인공지능과 클라우드 컴퓨팅이 폭발적으로 성장하면서, 데이터센터는 고성능 프로세서에서 발생하는 극심한 열을 관리하는 데 점점 더 큰 도전에 직면하고 있다. 미국 캘리포니아대학교 샌디에이고(UC San Diego) 공대 연구진이 개발한 혁신적 솔루션은 데이터센터의 열 관리 방식을 근본적으로 바꿀 수 있을 것으로 기대된다.
연구팀은 추가 에너지 소모 없이도 기록적인 열 방출 성능을 달성하는 수동 증발 냉각 멤브레인을 개발했다. 기존의 냉각 시스템이 전력 소모가 큰 팬, 펌프, 압축기에 의존하는 반면, 이 기술은 기본적인 물리 원리를 활용해 자연스럽고 효율적으로 열을 제거한다.
프로젝트를 공동 이끈 UC 샌디에이고 제이콥스 공과대학의 천런쿤(Renkun Chen) 교수는 "기존의 공기 또는 액체 냉각 방식과 비교할 때, 증발 냉각은 더 높은 열 유속을 더 적은 에너지로 방출할 수 있다"고 설명했다. 공동 연구진으로는 차이셩창(Shengqiang Cai) 교수와 아비셱 사하(Abhishek Saha) 교수가 참여했다.
이 기술은 미세하게 연결된 다공성 네트워크를 갖춘 특수 섬유 멤브레인을 사용한다. 모세관 현상으로 냉각액이 표면 전체로 퍼지며, 액체가 증발하면서 전자기기 하부의 열을 효과적으로 제거한다. 실험 결과, 이 멤브레인은 제곱센티미터당 800와트가 넘는 열 유속을 처리할 수 있었는데, 이는 수동 냉각 시스템 중 역대 최고 수준이다.
이 기술의 등장은 시기적으로도 매우 중요하다. 국제에너지기구(IEA)에 따르면, 현재 데이터센터는 전 세계 전력 소비의 약 1.5%를 차지하며, 이 중 냉각이 최대 40%를 차지한다. 2030년까지 데이터센터의 전력 수요는 AI 애플리케이션의 확대로 인해 두 배 이상 증가해 연간 약 945테라와트시(TWh)에 이를 것으로 전망된다.
아직 이 기술은 이론적 한계치보다 낮은 수준에서 동작하고 있지만, 천 교수는 연구팀이 멤브레인 성능을 더욱 개선하고 CPU 및 GPU용 콜드플레이트 시제품에 적용할 준비를 하고 있다고 밝혔다. 연구팀은 이미 기술 상용화를 위한 스타트업도 설립했다. 이 혁신적 냉각 기술은 AI 인프라의 에너지 위기를 해소하고 환경 영향을 줄이는 데 기여할 것으로 기대된다.