네트워크 시장의 고속화와 인터넷 트래픽의 기하급수적 증가로 인해 데이터 센터의 모습이 변화하고 있다. 글로벌 IT 기업들은 죖그린 데이터 센터’ 건축에 주력하고 있으며, 데이터 센터의 에너지 소비 최적화를 위해선 다양한 연구가 이뤄지고 있다.

데이터 센터는 정보통신서비스 제공을 목적으로 컴퓨터 장치 등 정보시스템 장비를 일정 공간에 집중해 관리하는 시설을 말한다. 중앙감시실, 항온항습실, 전산실, 전력감시실 등을 포함하고 있으며 통신장비의 저장장치인 스토리지(Storage)가 설치돼있다.

최근 증가하는 인터넷 트래픽과 비디오 스트리밍이 거대 데이터 센터를 위한 투자로 귀결되고 있다. 작년엔 신개념의 데이터 센터 프로젝트를 위해 전 세계적으로 1,430억 달러(약 167조 6,700억 원) 규모의 자금이 투입된 것으로 나타났다.

이런 데이터 센터 프로젝트의 흐름을 주도하고 있는 것은 글로벌 IT 공룡 아마존(Amazon), 페이스북(Facebook), 구글(Google), 애플(Apple)이다. 다음 세대를 위해 친환경 ‘그린 데이터 센터’ 프로젝트를 이끌고 있다.

지난 2013년 애플(Apple)은 미국 노스캐롤라이나주 메이든에 20 MW(메가와트)급 데이터 센터가 사용하는 에너지 100%를 친환경 에너지로 대체하겠다고 밝혔다.

페이스북 역시 미국 아이오와주 앨투나시에 데이터 센터를 구축하면서 올해부터 풍력 발전을 통해서만 데이터 센터를 운영할 것이라고 밝힌 바 있다. 최근엔 미국 텍사스 포트워스에 다섯 번째 데이터 센터 설립을 발표하며 90마일 가량 떨어진 곳에 풍력 발전 시설을 새로 건설하기로 했다. 친환경에너지를 활용하기 위해서다.

서버 효율 개선 필수 

이런 가운데, 서버 효율을 높이면서 더 큰 규모의 데이터 센터를 지향하는 새로운 트렌드에 관심이 모아지고 있다. 이의 일환으로 데이터 센터를 위한 블레이드 서버(Blade server) 시장은 올해부터 2020년까지 연평균성장률 10% 이상을 나타낼 전망이다.

블레이드 서버는 하나 이상의 CPU와 메모리를 담고 있는 얇고 모듈화된 전자 기판을 이용한 서버다. CPU, 메모리, NIC 등을 하나의 블레이드로 하고 전원 스위치를 가지는 블레이드 섀시 또는 엔클로저 속에 여러 개의 블레이드를 장착해 복잡한 IT 인프라를 단순하게 재구성할 수 있도록 모듈화 형식으로 설계한 시스템을 말한다.

데이터 센터를 위한 전 세계 서버 시장의 비율은 작년 20%에서 2020년 35%로 늘어날 전망이다.

미국을 중심으로 한 북미 지역은 전 세계 서버 시장에서 약 34% 점유율과 35억 달러(약 4조 1,000억 원)의 규모를 차지하고 있다. 반면, 유럽은 데이터 센터를 위한 UPS(무정전전력공급장치, Uninterruped Power Supply) 장비 및 냉각 시스템 시장을 주도하고 있다. 유럽의 UPS 시장은 작년 9억 3,100만 달러(약 1조 900억 원)에 이른 것으로 추산된다.

데이터 센터, 전 세계 에너지 1.62% 소모

데이터 센터에서 가장 중요한 요소는 에너지 소비 최적화다. 데이터 센터는 IT 장비의 운영 환경을 최적의 상태로 유지하는 것을 우선으로 하는 건물이기에 에너지 소비에서부터 유지 관리에 이르기까지 많은 비효율이 발생하기 때문이다. IT 환경 유지를 위한 공조효율 저하와 과다한 에너지 소비가 심각한 문제로 대두되고 있는 상황이다.

작년 데이터 센터는 전 세계에서 소모된 전체 에너지 중 1.62%를 소모했다. 통신장비의 증가로 소모량은 점점 증가하고 있다.
이는 우리나라도 마찬가지다. 전국 100여 곳에 이르는 데이터 센터의 전력 사용량은 연간 20억 kwh에 달한다.

최근 프랑스의 시장조사기관 욜 디벨롭먼트(Yole Developpement)는 가까운 미래에 데이터 센터의 평균 전력 사용 효율(PUE)이 1.8이 되고 전 세계 데이터 센터의 에너지 소비는 2020년 507.9 TWh에 이를 것으로 분석했다.

데이터 센터의 PUE 값은 코어(Core)와 모듈(Module)의 부분 PUE를 각각 구한 후, 이를 합산해 구해진다. 코어는 모든 모듈에 의해서 공유되는 공통 인프라스트럭처와 IT 장비 등을 포함한다. 최첨단 데이터 센터의 에너지 효율은 1.2 정도로 추정되며, 페이스북 데이터 센터의 PUE는 1.07이다. PUE가 1에 가까울수록 거의 모든 에너지가 컴퓨팅을 위해 사용된다.

욜 디벨롭먼트는 이러한 전망 외에도 새로운 기술이 적용·사용됨에 따라 에너지 소비가 약 12.4% 감소될 수도 있다는 분석을 내놨다.  
전력소비량을 줄인 컨테이너 형식의 데이터 센터(Container Data Center)도 주목받고 있다. HP가 이 시장을 주도하고 있으며 중국의 화웨이(Huawei)가 그 뒤를 잇고 있다. 2020년까지 연평균성장률 23.2%가 예상된다. 
 



포토닉스, 대역폭 100Gb 증가에 기여

과거 일반적인 데이터 센터에선 전력 아키텍처와 중앙 냉각 시스템이 정격 전력에 맞춰 설계됐기 때문에 IT 장비를 늘리는 것이 불가능했다. 또한 서버의 ‘저부하 모드’에서 많은 비효율성을 보여줘 개선의 여지를 남겼다.

그러나 최근 증대된 모듈성(mod ularity)이 추가적인 서버의 혼입을 가능케 함에 따라 데이터 센터 설계에 새로운 접근을 가져오고 있다.  모듈성은 구성 요소 일부를 변경하고 증설할 때, 그 변경이 전체에 영향을 미치지 않도록 어떤 부분만을 바꿀 수 있도록 설계되어 있는 것을 말한다. 

이외에도 최근의 장비 모듈과 서브 네트워크가 향상된 효율을 활성화 내지 비활성화해 파워와 냉각 시스템 최적화에 기여하는 등 다양한 기술 발전이 이뤄지고 있다. 

이런 가운데, 광섬유를 통한 정보의 전송에서 광자(photon)를 이용하는 기술인 포토닉스(Photonics)가 새롭게 주목받고 있다. 데이터 센터에 활용되면 대역폭 100 Gb 이상의 증가에 기여할 수 있기 때문이다.

포토닉스가 가진 가장 큰 장점은 바로 ‘절전(節電)’이다. 구리 배선은 10 Gb/s 링크와 함께 10 W를 소모하는 데 반해, 실리콘 포토닉스(silicon photonics) 혹은 VCSELs(수직 공진 표면 발광 레이저, Vertical Cavity Surface Emitting Lasers) 솔루션은 0.2 W만을 소모한다.

가까운 미래 데이터 센터엔 데이터 전송 라인의 트래픽 혼잡을 완화하고 절전의 요구를 실현시키기 위해 포토닉스가 활용될 전망이다.