AI기술 발전…‘전기 먹고 물 먹는’ 데이터센터

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기술미래 ㅣ HIT! 이 기술 AI기술 발전…‘전기 먹고 물 먹는’ 데이터센터 AI 때문에 지구가 뜨거워진다…기후위기 시대, 지구를 지켜라㊤

기사입력2024-08-07 00:00

안수영 기자 (syahn@junggi.co.kr) ㅣ다른기사보기

‘인공지능(AI)이 발전할수록 지구가 뜨거워진다?’

AI 산업을 지탱하는 가장 중요한 기반시설은 데이터센터다. 그런데 데이터센터 수가 점점 늘어나면서 온실가스 배출량이 폭발적으로 증가해, 기후위기를 심화한다는 우려가 커지고 있다. AI 산업과 기후위기가 얼마나 밀접한 연관이 있는지 데이터센터를 중심으로 살펴본다.

데이터센터(Data Center)는 컴퓨터 서버와 각종 통신장비, 데이터 저장장치를 하나의 건물 안에 모아둔 시설로, 각종 데이터를 저장하고 인터넷과 관련된 다양한 서비스를 처리하는 곳이다.

데이터센터는 수많은 서버와 저장장치, 네트워크 장치뿐만 아니라 발전기와 전력 공급장치, 항온 및 항습기, 냉각 시스템, 백업 및 보안 시스템 등으로 이뤄져 있으며 365일 24시간 끊임없이 운영된다.

AI 시장의 호황…데이터센터 증가를 낳다

데이터센터는 인터넷, 클라우드 컴퓨팅, 빅데이터 분석, 사물인터넷 구현 등 IT 산업에 필요한 서비스를 제공한다. 특히 AI의 성능을 높이려면 수많은 데이터를 끊임없이 학습해야 하는데, 데이터센터는 각종 데이터를 저장하고 처리·관리하는 역할을 하는 만큼 생성형 AI의 학습과 연산에 매우 중요한 역할을 한다.

즉 AI 기술이 발전하고 AI가 학습하는 데이터가 점점 늘어남에 따라, 전세계적으로 AI에 최적화된 데이터센터가 우후죽순 늘고 있다.

삼성증권 리서치센터가 지난 4월 공개한 ‘데이터센터:클라우드에서 AI로 2차 호황기 진입’ 보고서에 따르면, 지난 20년 동안에는 데이터 트래픽의 증가와 기업들의 클라우드 전환이 글로벌 데이터센터의 수요를 이끌었으나, 이제는 생성형 AI 개발 경쟁이 촉발한 인프라 투자가 데이터센터 시장의 호황을 이끌 전망이다. 데이터센터에너지효율협회(KDCEA)에 따르면, 국내 상업용 데이터센터는 2023년 40개에서 2027년에는 74개로 두 배 가까이 늘어날 것으로 추산된다. 전세계적으로 AI 기술에 관심과 투자가 이어지면서, AI를 가동하기 위한 데이터센터의 수요도 늘어난 것이다.

<출처=삼성증권 리서치센터, ‘데이터센터:클라우드에서 AI로 2차 호황기 진입’, 2024년 4월>

데이터센터, 전기 먹고 물 먹는 공룡이다?

문제는 데이터센터가 늘고 데이터센터의 소비전력이 증가할수록 온실가스 배출도 늘어나 기후에 악영향을 끼친다는 것이다. 이는 전기를 생산하는 방식 때문이다.

전기를 생산하는 방법은 다양하지만, 아직까지는 많은 나라에서 화석연료(석탄, 석유, 천연가스 등)를 사용해 전기를 생산한다. 화석연료를 연소하면 이산화탄소와 같은 온실가스가 배출된다. 물론 일부 데이터센터는 태양광, 풍력 등 재생에너지를 이용해 전기를 생산하지만, 아직은 재생에너지만으로 데이터센터가 요구하는 전력량을 완전히 충족하기 어려워 탄소 배출이라는 결과를 낳을 수밖에 없다.

그렇다면 여기서 의문이 들 수 있다. 전력을 소모하는 곳이 한두 군데가 아닌데, 왜 유독 AI 데이터센터의 소비전력이 문제가 된다는 걸까?

◇데이터센터 운영에 막대한 전력 소비=데이터센터는 수많은 서버와 각종 통신장비, 저장장치 등이 365일 24시간 쉬지 않고 가동된다. 또한 각종 장비들이 원활하게 작동하도록 냉방설비와 보안시스템, 정전을 대비한 비상 발전설비까지 갖추고 있어 안정성 유지에도 많은 전력을 소모한다.

AI 기술이 발전하고 AI가 학습하는 데이터가 점점 늘어남에 따라, 전세계적으로 AI에 최적화된 데이터센터가 우후죽순 늘고 있다. <이미지=이미지투데이>

특히 AI에 필요한 데이터센터는 AI 학습과 추론에 필요한 방대한 데이터를 처리하는 만큼, 기존의 데이터센터보다 더 많은 전력을 필요로 한다. 투자은행 모건스탠리는 2022년 수치를 기준으로, 2027년에는 생성형 AI가 전 세계 데이터센터 전력 수요의 3/4 이상을 차지할 것으로 예상했다.

◇서버 냉각 위해 쓰이는 전력과 수자원=데이터센터는 수많은 장비들이 작동하며 끊임없이 열을 뿜어내는데, 데이터센터의 서버는 온도와 습도에 매우 민감하다. 데이터센터를 안정적으로 운영하려면 온도는 16~24도, 습도는 40~55%를 유지해야 한다. 서버 과열을 방지하려면 냉각장치가 필요하다. 열을 식히는 방식은 차가운 공기를 유입하거나 차가운 물을 이용하는 등 다양하지만, 데이터센터에서 사용하는 전력의 40% 이상이 냉각에 쓰일 만큼 전력 사용량이 막대하다.

서버를 식히기 위해 쓰이는 물의 양도 어마어마하다. 서버를 식히는 과정에서 물이 증발하기 때문에 냉각수는 끊임없이 보충해야만 한다. 또한 서버 부식과 박테리아 증식 문제를 예방하기 위해 깨끗한 물을 써야만 한다.

실제로 챗GPT-3가 10~50개 질문에 답하려면 생수 한 통(500ml)이 필요하며, 이보다 더 성능이 향상된 GPT-4는 더욱 많은 물을 필요로 하는 것으로 알려졌다. 2027년에는 세계 데이터센터의 물 소비량이 영국의 한 해 물 소비량의 절반에 달할 것이라는 분석도 나왔다. 중기이코노미 안수영 기자