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데이터센터 기술 어디까지 왔나[2013 연중기획]데이터센터 새판 짜자<2>최신기술 현황
박시현 기자  |  pcsw@bikorea.net
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승인 2013.02.04  23:14:22
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데이터센터는 1990년 즈음 여러 곳에 흩어져있는 전산 자원을 한 곳에 모아 관리하고자 생겼다. 1990년대 말 닷컴 비즈니스가 활성화되면서 IDC(인터넷 데이터센터)를 포함한 데이터센터가 본격 등장했다. 

◆데이터센터의 4단계 진화 모델 = 데이터센터의 진화는 에너지 효율화 지수인 PUE와 일맥상통한다. PUE(Power Usage Effectiveness)는 데이터센터의 에너지 효율성을 표시하는 단위로 전체 설비 전력사용량을 IT장비 전력량으로 나눈 값이다. 1에 가까울수록 에너지 효율성이 좋다.

마이크로소프트에 따르면 전세계 데이터센터는 지난 1989년부터 지금까지 4단계에 걸쳐 발전해왔다.

1단계는 ‘코로케이션’ 서비스 목적으로 나온 것으로, 서버 랙이 없이 서버를 배치하는 형태였다. 1단계의 PUE는 2미만이었다. 1세대 데이터센터의 최대 과제는 서버 용량의 극대화였다. 자신의 데이터센터 설비를 다른 기업에게 제공하는 코로케이션이라는 비즈니스 모델의 특성 때문이었다.

그래서 2단계에서는 랙 서버가 등장한다. 1U 서버를 랙안에 차곡차곡 쌓아 집적도를 높인 것이다. PUE는 1.4~1.6 수준이었다. 2단계 데이터센터의 최대 과제는 밀집도였다.

3단계는 하이브리드 모델로, 일부는 랙으로 일부는 컨테이너 박스로 구성한 것이었다. 컨테이너 박스 방식은 표준 전력공급시스템, 네트워크, 냉각시스템, 기타 인프라를 선박용 컨테이너 같은 곳에 한데 통합한 것으로 3~4천대의 서버를 집적해 운영할 수 있다. PUE는 1.2~1.5 수준이다.

4단계는 랙을 완전히 없애고 컨테이너 박스만으로 구성하는 모듈러 데이터센터이다. 데이터센터의 용량을 확장할 필요가 있을 경우 컨테이너 수를 늘리는 방식이다. 공기 냉각 방식을 적용해 이산화탄소 배출량을 줄이고 빠른 적용과 초고밀도 집적으로 공간 효율성을 크게 높일 수 있다는 게 장점이다. PUE는 1.05~1.20 수준이다.

한국은 아직도 1~2단계에 머물러 = 4단계 데이터센터는 모듈화 설계와 효과적인 공조환경으로 에너지 효율화를 실현하며, 유연성과 확장성도 뛰어나 짧은 기간에 데이터 센터를 구축 가동할 수 있다. 3~5년이 걸리는 기존의 데이터센터 대비 최대 5개월 안에 구축이 가능할 뿐만 아니라 임시, 이동식, 원격지 설치가 가능하다.

4단계 데이터센터를 구축 운영하는 곳은 구글과 마이크로소프트 등이 대표적으로 클라우드형 서비스용으로 활용되고 있다.

한국마이크로소프트는 “마이크로소프트 기준으로 전세계 모범적인 데이터센터는 이미 4단계에 와있다. 하지만 우리나라의 데이터센터는 아직도 1~2단계에 머물러 있다”면서 “공간 효율성을 높이려면 데이터센터의 구조를 바꿔야할 것”이라고 조언했다.

IBM은 모듈러 데이터센터에서 진보한 ‘포듈러(Podular)’ 데이터센터를 제시하고 있다. 포듈러 데이터센터는 기존의 모듈형 데이터센터의 한 단위인 모듈(주로 한 층)보다 적은 포드(Pod) 단위로 데이터센터를 구축할 수 있다.

포드는 고객에 따라 업무 단위, 랙 단위로 정의할 수 있다. 포듈러 데이터센터를 활용하면 처음 구축할 때부터 과도하게 큰 데이터센터 구축을 막을 수 있고 업무와 랙 단위로 세분화해서 구축하기 때문에 자사 환경에 최적화된 나만의 데이터센터를 지울 수 있다.

포듈러 데이터센터의 가장 큰 장점은 언제든 최신 장비와 기술로 데이터센터를 업그레이드할 수 있으며 데이터센터를 확장할 때 유휴 자원을 줄이고 적시에 구축과 확장을 할 수 있어 데이터센터 수명주기 관리가 용이하다는 점이다.

“x86 에너지 효율성 10배 개선” = 데이터센터의 미래를 좌우할 핵심 기술로 SSD를 대표로 하는 메모리 기술과 x86 프로세서, 그리고 가상화 및 클라우드 기술이 각광을 받고 있다.

이 가운데 x86 프로세서는 멀티 코어 기술의 발전으로 성능을 거듭 강화하고 있으며, 기존 유닉스 서버에 비해 경쟁력있는 가격에 힘입어 확산 일로에 있다. x86 서버의 근간을 이루는 인텔 제온 프로세서는 2007년 4개 코어에 2GHz 클럭스피드, 전력소비량 50와트에서 2012년에는 8개 코어, 2.2GHz, 95와트로 진화했다. 인텔은 “이러한 프로세서의 성능 향상으로 에너지 효율성이 무려 10배 이상 나아졌다”고 강조했다.

메모리 기술 특히 플래시 메모리 기술은 그동안 저장 기술의 왕좌를 지켜온 HDD를 밀어내고 새 주인공으로 등극을 눈앞에 두고 있다. 아직은 HDD에 비해 비싸지만 과거처럼 가격부담을 들어 구입을 꺼렸던 사용자들이 이젠 “이 정도의 가격대 성능비면 구입할만 하다”며 시장 분위기가 무르익고 있다. 메모리 기술은 앞으로 2~3년안에 데이터 저장이나 백업 방식, OS나 애플리케이션의 운영방식을 완전히 바꿀 것이라는 관련 업계 일각의 분석이다.

“프리 쿨링으로 냉각비용 줄여라” = 데이터센터의 최대의 적은 열이다. 그러다보니 냉각시스템을 쓸 수 밖에 없는데 이러한 냉각시스템은 전력비용 증가의 주범으로 지적되고 있다. 냉각시스템의 사용을 최대한 자제하는 게 전력비 절감과 에너지 효율화의 방안인 셈이다.

그 방안으로 프리 쿨링 솔루션이 스포트라이트를 받고 있다.

더존 D-클라우드 센터는 프리 쿨링 저전력 공조시스템, 항온항습용 통합관리시스템 등을 적용해 전력량을 크게 줄이는 효과를 거두고 있어 눈길을 끈다. 춘천에 위치한 더존 D-클라우드 센터는 2011년 7월 오픈했는데 최신의 기술을 적용한 데이터센터로 평가받고 있다.

더존 IDC는 지리적, 계절적 특성을 반영해 프리 쿨링이 가능한 일체형 냉수기를 설치했으며, 전력 시설에 필요한 공조기는 공냉식 항온항습기슬 설치해 냉각수로 인한 장애를 미연에 방지하고 있다. 이는 냉수를 만들기 위해 압축기(compressor)를 이용하지 않고 외부의 찬 공기를 이용해 증발기(evaporator)를 통해 열을 교환하는 방식이다. 따라서 100% 프리 쿨링일 경우 펌프와 팬 정도만 전력을 소비하게 된다.

더존 IDC 측은 “독일 산업 표준인 DIN의 자료에 따르면 외부 기온이 -19도~12도일때 프리 쿨링이 가능하며, 12도~18도일 때 프리 쿨링과 전력 사용을 혼합해 운영할 수 있다. 춘천은 11월에서 4월까지 평년 기온이 12도 이하로 연간 최대 6개월간 프리 쿨링이 가능하다. 더존 IDC는 따라서 다른 IDC에 비해 연간 전력소비량의 50% 정도를 절감할 수 있다는 산술적인 계산이 나온다”고 밝혔다.

분당에 위치한 IDC인 호스트웨이도 리모델링을 하면서 프리 쿨링 시스템을 도입해 전력소비량을 크게 절감한 케이스이다. 동절기에 외부의 차가운 공기를 유입해 항온항습 비용을 절감하면서도 최적의 온도를 유지할 수 있도록 고안된 ‘외기도입 시스템’을 적용한 것이다.

수냉식 냉각 장치도 주목받아 = 하지만 국내에서는 아직도 프리쿨링 솔루션에 대해 선입견을 가지고 있다는 게 업계 분석이다. 외부의 차가운 공기를 사용할 수 없는 여름이라는 계절의 제한성과 건물 구조 리모델링의 이유로 비효율적인 솔루션으로 속단하고 있다는 것이다. 한 업계 관계자는 “하지만 1년 365일 중, 여름의 고온이 지속되는 일수는 50일이 채 안된다. 장마철을 제외하면 약 270일, 즉 1년의 3/4 기간에는 프리쿨링으로 기존의 냉각 비용 발생 없이 데이터 센터 운영이 가능해 엄청난 비용 절감을 이룰 수 있다”고 주장했다. 이어 “프리 쿨링 솔루션은 이미 구축된 데이터 센터에서 전산실 리모델링을 통해 손쉽게 도입이 가능하다”고 덧붙였다.

프리 쿨링 솔루션과 더불어 최근 물을 직접 사용하는 수냉식 냉각(Liquid Cooling) 장치가 주목을 받고 있다. 데이터 센터 전문가들에 따르면 물은 공기보다 열을 빼앗는 능력이 약 3,500배 강하다. 물을 이용해 온도를 낮추는 데이터 센터에선 상대적으로 적은 전력으로 뛰어난 냉각 능력을 기대할 수 있다는 것이다.

하지만 국내의 IT 관리자들은 물을 IT 인프라와 상극으로 보는 경우가 많아 아직 사용화가 활발히 이뤄지지 않고 있다. 그러나 이미 해외의 수많은 선진 데이터 센터에서 수냉식 냉각장치를 도입해 전력 사용을 줄이고 에너지 효율을 높이고 있다고 한다.

‘국부냉각시스템’, 특정 서버 핫스팟 해결 = 블레이드 등 고발열 서버 주변에 보조냉각 장치를 붙이는 이른바 ‘국부냉각시스템’도 새로운 기술로 떠오르고 있다. 국부냉각시스템은 크게 특정 서버의 핫 스팟 부분에 장착하는 랙 단위 방식과 데이터센터 안에 일렬로 배치된 랙의 Hot Aisle(열 통로)를 차단해 열을 빨아들이는 열(Row) 단위 방식 등이 있다.

국부냉각시스템의 도입 효과로는 ▲데이터센터의 공간 효율성을 높이고 ▲항온항습기의 추가 증설에 따른 비용을 줄이며 ▲전체 냉각시스템에 드는 에너지 비용을 절감하고 ▲24시간 365일 운영하는 기존 데이터센터의 운영에 전혀 문제를 끼치지 않고 재빨리 설치하여 가동시킬 수 있다는 점이 꼽힌다.

관련 업계에서는 “항온항습기를 늘려도 블레이드처럼 고발열 장비의 냉각에는 한계가 있다. 고발열 장비는 주변 장비에 영향을 미쳐 따로 떨어져 배치하는 것이 일반적인데 이는 공간을 많이 차지하는 문제점을 낳는다”면서 “공간의 효율성 개선이 국부냉각시스템의 가장 큰 도입 효과”라고 강조했다.

인텔 “데이터센터 냉각시스템 필요없다” = 인텔은 “이젠 데이터센터에는 냉각시스템이 필요없다”고 파격적인 주장을 펼쳐 관심을 모으고 있다. 인텔 ‘HTA(High Temperature Ambient) 데이터센터’라는 기술을 적용하면 초고온 환경에서도 데이터센터를 운영핳 수 있다는 것이다.

HTA 기술은 기존의 데이터센터의 적정 운영 온도인 22±2°C를 30°C 이상까지 끌어올려 고온에서도 안전하고 효율적인 데이터센터의 구동을 돕고, 센터 내 냉방 에너지를 비용을 효과적으로 절감해 준다. 즉 한계 운영 온도를 높여 냉각 비용을 낮추고 전력 효율성을 향상시키도록 설계됐다는 것이다.

실제 HTA 데이터센터를 구축하면 서버실 온도를 1℃ 높일 때마다 7%의 냉방 에너지를 절감할 수 있다는 게 인텔 측의 설명이다.

그렇다면 HTA 데이터센터 기술이 어떻게 이같은 운영환경을 실현하느냐는 질문에 인텔은 “데이터센터 전력소비의 40%는 온도를 18~21도로 유지하기 위한 건물 및 서버의 냉각 비용이 차지한다”면서 “최신 하드웨어 특히 인텔 플랫폼을 채택하면 좀더 높은 온도에서 데이터센터를 운영할 수 있다”고 주장한다.

이어 인텔은 “HTA 데이터센터 구축에 있어 필수적인 기반 기술인 인텔 노드 매니저(Node Manager)와 인텔 데이터 센터 매니저(Data Center Manager)는 서버의 랙 단위에서 전력소비량과 핫스팟(서버 내 열섬 발생지점)을 실시간으로 모니터링해 시스템 전력을 체계적으로 관리, 서버 전력의 최적화를 실현한다”고 강조했다.

인텔코리아는 2012년 8월, KT와 기술 협력을 맺고 천안 KT데이터센터에 HTA(High Temperature Ambient) 테스트센터를 구축했다.

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