AI 데이터센터는 GPU 서버에서 발생하는 많은 열을 제거해야 합니다.
이 과정에서 냉각 방식에 따라 물을 사용할 수 있습니다. 다만 GPU가 물을 직접 소비하는 것은 아닙니다.
서버 발열 → 냉각수로 열 전달 → 외부 냉각설비에서 열 방출
과정에서 물이 사용되는 것입니다.
데이터센터의 물은 어디에서 사용될까?
| 구분 | 물의 역할 |
|---|---|
| 서버 냉각수 | GPU·CPU에서 발생한 열을 이동 |
| 냉각탑·증발냉각 | 물을 증발시켜 열을 외부로 방출 |
| 시설 보충수 | 증발·배출된 물을 보충 |
| 전력 생산 | 발전소 냉각 과정에서 간접적으로 사용 |
따라서 데이터센터 물 사용량은 서버 수뿐 아니라 냉각 방식, 지역 기후, 외부 온도와 전력 공급원에 따라 달라집니다.
액체냉각은 물을 계속 소비할까?
반드시 그렇지는 않습니다.
Direct-to-Chip 방식에서는 냉각수가 다음과 같이 순환합니다.
GPU → 콜드플레이트 → CDU → 열교환기 → GPU
폐쇄형으로 설계된 냉각수는 시스템 내부를 반복해서 순환하기 때문에 매번 새로운 물을 공급하는 것은 아닙니다.
하지만 냉각수가 가져온 열을 외부로 버리는 과정에서 냉각탑과 증발냉각을 사용한다면 별도의 보충수가 필요할 수 있습니다.
즉 다음 두 가지는 구분해야 합니다.
- 냉각수를 순환시키는 것
- 물을 증발시켜 열을 방출하는 것
액체냉각 구조는 AI 데이터센터 액체냉각과 CDU·콜드플레이트에서 자세히 확인할 수 있습니다.
WUE란 무엇일까?
WUE는 Water Usage Effectiveness, 즉 데이터센터의 물 사용 효율을 나타내는 지표입니다.
계산식은 다음과 같습니다.
WUE = 동일 기간 데이터센터 물 사용량(L) ÷ IT 장비 에너지 사용량(kWh)
예를 들어 연간 물 사용량이 1,000만L이고 IT 장비가 2,000만kWh를 사용했다면 다음과 같습니다.
WUE = 10,000,000 ÷ 20,000,000 = 0.5L/kWh
일반적으로 WUE가 낮을수록 동일한 IT 에너지를 처리하는 데 사용하는 현장 물의 양이 적다는 의미입니다.
WUE는 데이터센터의 물 효율을 평가하기 위해 The Green Grid가 제안한 지표입니다.
참고: The Green Grid WUE 공식 자료
PUE와 WUE 차이
| 지표 | 확인하는 것 | 기본 계산 |
| PUE | 전력 효율 | 전체 시설 에너지 ÷ IT 에너지 |
| WUE | 물 사용 효율 | 물 사용량 ÷ IT 에너지 |
PUE가 낮아도 물을 많이 사용할 수 있고, WUE를 낮추기 위해 공랭이나 기계식 냉각을 늘리면 전력 사용량이 증가할 수도 있습니다.
Google도 데이터센터 냉각에서 에너지와 물 사용 사이의 균형을 함께 고려한다고 설명합니다.
참고: Google 데이터센터 물 관리
물 사용을 줄이는 방법
데이터센터에서는 다음과 같은 방법을 활용할 수 있습니다.
- 폐쇄형 냉각수 순환
- 증발냉각 의존도 축소
- 외기냉방 및 건식 냉각 활용
- 재이용수·비음용수 사용
- 냉각수 누수와 유량 실시간 감시
- 지역 기후와 수자원을 고려한 부지 선정
Microsoft는 칩 단위 폐쇄형 냉각을 적용해 냉각 과정에서 물을 증발시키지 않는 차세대 데이터센터 설계도 공개했습니다.
참고: Microsoft 제로 워터 냉각 설계
AI 질문 한 번에 물을 얼마나 사용할까?
하나의 고정된 숫자로 말하기 어렵습니다.
실제 물 사용량은 다음 조건에 따라 달라집니다.
- 사용하는 AI 모델과 연산량
- 서버와 GPU 효율
- 데이터센터 위치
- 계절과 외부 온도
- 냉각 방식
- 물 사용량 계산 범위
- 전력 생산 방식
따라서 ‘AI 질문 한 번당 물 몇 mL’라는 수치보다 데이터센터 전체의 WUE와 냉각 구조를 확인하는 것이 더 적절합니다.
핵심 정리
- AI 데이터센터의 물은 주로 서버 열을 제거하는 과정에서 사용됩니다.
- 폐쇄형 액체냉각은 냉각수를 반복해서 순환시킬 수 있습니다.
- 실제 물 소비는 냉각탑과 증발냉각 사용 여부에 크게 영향을 받습니다.
- WUE는 IT 전력량 대비 물 사용량을 나타냅니다.
- 데이터센터 효율은 PUE뿐 아니라 WUE와 지역 수자원까지 함께 봐야 합니다.
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