글: Jeremy Cook
데이터 센터는 막대한 전기를 소비합니다. 그러한 소비는 우리가 흔히 당연하게 여기곤 하는 현대의 정보 편의에 대한 합리적인 절충안이라 할 수 있습니다. 그러나 국제적인 불안정과 인플레이션으로 에너지 가격이 대폭 상승하면서 서버 운영업체에서 시스템의 사용 전력을 예의 주시하고 있습니다.
최종 비용을 절감하는 것 외에 에너지 사용을 줄이면, 측정하기는 더 어렵지만 여전히 상당한 규모의 평판상 이점을 누릴 수 있습니다. 그렇다면 던져야 할 질문은 이것입니다. "데이터 센터에서 효율을 증대할 수 있는 방법은 무엇일까요?"
이러한 아이디어는 서버의 효율을 높이는 데 도움이 될 수 있습니다.
데이터 센터 프로세서(x86 대 ARM)
ARM 프로세서는 서버 역할에서 과거 흔하지는 않았습니다. 그러나 전력 효율과 물리적으로 통합된 설계(스마트폰 시장에서 지배적)가 특징인 ARM 아키텍처는 일반 컴퓨팅 및 서버 역할에서 점점 더 널리 보급되고 있습니다. 가장 눈에 띄는 일반 컴퓨팅 사례는 Apple의 M1~M3 프로세서로, 오늘날 x86 기기에 대한 많은 이점이 더 폭넓게 구현되도록 하는 역할을 합니다.
x86ARM이 여전히 오늘날 서버에서 주로 사용되는 아키텍처이기는 하지만, ARM을 이용하면 전력 대 성능 비율이 탁월한 밀집 통합 하드웨어를 구현할 수 있습니다. 오늘날 ARM을 구현하는 회사로는 다음이 있습니다.
- Ampere: 반도체 설계업체 Ampere는 ARM 아키텍처에 기반한 효율적인 고성능 클라우드 솔루션에 집중합니다. 2023년 5월에 출시된 주력 AmpereOne 처리 라인은 컴퓨팅 코어 최대 192개를 갖추고 있어 매우 까다로운 응용 분야를 처리할 수 있습니다. Ampere의 ARM 아키텍처 기반 솔루션은 x86 설계에 비해 성능은 증대하는 동시에 전력 및 랙 공간 요건은 모두 줄여 주는 것으로 나타났습니다.
- NVIDIA: 2023년 8월에 공개된 NVIDIA의 ARM 아키텍처 기반 GH200 Grace Hopper 컴퓨팅 플랫폼은 "요건은 줄이면서 성능은 높이도록 설계되었습니다." CPU 다이 2개에 ARM 코어 144개를 구현하며, 900GB/s 칩 간 인터커넥트를 포함합니다. 이 시스템은 데이터 센터에 대해 늘어나고 있는 수요를 충족하는 동시에 와트당 컴퓨팅 성능은 약 2배 향상시킵니다.
잠재적인 성능 상승은 구미가 당기는 부분이지만, ARM 아키텍처를 사용하는 데는 x86 프로세서보다 소프트웨어 옵션이 적다는 것 등 여전히 단점이 존재합니다. x86은 오랫동안 표준이었으며 많은 서버 및 일반 컴퓨팅 응용 프로그램이 x86용으로 작성되었습니다. x86 패러다임은 여전히 매력적인 옵션을 자랑하지만, 에너지 효율이 가장 중요하다면 ARM 아키텍처를 새롭게 고려해 볼 만합니다. 틈새 서버 옵션에서 상대적인 주류 옵션으로 성장할 가능성이 있습니다.
전력 공급 효율
일반적인 전력 공급 장치는 AC 전원(예: 120VAC)을 가져와 12VDC, 5VDC 및 3.3VDC로 변환/하향하여 컴퓨팅에 사용합니다. 이러한 변환/전환에서는 본질적으로 에너지 손실이 발생하지만 손실 수준은 전력 공급 장치의 품질에 따라 다릅니다. 다행히 전력 공급 장치는 개선을 거듭했습니다. 전력 공급 장치의 효율은 "80 Plus" 등급으로 표시됩니다. 80 Plus는 프로그램이 시작된 2004년에는 전환 효율 80% 이상을 의미했습니다. 공급 장치가 개선되면서 이 명칭은 공급 장치가 80%에서 얼마나 더 우수한지를 나타내는 다양한 색상으로 확장되었습니다.
115V에서 전환/변환하는 경우 다음과 같이 여러 80 Plus 등급이 있습니다.
- 80 Plus 화이트(표준): 작동 범위 전체에서 효율이 80% 이상입니다.
- 80 Plus 골드: 20% 부하에서 효율이 87% 이상, 50% 부하에서 효율이 90% 이상, 100% 부하에서 효율이 87% 이상입니다.
- 80 Plus 티타늄: 10% 부하에서 효율이 90% 이상, 20% 부하에서 효율이 92% 이상, 50% 부하에서 효율이 94% 이상, 100% 부하에서 효율이 90% 이상입니다.
비용/이점의 관점에서 보면 시스템 설계자는 어떤 공급 장치 효율이 용도에 가장 적절한지 고려해야 합니다. 예를 들어 80 Plus 골드 공급 장치는 50% 부하에서 90% 효율로 작동하므로, 최적의 효율로 작동하는 더 큰 골드 공급 장치와 100% 부하에서 90% 효율로 작동하는 더 작은 티타늄 공급 장치 중에서 선택해야 하는 경우 골드 옵션이 더 나을 수도 있습니다. 이 경우 골드 옵션을 선택하면 향후 적용될 수 있는 전력 상승이 가능하지만, 효율은 잠재적으로 떨어집니다.
48VDC 데이터 센터 전력 관리 옵션
앞서 언급했듯이 서버는 일반적으로 AC 전원을 사용하며 이 전원은 하향을 통해 12VDC로 변환되어 프로세서, RAM 및 기타 컴퓨팅 부품에 공급됩니다. 시스템 설계자들은 사용되는 AC 전원 유형(예: 120VAC 또는 더 높은 전압)을 오랫동안 고민해 왔지만, 최근에는 전력 분배에 48VDC를 사용하되 사용 지점과 가까운 곳에서 12VDC로 하향하는 추세입니다. 48VDC 방식을 이용하면 120VAC에서 전체 하향/변환하는 방식보다 전환이 훨씬 더 쉽고, 전력 및 시스템 밀도 측면에서 더 효율적일 수 있습니다.
데이터 센터 냉각 에너지 효율을 위한 창의적인 솔루션
서버에서는 많은 열이 발생하며 이 열은 방출시켜야 합니다. 전력 공급 장치 및 48VDC 배전은 열 발생을 낮출 수 있는 효율 옵션을 제시합니다. 1U 서버 랙 구성과 더 넓은 2U 설계도 고려해 볼 수 있습니다. 2U 설계에서는 냉각을 위해 더 넓은 공간이 확보되며 더 크고 잠재적으로 더 효율적인 부품을 구현할 수 있지만, 실제로 실현할 수 있는 냉각 및 효율 이점은 세부적인 구현에 좌우됩니다.
지리적 여건도 하나의 요인입니다. 추운 기후에 위치한 서버에는 냉각이 덜 필요할 수 있습니다. 단순히 열을 배출하는 것 외에, 이러한 환경에 있는 서버는 뜨거운 공기를 도시의 난방 그리드로 펌핑해 보낼 수도 있습니다. 이는 양방향 전기 계량을 통해 주택 소유자가 초과 에너지를 전력망에 보낼 수 있는 것과 유사한 형태입니다. 위치와 사용할 수 있는 인프라에 따라 이러한 폐열을 에너지 자원으로 전환하여 에너지 입력 측면의 지출을 다소 상쇄하는 것이 가능할 수 있습니다.
데이터 센터 효율 옵션
전기 가격이 오르는 동시에 48VDC 전력 분배 및 초효율 전력 공급 장치 등 새로운 솔루션도 지속적으로 개발되고 있습니다. 새로운 솔루션과 입증된 데이터 센터 에너지 모범 사례에는 일반적으로 자본 지출이 필요합니다. 그렇다 하더라도 에너지 가격이 증가하고 환경 우려가 커지고 있는 상황에서, 새로운 장비는 회사의 이익과 평판에 긍정적으로 기여한다는 점에서 정당화가 훨씬 더 쉬울 수 있습니다.
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