액체냉각에서는 PUE와 물 사용량을 함께 읽어야 한다

AI 데이터센터의 냉각 효율이 좋아졌다는 설명에는 종종 낮아진 PUE가 등장한다. 같은 IT 장비를 운전하는 데 필요한 시설 전력의 부담이 줄었다는 뜻일 수 있다. 그렇다면 물을 적게 쓰는 시설이 되었다는 뜻도 될까?

전력과 물은 냉각 설계에 따라 함께 줄기도, 서로 다른 방향으로 움직이기도 한다. 액체냉각이라는 이름만으로는 열을 최종적으로 어디에 어떻게 내보내는지 알 수 없다.

냉각 설비를 평가할 때는 칩에서 열을 옮기는 방법과, 시설 밖으로 열을 버리는 방법을 따로 확인해야 한다.

1. 서버 안의 냉각 방식과 시설 전체의 열 배출 방식을 나눈다

직접 액체냉각은 칩의 열을 냉각 유체로 옮길 수 있다. 이후에는 열교환기와 시설의 냉각 설비가 열을 받아 외부로 배출한다. 앞 단계가 액체라는 사실만으로 뒷 단계의 물 소비량이 정해지지는 않는다.

Berkeley Lab의 데이터센터 에너지 보고서는 IT 냉각과 시설의 냉각 시스템을 나누어 분석한다. 액체냉각은 더 높은 냉각 온도를 활용해 기계식 냉동 부담을 줄일 여지가 있지만, 효과는 설계와 기후 조건에 달려 있다.

따라서 닫힌 회로 안에서 냉각수를 재사용한다는 설명을 들으면 시설 밖의 단계도 확인해야 한다. 열을 외기로 내보내는지, 냉각탑의 증발을 이용하는지에 따라 지속적인 물 소비가 달라질 수 있다.

PUE는 시설 전체의 에너지 사용량을 IT 장비의 에너지 사용량으로 나눈 비율이다. 예를 들어 같은 기간 IT 장비가 50GWh, 시설 전체가 62.5GWh를 썼다면 PUE는 1.25다.

WUE는 물 사용량을 IT 에너지 사용량으로 나누며 보통 L/kWh로 표시한다. The Green Grid의 지표 설명은 시설에서 직접 사용한 물을 측정하는 지표와 전력 생산에 쓰인 물까지 포함하는 지표를 구분한다.

두 지표의 기간과 IT 에너지 분모를 맞춰야 관계를 비교할 수 있다. 낮은 PUE는 낮은 물 소비의 증거가 아니며, 낮은 시설 WUE는 전력 생산까지 포함한 낮은 물 부담의 증거가 아니다.

IT 장비가 연간 50GWh, 즉 5,000만 kWh를 사용하는 두 가상 설계를 비교하자. 작업량과 IT 에너지는 같고, 시설 에너지와 직접 물 사용만 다르다. 실제 냉각 기술의 평균이나 특정 제품을 나타내는 수치가 아니다.

B는 전기를 2.5GWh 적게 쓰지만 직접 물 사용은 1,500만 L 많다. 전기요금이 kWh당 150원이라면 절감액은 연간 3억 7,500만원이다. 물 사용의 가격과 지역 제약은 아직 계산하지 않았다.

직접 사용한 물의 요금만 낮다고 B가 더 좋은 입지에 맞는 것은 아니다. 취수 가능량, 계절별 제한과 시설의 공급 조건 때문에 돈을 내도 필요한 물을 안정적으로 받지 못할 수 있다. 반대로 물을 적게 쓰는 설계가 그 지역에서는 전력 부담을 크게 늘릴 수도 있다.

취수량과 소비량은 구분해야 한다. 외부에서 가져온 뒤 되돌려 보낸 물과 증발 등으로 소비한 물을 같은 의미로 보고하면 다른 시설과 비교하기 어렵다. 재이용수의 사용도 총량과 수질, 공급 안정성을 함께 확인할 항목이다.

시설에서 물을 덜 쓰는 대신 전기를 더 사용했다면 전력 생산 단계의 물 부담이 달라질 수 있다. 이 관계는 전력 공급원의 구성과 산정 범위에 달려 있다. 직접 물 사용만 측정한 자료로 모든 경로의 물 절약을 주장할 수는 없다.

연간 평균도 한계가 있다. 더운 계절에 전력과 물이 동시에 부족하다면 연간 지표가 양호해도 운영이 제약될 수 있다. 한 해의 효율과 가장 불리한 날의 운영 가능성을 각각 검토해야 한다.

전력 공급이 제한된 시설에서는 냉각에 쓰는 전력을 줄여 IT 장비에 배정할 여유를 늘릴 수 있다. 그러나 전력 외의 제약인 공간, 배전 설비, 열 배출과 계약 조건까지 준비되어야 그 여유를 실제로 사용할 수 있다.

사업의 경쟁력은 효율 지표가 낮다는 사실에서 끝나지 않는다. 절약한 전력의 가치, 물과 운영의 비용, 추가 설비 투자와 고객이 실제로 사용할 용량을 함께 계산해야 한다. 새로운 냉각 장비의 공급업체를 평가할 때도 이 계산이 고객의 구매 이유를 설명한다.