플럭스 커패시터까지 업그레이드가 필요한 때입니다.
스웨덴-스위스 다국적 산업 기업인 ABB가 엔비디아(Nvidia)와 파트너십을 발표했습니다. 이 파트너십을 통해 ABB는 1메가와트(MW)급 서버 랙에 800 VDC 전력 아키텍처를 구축하는 데 지원할 예정입니다. ABB는 이번 협력이 고효율 인프라를 바탕으로 미래의 기가와트(GW)급 데이터 센터에 안정적인 전력을 공급할 것이라고 밝혔습니다.
데이터 센터 분야에 익숙하지 않은 분들을 위해 말씀드리자면, 800 VDC 전송으로의 전환은 매우 중요한 변화입니다. 이는 상당한 효율성 개선, 필수 자재 비용 절감, 그리고 랙당 및 데이터 센터당 전력 공급 최대 용량 증대를 가능하게 하기 때문입니다. 물론 800 VDC라는 개념 자체가 새로운 것은 아니지만, 세계 최대 칩 설계자인 엔비디아가 이 표준을 전면적으로 채택함에 따라 해당 표준의 신뢰도와 추진력은 더욱 커지고 있습니다.
이번 발표에 따르면, 엔비디아는 메가와트급 개별 서버 랙을 주요 목표로 하고 있으며, 이러한 랙들이 최근 AI 관련 거래에서 언급되는 기가와트 규모의 핵심 축을 이룹니다. ABB는 '차세대' AI 데이터 센터를 위한 800 VDC 장비 생산 분야에서 선도적인 위치를 확보하고 있다고 강조했습니다.
주요 산업 동향
- 엔비디아 지원 테스트 결과, AI 데이터 센터는 전력 사용량을 거의 실시간으로 유연하게 조정할 수 있으며, 이는 전 세계적인 에너지 소비 측면에서 큰 영향을 미칠 것입니다.
- 마이크로소프트(Microsoft)는 AI 데이터 센터에 전력을 공급하기 위해 초전도체(Superconductor)를 활용하고 있습니다.
- 데이터 센터 개발업체들은 불안정해진 기존 전력망(Grid)을 우회하기 위해 민간 천연가스 '섀도우 그리드(Shadow Grid)' 발전소 건설에 나서고 있습니다.
실제 사례로, 엔비디아는 해양 선박의 1,000 VDC 시스템을 언급하며, 이는 20~40%의 에너지 절감과 30% 낮은 유지보수 비용을 제공한다고 제시했습니다. 이는 설치 과정의 자재 비용 절감에도 기여할 것으로 예상됩니다. 또한 엔비디아는 미래의 데이터 센터는 중전압 전원 공급장치와 DC 전력 분배 시스템을 결합하며, 이 모든 것이 솔리드 스테이트 전력 전자 장치(solid-state power electronics)를 통해 구현될 것이라고 설명했습니다. ABB와 엔비디아 모두 800 VDC에 대한 상세 자료를 보유하고 있으나, 여기서는 그 원리를 간소화하여 설명합니다.
일반적인 PC를 예로 들면, 전기는 전원 공급 장치(PSU)에 110V(또는 220V)의 교류(AC) 형태로 들어오며, PSU가 이를 12V, 5V, 3.3V 등의 직류(DC)로 변환합니다. 이 변환 과정에서 필연적으로 에너지 손실이 발생하며, 데이터 센터와 같은 대규모 환경에서는 이 손실이 여러 단계에 걸쳐 증폭됩니다. 오늘날의 많은 데이터 센터 시설은 주 전력 라인과 건물 전체에 중전압인 340-480V의 삼상(three-phase) 전기를 사용하며, PSU와 무정전 전원 장치(UPS)에서 DC로 강하 변환(Step-down)하는 방식입니다.
이는 이미 과도하게 복잡한 구조입니다. 데이터 센터의 높아진 전압 환경을 고려하더라도, 현대 서버 랙이 요구하는 수백 킬로와트(kW)의 전력을 전송하려면 매우 두꺼운 케이블, 그리고 이에 상응하는 커넥터 및 복잡한 변환 장비가 필수적입니다.
이러한 다단계 강하 변환 장비들은 그 자체로 부피가 크고 반복적인 구조를 가집니다. 따라서 이 모든 과정은 비용이 많이 들기 때문에, 데이터 센터 건물을 설계할 때 고도의 정밀한 고려가 요구됩니다.
전압을 800 V로 높이는 것만으로도 필요한 전선 규격(wire gauges)을 크게 낮출 수 있습니다. 게다가 전력실(power room)에서 아예 DC로 직결하여 전력을 공급하면, 랙에 도달하기까지의 중간 변환 장비들이 완전히 생략되고, 경로를 따라 전류 보호 장치(current protection)만이 핵심 요소로 남게 됩니다. 이후 랙 장비가 800 V DC를 12 V DC로 재차 강하 변환함으로써, 일반적인 PSU에서 거쳐야 했던 대부분의 구성 요소를 우회할 수 있습니다. 이는 관련된 모든 이해관계자에게 모두에게 이익이 되는(win-win) 혁신적인 시나리오입니다.
역사적으로 송전 손실을 줄이기 위해 중전압 및 고전압 라인은 AC를 주로 사용해 왔으나, 재료 기술의 발전 덕분에 장거리 DC 전송 방식이 더욱 인기를 얻고 있습니다. 대표적인 예가 최근 가동을 시작하는 지중해 해저의 525 kV DC 케이블입니다. 만약 모든 데이터센터가 이러한 방식으로 전력을 공급받는다면, 그 효율성은 비약적으로 높아질 것입니다.
(원문의 마지막 문구는 추가하지 않았습니다.)