성형 AI의 열풍으로 데이터센터의 수가 매년 100개 이상 증가할 것으로 전망했다.
<자료> Global Market Insight, 2023.
[그림 2] 하이퍼스케일 데이터센터 마켓현황
GMI는 2023년부터 2032년까지 하이퍼스케일 데이터센터 시장이 연간 25% 이상 성장할 것으로 전망하였다. 보고서는 혁신적인 디지털 인프라를 필요로 하는 기업들의 수요가 증가하면서, 이런 변화에 탄력적으로 대응하고 필요한 인프라를 제공할 수 있는 데이터센터 수요가 빠르게 증가하고 있다고 밝혔다.
2. 국내 데이터센터 현황 및 전망
한국은 전력 품질이 높지만 전기료는 타 국가에 비해 아직까지는 높지 않은 편이기 때문에, 국내 데이터센터도 증가 추세이다. 2021년 기준 전국의 데이터센터 수는 177개다. 이 중 상업용 62개, 비상업용 115개다. 약 60% 이상의 데이터센터가 수도권에 집중되어 있다.
<자료> 한국 데이터센터연합회, 2021.
[그림 3] 국내 데이터센터 현황
상업용 데이터센터만 보면 수도권 비중은 81%에 달한다. 이는 수도권 지역이 서울에 위치한 기업들이 쉽게 접근할 수 있는 접근성과 데이터센터 구축에 필수적인 전력, 통신 등의 인프라를 두루 갖추고 있기 때문이다. 하지만 향후 신규 데이터센터가 공급될 지역은 이런 수도권 중에서도 도심지 보다는 주로 외곽 지역이 될 것으로 예상된다. 데이터센터 규모가 커지면서 서울 도심지보다 상대적으로 토지 가격이 저렴하고 정부도 전기의 안정적 공급과 지역 경제 활성화 등을 이유로 데이터센터의 지방 유치에 힘을 보태고 있기 때문이다.
<자료> 한국 데이터센터연합회, 2023.
[그림 4] 국내 데이터센터 공급 추이
한국 데이터센터연합회의 조사에 따르면 향후 3년간 국내 데이터센터 시장은 급성장 중이다. 2025년까지 신규 구축 예정 데이터센터는 32개에 달한다. 국내 상업용 데이터센터 규모는 연평균 15.9%씩 성장해 2025년 일본에 이어 아시아 2위 시장이 될 것으로 전망한다.
III. 데이터센터 건물 등급/인증 및 주요 지표
1. 데이터센터 건물 등급
데이터센터 표준은 미국의 두 단체인 TIA(Telecommunications Industry Association)와 Uptime Institute에서 제시한다. TIA-942와 Uptime은 데이터센터를 4등급으로 분류한다.
[표 1] TIA-942 기반 설비 Tier 항목별 기준
| 등급 | 내용 | 기준 |
|---|---|---|
| Tier Ⅰ | 필요용량 N(Need) 설비를 구축, 단일 공급 경로를 통해 전력 및 냉방 공급 | Basic |
| Tier Ⅱ | 필요용량 N 외에도 별도 예비용량을 구축, 단일 공급 경로를 통해 전력 및 냉방 공급 | Redundant Components |
| Tier Ⅲ | 필요용량 N 외에도 별도 예비용량을 구축, 상시 주 공급경로로 전력/냉방을 공급 예비 경로가 구성되어 무 중단 유지보수 가능 | Concurrently Maintainable |
| Tier Ⅳ | 필요용량 N 외에도 별도 예비용량을 구축, 상시 2개 이상의 경로를 통해 전력/냉방을 공급하여 무 중단 유지보수 및 장애 내성 구비 | Fault Tolerant |
등급을 나누는 기준은 Tier Ⅰ에서 Tier Ⅳ로 갈수록 안정적이고 신뢰도가 높지만 비용이 많이 발생한다. Tier Ⅳ는 완전 무 중단 운영이 가능하다. Tier Ⅲ은 운영하면서 고장난 설비를 수리할 수는 있어 운영에 문제가 없는 수준이다. 그래서 일반적으로 데이터센터를 설계할 경우 Tier Ⅲ을 기본으로, 전력 인입과 주요한 장비, UPS, 전력 이중화를 N+1이상으로 구성하도록 설계한다.
[표 2] Uptime 기반 설비 Tier 항목별 기준
| 구분 | Tier Ⅰ | Tier Ⅱ | Tier Ⅲ | Tier Ⅳ |
|---|---|---|---|---|
| IT 전원 구성 | N | N+1 | N+1 | 장애 발생 시 N |
| 공급(분배) 경로 | 1 | 1 | 2(상시-예비) | 2(상시-상시) |
| 무 중단 유지보수성 | No | No | Yes | Yes |
| 장애 내성 | No | No | No | Yes |
| 물리적인 구획 | No | No | No | Yes |
| 연속 냉방 공급 | 부하밀도 의존 | 부하밀도 의존 | 부하밀도 의존 | Class A |
2. LEED Certified
LEED(Leadership in Energy and Environmental Design)는 건물이나 설비에서 물 같은 자원이나 기타 에너지를 효율적으로 사용하고 있는지에 대해 판단하고, 이산화탄소 배출 감소와 실내 환경 품질(공조, 조명 등), 친환경 자재 채용 의무와 같은 항목을 다루고 있다. LEED 인증은 등급제이며, 총 5가지 분야1로 나뉘어 평가 항목이 적용하고 아래와 같이 4단계가 있다. 기본점수 100점에 추가점수 10점으로 총 110점 만점으로, 추가 점수 10점은 창의적 디자인 6점, 지역적 특성 4점으로 친환경뿐 아니라 디자인과 지역 환경도 고려한다.
[표 3] LEED 등급별 기준
| 표준(Certified) | 실버(Silver) | 골드(Gold) | 플래티넘(Platinum) |
|---|---|---|---|
| 40점 ~ 49점 | 50점 ~ 59점 | 60점 ~ 79점 | 80점 이상 |
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3. 데이터센터 관련 주요 지표
데이터센터의 에너지 효율을 표현하기 위한 여러 가지 지표가 있다. 여기서는 대표적인 데이터센터 관련 지표인 PUE, DCiE에 대해 살펴보겠다.
가. PUE(Power Usage Effectiveness)
PUE는 데이터센터에 인입되는 전력량을 그 안에 있는 데이터센터의 인프라가 동작하면서 사용하는 전력량으로 나눈 값이다. PUE2 값으로 데이터센터의 에너지 효율성을 파악할 수 있다. PUE는 IT 소비 전력 대비 전체 전력량의 비율로 표시되며, 1에 가까울수록 효율성이 좋은 것을 의미한다. 일반적으로 1.3(우수)에서 3.0(나쁨)에 걸쳐 있다.
나. DCiE(DataCenter Infrastructure Efficiency)
DCiE는 PUE와 함께 데이터센터의 효율을 표시하는 또 다른 단위로, IT 장비에 공급되는 전력량을 전체 설비에 대한 공급 전력량 기준으로 백분율로 표현한 것이다. 다시 말해 데이터센터 전체 전력 중 IT 장비가 사용하는 전력량이 몇 퍼센트인지 나타내며 100%에 근접할수록 효율이 좋은 것을 의미한다. 일반적인 DCiE 값은 33%(나쁨)에서부터 77%(우수)에 걸쳐 있고 평균은 40%이다.
4. 전자파 측정 및 영향
전자파 이슈 관련하여 준비되고 있는 법률 개정안에서 과학기술정보통신부가 정보통신시설에서 발생하는 전자파가 인체 보호 기준을 초과하는지 여부에 대한 위해서 조사를 정기적으로 실시하도록 강제하고 전자파가 인체 보호 기준을 초과하는 경우 데이터센터에 대해 운용제한 등을 명령하거나 관계 중앙행정기관의 장에게 필요한 조치를 명하도록 요청할 수 있도록 했다. 데이터센터 건립 과정에서 주민 의견을 적극적으로 수렴하는 조항도 신설했다.
[표 4] 송전선로 평균 전자파 측정값(전국 242개소 측정)
| 전압/거리 | 0m | 20m | 40m | 60m | 80m | 100m | 국내 기준 대비 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 765kV | 1.27 | 0.99 | 0.79 | 0.55 | 0.36 | 0.2 | 0.24% ~ 1.5% |
| 345kV | 1.53 | 0.73 | 0.4 | 0.23 | 0.17 | 0.13 | 0.17% ~ 1.8% |
| 154kV | 0.59 | 0.33 | 0.2 | 0.18 | 0.14 | 0.12 | 0.14% ~ 0.7% |
그러나 전자파의 인체에 대한 영향도와 크기는 위의 자료에서 알 수 있듯이 오해의 소지가 있어 보인다. 국내 송전선로 전압은 765kV, 345kV, 154kV이며, 배전선로의 경우 전압은 22.9kV로 지정되어 있다. 위의 표는 송전선로의 평균 전자파를 측정한 값이며, 국내 기준에 비해 매우 작은 수준이다. 실제로 22년 11월 안양시에 지중 송전선로가 매설된 차도에서 측정한 수치는 0.19μT이었으며, 전국 305개소 측정 배전선로 평균 전자파 측정값은 0.28μT로 국내 기준 대비 1% 이하이다.
<자료> 한국전력공사, 2022.
[그림 5] 전력설비와 생활 속 전자파 발생량(단위: μT)
IV. 국내 데이터센터 신규 구축 시 고려사항
데이터센터의 전력 부족에 따른 수도권에 입지 선정에 어려움이 예상된다. 수도권의 전력 요구량이 포화에 근접함에 따라 수도권이 아닌 지방에 데이터센터를 신규 구축할 경우 지자체의 다양한 혜택을 제시하고 있다. 그러나 관련 인력의 수급이 어렵고 지방에 IDC 입주고객 수요에 대한 불확실성으로 인하여 현재 현재의 수도권 집중현상이 어느 정도까지 지방으로 분산될 지는 지켜볼 필요가 있다.
또한 신규 데이터센터 구축 시 정확하지 않은 정보를 바탕으로 한 전자파 등 다발성 민원 발생 문제가 우려된다. 데이터에 근거하지 않은 민원 발생으로 인한 데이터센터 신규 구축 어려움은 반드시 해결해야 하는 문제로 보인다. 민원 문제로 세종시로 옮겨 데이터센터를 신축한 네이버 ‘각’ 세종 데이터센터가 대표적인 사례로 보인다. 네이버의 초거대 인공지능인 ‘하이퍼클로바 X’ 서비스는 ‘각’ 세종 데이터센터에서 제공될 예정이다. ‘각’ 세종은 축구장 41개 넓이인 29만4천㎡의 부지로 현재 지하 3층∼지상 3층의 본관과 지하 3층∼지상 2층의 북관으로 구성됐다. 서버실 벽 전체에서 냉방을 위한 공조가 가동하는 ‘Coil Wall’ 방식이 적용 되었으며, 로봇을 이용한 안내 및 보안 서비스 등을 제공하고 있다. 향후 인공지능 휴머노이드 로봇이나 드론을 통한 안내 및 보안 감시 등의 모습을 엿볼 수 있다.
<자료> 연합뉴스, 2023.
[그림 6] 네이버 세종 ‘각’ 데이터센터 전경
2022년 말 데이터센터 화재에 따른 전기 설비 관련 규제의 강화와 이로 인한 비용 상승은 신규 데이터센터가 한국에 유치하는 데 일정 부분 부담으로 작용할 수 있다. 또한 자재비, 인건비, 전력 요금의 급격한 상승과 전쟁 등으로 인한 글로벌 경기의 불확실성에 따른 이자율 상승에 따른 PF 조달의 어려움이 가중되고 있어서 데이터센터 발전 추이에 따른 과실을 한국이 누릴 수 있을지는 지켜볼 일이다. 수년 내에 랙당 전력 소비량 100kVA3 시대가 빠르게 도래할 것으로 예상되며, 이 경우 GPU 서버의 발열을 식히기 위해 액침 방식 냉각이나 랙 내부에서 리퀴드를 통해 냉각을 시키는 리퀴드 쿨링 방식이 활발하게 검증되고 있다.
최근 환경과 공정에 대한 관심이 많아지고 이와 관련하여 각 국은 ESG4 도입 추세에 따른 친환경 규제 강화 추세로 데이터센터 구축 시 이산화탄소 발생 억제, 친환경 에너지 활용, PUE 기준이 강화될 것으로 예상된다.
또한 최근 데이터센터 구축 붐에 따른 2026년 전 후의 단기적인 데이터센터 공급 과잉현상으로 인한 경쟁 심화와 단기 수익률 하락은 데이터센터 시장에 부담이 될 것으로 보인다. 하지만 이미 거스를 수 없는 4차 산업혁명 시대에 발맞춘 기업들의 디지털 혁신 추진에 따른 데이터의 증가, 데이터 활용을 위한 인공지능의 발전, 데이터센터 장애 대비하여 기업의 백업 및 멀티센터의 수요증가로 인해 데이터센터의 단기적인 공급과잉 현상은 자연스럽게 극복될 것으로 생각한다.
- 자재 및 자원 재활용, 실내 환경오염도, 혁신 설계, 대지 환경 개선을 포함한 총 72가지 항목을 평가 ↩︎
- PUE = 데이터센터 에너지 총 소비량 ÷ IT장비 에너지소비량 = (IT전력 + IT동력 + IT기타) / IT전력 ↩︎
- kVA는 킬로 볼트-암페어로서 kVA는 피상 전력의 단위이며, 1kVA는 1Kw임 ↩︎
- 환경(Environmental), 사회(Social), 지배구조(Governance)의 영어 단어 첫 알파벳을 딴 용어, 2004년 UN 보고서에서 처음 사용 ↩︎
[참고문헌]
[1] Global Market Insight, 2023.
[2] 한국 데이터센터연합회 국내 데이터센터 현황 자료, 2021.
[3] 한국 데이터센터연합회 국내 데이터센터 현황 자료, 2023.
[4] 한국전력공사 전력설비와 생활 속 전자파 발생량, 2022.
[5] 연합 뉴스, 2023.