구리 없는 데이터 센터: 에너지, 광섬유 및 디지털 인프라의 미래

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이러한 맥락에서, 소위 "구리 없는 데이터 센터"와 구리 사용을 최소화하는 아키텍처가 효율성, 유연성 및 지속가능성을 확보하는 강력한 방법으로 부상하고 있습니다. 여기에는 더 많은 광섬유, 광섬유 기반 전력 공급 솔루션 , 모듈형 전기 배전, 그리고 모든 전력과 케이블 길이를 최대한 활용하는 설계가 포함됩니다.

데이터, 인공지능, 에너지에 대한 폭발적인 수요

전 세계 정보량은 계속해서 증가하고 있습니다. 2025년에는 전 세계적으로 약 181제타바이트의 데이터가 생성되고 소비될 것으로 추정되는데 , 이는 2020년대 초의 거의 세 배에 달하는 수치입니다. 이러한 급증세에 대응하기 위해서는 데이터 센터의 확장성이 훨씬 뛰어나야 하며, 컴퓨팅 및 저장 용량을 거의 실시간으로 늘릴 수 있어야 합니다.

클라우드 컴퓨팅과 고성능 인공지능 의 발전이 이러한 도약의 주요 원동력입니다. 대규모 언어 모델, 고급 분석, 5G 서비스 및 실시간 애플리케이션은 대역폭 요구량을 증가시키고, 허용 가능한 지연 시간을 줄이며, 인프라의 에너지 요구량을 급격히 높입니다.

블룸버그NEF의 예측에 따르면, 미국의 AI 컴퓨팅 관련 전력 수요는 2035년까지 두 배 이상 증가할 수 있습니다. 엔비디아의 젠슨 황과 오픈AI의 샘 알트만 같은 경영진들은 이러한 새로운 데이터 센터 및 AI 복합 시설을 지원하기 위해 수조 달러 규모의 새로운 인프라 구축이 필요할 것이라고 오랫동안 경고해 왔습니다.

하지만 이제 병목 현상은 공간이나 서버 기술에 있는 것이 아니라 전력 공급과 송전망 용량 에 있습니다. 많은 시장에서 송전 인프라는 노후화되었고, 규제 절차는 느리며, 새로운 메가와트를 전력망에 연결하는 데는 수년이 걸립니다.

산타클라라 사례: 완공된 건물에 조명을 설치할 수 없는 문제

일부 기술 허브의 상황은 너무나 심각해서 , 완공되어 가동 준비가 완료된 데이터 센터들이 수년 동안 전력 공급을 기다리며 텅 비어 있는 경우가 발생하고 있습니다. 엔비디아의 본거지이자 세계적인 컴퓨팅 중심지 중 하나인 캘리포니아 산타클라라에서도 이러한 상황이 벌어지고 있습니다.

세계 최대 데이터센터 개발업체 중 하나인 디지털 리얼티는 2019년 샌타클라라에 새로운 시설을 건설하기 위한 허가를 신청했습니다. 약 6년이 지난 지금, 4층 규모에 약 4만 제곱미터에 달하는 이 건물은 여전히 ​​텅 비어 있으며, 샌타클라라 시 전력 회사인 실리콘 밸리 파워(SVP)로부터 전력 공급을 기다리고 있습니다.

Stack Infrastructure(현재 Blue Owl Capital 소유)도 비슷한 상황에 처해 있으며, 인근에서 진행 중인 최대 48메가와트 규모의 중요 설비 개선 프로젝트 역시 지연되고 있습니다. 두 개발업체 모두 SVP가 약 4억 5천만 달러 규모의 전력 시스템 업그레이드를 완료하는 데 의존하고 있으며, 해당 업그레이드는 2028년경 완료를 목표로 하고 있습니다.

한편, 샌타클라라에는 이미 50개 이상의 데이터 센터가 운영 중이거나 건설 중인데 , 이는 지역의 디지털 용량 수요가 전력망의 성장 용량을 훨씬 초과하고 있음을 보여줍니다. 이러한 환경에서는 단 1와트도 소중하며, 에너지 절약을 가능하게 하거나 케이블 및 배전 과정에서의 손실을 줄이는 모든 기술이 매우 중요해집니다.

이 문제는 캘리포니아에만 국한된 것이 아닙니다. 도미니언 에너지가 서비스를 제공하는 유명한 "데이터 센터 골목"인 버지니아 북부에서도 대규모 데이터 센터 연결에 1년에서 3년, 심지어는 최대 7년까지 기다려야 하는 사례가 보고되고 있습니다 . 오리건에서는 아마존이 여러 프로젝트에 필요한 전력 부족을 호소하며 운영업체와 전력 회사 간의 갈등이 고조되고 있음을 보여주고 있습니다.

데이터센터 케이블링은 어떻게 진행되고 있나요?

전력 공급 문제와 더불어 데이터 센터의 내부 설계 또한 변화를 겪고 있습니다. 특히 전송 속도가 급격히 증가함에 따라 구리 기반 케이블은 광섬유 기반 솔루션에 비해 뒤처지고 있습니다 .

불과 몇 년 만에 40Gbps에서 100Gbps가 거의 표준이 되었고, 고성능 환경에서는 400Gbps 링크가 널리 사용되고 있습니다. 머지않아 업계는 IEEE가 제시한 이더넷 로드맵에 따라 800Gbps, 나아가 1,6Tbps까지 도약할 계획을 세우고 있습니다 . 이러한 속도를 구리선으로 유지하는 것은 점점 더 복잡하고 비용이 많이 들며 에너지 소비도 증가하고 있습니다.

오늘날 광섬유는 집계 계층에서 코어 계층에 이르기까지, 그리고 방과 건물 사이를 포함하여 데이터 센터 네트워크 전체에서 사실상 표준으로 자리 잡았습니다. 구리선이 여전히 사용되는 곳은 랙 내부 또는 인근 지역의 스위치와 서버 사이의 짧은 링크로 , 트위스트 페어 케이블이나 DAC(디지털 신호 변환기)는 매우 짧은 거리와 적당한 속도에 사용됩니다.

수년 동안 데이터 센터에서 구리 케이블의 시대는 끝날 것이라는 예측이 있어왔습니다. 예상보다 오래 지속되기는 했지만, 거리 제약, 끊임없이 증가하는 전력 수요, 그리고 에너지 효율적인 데이터 센터 설계에 대한 압력이 복합적으로 작용 하면서 새로운 전환점에 도달하고 있습니다.

에너지 소비: 구리의 아킬레스건

고속 환경에서 구리선의 가장 큰 문제점 중 하나는 광섬유에 비해 전력 소비량이 훨씬 높다는 것 입니다 . 10Gbps 이상에서는 설계 및 효율성 한계로 인해 핵심 업무 환경에서 UTP/STP(꼬임선) 방식이 거의 사라졌습니다.

구리 링크에서는 각 끝단에서 채널의 전기 신호에 전력을 공급 해야 합니다 . 10G 구리 트랜시버는 일반적으로 개당 약 3~5와트의 전력을 소비합니다. 이는 미미해 보일 수 있지만, 수천 개의 포트가 있을 경우 데이터 센터의 에너지 예산 및 냉각에 미치는 영향은 엄청납니다.

이에 비해 구리 모듈은 동급 멀티모드 광섬유 트랜시버보다 거의 10배나 많은 전력을 소비합니다 . 여기에 더해 발생하는 추가 열을 방출하는 데 드는 간접 비용까지 고려하면, 에어컨 및 열 관리 시스템을 과도하게 설계해야 하므로 운영 비용이 더욱 증가합니다.

추가적인 열 발생을 보상하는 비용을 고려하면 구리 케이블 기반 인프라의 운영 비용은 광섬유 기반 인프라의 두 배에 달할 수 있습니다 . 에너지 마진이 점점 더 빠듯해지고 효율성에 대한 규제 압력이 커지는 환경에서 이러한 차이는 매우 중요합니다.

구리선의 신호 손실 및 거리 제한

구리선의 또 다른 주요 한계는 속도와 거리가 증가함에 따라 신호 손실이 발생한다는 점입니다 . 전기 신호는 감쇠를 겪으며, ASIC의 성능과 링크를 따라 신호 무결성을 유지하는 데 필요한 보상 기술의 제약을 받습니다.

초고속 전송 시에는 구리 케이블을 사용하여 짧은 거리를 이동하는 데에도 훨씬 더 많은 전력이 필요하며 , 이는 전력 소비를 줄이려는 목표와 완전히 상반됩니다. 심지어 단거리 DAC 케이블조차 이러한 한계를 보이기 시작하면서, 이전에는 비교적 간단했던 설계가 복잡해지고 있습니다.

스위치의 용량 증가는 판도를 바꾸는 중요한 요소입니다. 오늘날에는 1U 스위치 하나로 여러 서버 랙을 지원할 수 있습니다 . 최신 애플리케이션에서 요구하는 속도를 고려할 때, 구리 케이블은 비교적 좁은 공간에서도 과도한 전력 소비 없이 이러한 모든 거리를 커버할 수 없습니다.

따라서 많은 통신 사업자들은 짧은 구리 링크를 기반으로 하는 기존의 "랙 상단" 모델을 버리고 , 주로 광섬유 케이블로 구성된 구조화된 케이블링을 활용하여 "랙 중간" 또는 "랙 끝" 위치에 집계 스위치를 배치하는 설계를 채택하고 있습니다. 이는 복잡성을 줄이고 확장성을 향상시키며 신호 경로 및 에너지 소비를 최적화하는 데 도움이 됩니다.

800G 및 1,6T를 목표로 하는 내부 네트워크 구축

800G 및 1,6T 이더넷 로드맵은 먼 미래의 목표가 아니라 대역폭 폭발적 증가, 지연 시간 단축, AI, IoT 및 대규모 가상화의 부상에 대응하기 위한 실질적인 필수 과제 입니다 . 하이퍼스케일 제공업체들은 이미 이러한 도약을 염두에 두고 인프라를 준비하고 있습니다.

이러한 맥락에서 구조화된 광섬유 케이블링은 명확한 해결책을 제시합니다. 16가닥 광섬유 인프라를 기반으로 하는 아키텍처는 가용 대역폭을 효율적으로 활용하고 링크 집합 및 분리를 용이하게 하여 이러한 고속으로의 체계적인 확장을 가능하게 합니다.

예를 들어, 잘 계획된 16가닥 광섬유 설계는 단일 고용량 스위치가 약 192대의 서버에 서비스를 제공 할 수 있도록 하여 서버 설정 및 관리 와 같은 작업을 간소화하고 지연 시간, 포트 활용률 및 전송 비트당 총 비용 측면에서 상당한 이점을 제공합니다.

전문 제조업체들은 많은 대기업 및 퍼블릭 클라우드 데이터 센터가 "서버까지 광섬유"에 투자하는 것이 가장 합리적인 선택이 되는 전환점에 도달했다고 지적합니다 . 그들은 하이퍼스케일 환경을 살펴보고 이러한 전략을 자체 규모에 적용하는 것이 뒤처지지 않는 유일한 방법이라고 결론짓습니다.

그렇다고 구리 케이블이 완전히 사라진다는 의미는 아닙니다. 특히 소규모 데이터 센터나 요구 사양이 높지 않은 환경에서는 가격 차이 때문에 여전히 저대역폭, 초단거리 연결에 구리 케이블이 사용될 것입니다. 하지만 구리 케이블의 비중은 점차 줄어들고 있으며, 사용 용도는 더욱 특수화될 것입니다.

라틴 아메리카 및 기타 신흥 시장에서 섬유의 역할

광섬유 기반 솔루션으로의 전환은 북미나 유럽의 주요 허브에만 국한되지 않습니다. 라틴 아메리카에서도 광섬유 도입이 빠르게 증가하며 더욱 현대적이고 효율적인 데이터 센터 네트워크 구축의 토대를 마련하고 있습니다.

최근 OECD 데이터에 따르면 코스타리카와 같은 국가에서는 단 1년 만에 광섬유망 구축이 거의 74% 증가했으며 , 콜롬비아와 멕시코는 같은 기간 동안 각각 43%와 36%의 증가율을 기록했습니다.

이러한 도약은 구리선이 하룻밤 사이에 완전히 사라진다는 것을 의미하는 것은 아니지만, 특히 거리, 용량 및 소비 측면에서 이점이 가장 뚜렷한 네트워크 부문에서 광섬유 인프라에 대한 투자가 분명히 증가하고 있음을 보여줍니다.

실제로는 광섬유는 기간망, 집적 회로 및 중요 네트워크 구간에 사용되고 , 구리는 고도로 지역화된 시나리오에서 재활용되는 하이브리드 생태계가 존재합니다. 광섬유 비용이 감소하고 플러그 앤 플레이 솔루션이 개선됨에 따라 구리 인프라를 계속 확장해야 할 경제적 타당성은 약화되고 있습니다.

유연성: 데이터센터 인프라의 핵심 키워드

케이블 종류 외에도 최신 설계에서 가장 자주 언급되는 단어는 "유연성 "입니다. 변화하는 워크로드, 빠르게 발전하는 기술, 그리고 점점 더 변동성이 커지는 에너지 수요 속에서 데이터 센터는 장기간의 가동 중단이나 대규모 건설 프로젝트 없이도 적응할 수 있어야 합니다.

전기적인 관점에서 서비스 연속성은 매우 중요합니다. 전력 공급이 중단되면 데이터 손실, 막대한 비용이 드는 서비스 중단, 그리고 기업 이미지 손상으로 이어질 수 있기 때문입니다 . 따라서 신뢰성, 이중화, 그리고 복원력은 전기 배전 시스템 설계의 핵심 요소입니다.

동시에 통신 사업자들은 탄소 발자국을 줄이고 에너지 효율을 개선해야 한다는 압력을 점점 더 많이 받고 있습니다 . 국제 에너지 기구(IEA)에 따르면 데이터 센터와 통신 네트워크는 이미 전 세계 전력 소비량의 2~3%와 온실가스 배출량의 약 1%를 차지하고 있습니다.

추정치는 다양하지만, 결정적인 최적화 조치가 취해지지 않는다면 향후 몇 년 동안 이 수치는 증가할 것으로 예상됩니다 . 이러한 상황에서 건물의 절반을 재설계하지 않고도 부하 재구성, 용량 증설 또는 신기술 통합이 가능한 인프라를 갖추는 것은 핵심적인 경쟁 우위 요소가 될 것입니다.

유연한 데이터 센터를 위한 주요 조치

이러한 유연성을 확보하기 위해 데이터센터 운영업체들은 하드웨어와 관리 및 운영 계층 모두에 영향을 미치는 여러 보완적인 전략에 의존하고 있습니다. 그중 가장 대표적인 것은 모듈식 설계, 고급 자동화, 지속적인 모니터링, 그리고 분산형 전력 분배 입니다.

첫째, 모듈식 설계 및 인프라를 통해 운영에 미치는 영향을 최소화하면서 데이터 센터 영역을 확장하거나 재구성 할 수 있습니다 . 모듈형 룸, 조립식 랙, 밀폐형 냉난방 통로, 사전 조립 솔루션은 신속한 마이그레이션을 촉진하고 위험을 줄여줍니다.

자동화 및 오케스트레이션 또한 핵심적인 역할을 합니다. 지능형 리소스 관리 도구를 통해 로드 밸런싱, 트래픽 밸런싱, 최적화된 서버 사용, 실시간 피크 수요 지원이 가능하며, 수동 개입을 줄이고 인적 오류 발생 가능성을 최소화할 수 있습니다.

또한 실시간 모니터링 및 분석 솔루션은 에너지 소비량, 온도, 항만 활용률 및 기타 주요 매개변수에 대한 가시성을 제공합니다. 예측 분석 알고리즘을 이 데이터에 적용하면 고장을 예측하고 비효율성을 감지하며 확장 계획을 더욱 정확하게 수립할 수 있습니다.

마지막으로, 조립식 전기 배관을 기반으로 하는 분산형 전력 배분 방식이 점차 주목받고 있습니다. 이 방식 은 에너지를 필요한 곳에 더 가까이 공급하고, 손실을 줄이며, 서비스 중단이나 대규모 내부 공사 없이 모듈식으로 확장하는 것을 용이하게 합니다.

분산형 전력 배전 및 조립식 전선관

기존의 고도로 중앙집중화된 전력 배전 시스템은 대규모 IT실에서 경직되고 비효율적일 수 있습니다. 배전 시스템의 일부를 분산화하고 전력 공급 지점을 부하에 더 가깝게 배치함으로써 일상적인 운영에 중요한 여러 이점을 얻을 수 있습니다.

첫 번째 이점 중 하나는 송전 손실 감소 입니다 . 전력선이 더 짧고 실제 소비량에 더 잘 맞도록 설계되면 공급되는 전력 1와트당 효율이 높아지고 전압 강하 및 도체 발열이 줄어듭니다.

또한 안정성을 향상시킵니다. 분산형 아키텍처는 단일 장애의 영향을 최소화합니다 . 단일 중요 지점으로 인해 광범위한 영역이 오프라인 상태가 되는 대신, 장애는 더 작은 영역으로 제한되어 전체 데이터 센터에 영향을 주지 않고도 이중화 및 유지 관리가 용이해집니다.

확장성 측면에서, 사전 제작된 전기 배관은 전력 모듈이나 새로운 분기선을 사실상 "즉시 " 추가할 수 있도록 해주며, 설치 시간은 기존 케이블링 솔루션보다 훨씬 짧습니다. 이는 새로운 랙을 통합하거나 부하 밀도를 조정할 때 더 큰 유연성을 제공합니다.

또한, 실내에 전기 배전 요소를 전략적으로 배치할 수 있으므로 복도, 공기 흐름 및 데이터 케이블 경로를 더욱 효율적으로 설계할 수 있는 자유를 얻게 되는데, 이는 모든 공간이 중요한 고밀도 환경에서 특히 중요합니다.

예시 솔루션: I-Line 트랙 버스 전용차로 유도

이러한 접근 방식의 좋은 예로는 IT실 및 최신 데이터 센터를 위해 특별히 설계된 I-Line 트랙 버스웨이와 같은 버스웨이형 조립식 전기 배관 솔루션이 있습니다 . 이 제품들은 안전성, 유연성 및 효율성을 제공하도록 설계된 견고한 모듈식 시스템입니다.

예를 들어, I-Line 트랙 버스웨이 도관은 IEC 61439-6 인증을 받았으며 , 순도 99,9%에 달하는 고순도 구리를 사용하여 98% 이상의 전도율을 자랑합니다. 이러한 수준의 도체 품질은 손실을 최소화하고 안정적인 전력 공급을 보장하는 데 핵심적인 요소입니다.

이 제품의 특징 중 하나는 접속함의 빠른 연결을 위한 플러그인 시스템으로 , 유연한 클램프를 사용하여 최적의 전기 접촉을 보장함으로써 분기 회로를 단 몇 초 만에 연결할 수 있습니다. 이는 설치 시간을 획기적으로 줄이고 연결 오류 발생 가능성을 낮춥니다.

또한 수상 경력에 빛나는 이지락(Easy Lock) 타입 앵커를 포함하여 박스를 전선관에 단단히 고정하는 솔루션 과 섹션 간의 안정적인 전기 기계적 연결을 보장하는 연결 블록, 그리고 생산 환경에서 빠른 조립을 위해 설계된 고정 시스템을 제공합니다.

알루미늄 외함에는 추가 통신 버스 또는 광섬유 케이블 등을 수용할 수 있는 슬롯이 있어 파이프라인 자체의 지속적인 온도 모니터링에 활용할 수 있습니다. 또한, 헤드엔드 모니터링 시스템을 통해 에너지 소비량, 부하 수준 및 경보를 제어하여 가시성과 보안을 강화할 수 있습니다.

마지막으로, 접속함은 일반적으로 보호 장치, 신호 장치 및 전원 콘센트를 수용할 수 있는 충분한 용량을 제공하며 , 최대한 안전하게 설치 및 제거할 수 있도록 설계되어 운영에 지장을 주지 않으면서 유지 보수 및 확장 작업을 크게 용이하게 합니다.

구리선 없는 데이터 및 전력 링크: 광섬유 기반 전력(Power-over-Fiber)에 대한 투자

데이터 전송에서 구리선을 광섬유로 대체하는 것을 넘어, 일부 제조업체는 특히 중요한 동기화 및 신호 전송 애플리케이션에서 특정 장비의 전원 공급 장치에서조차 구리선을 제거하는 솔루션을 개발하며 한 단계 더 나아가고 있습니다.

대표적인 예로, HUBER+SUHNER는 GNSS(글로벌 위성 항법 시스템) 및 광섬유 기반 전력 전송(PoFi) 기술 솔루션의 일환으로 구리선이 전혀 없는 데이터 및 전력 링크를 개발했습니다 . 이러한 시스템은 매우 정밀한 시간 동기화가 필요한 데이터 센터 및 5G 환경에 특히 유용합니다.

기존에는 GNSS 안테나에 전원과 신호를 모두 전달하는 구리 케이블을 사용했으며 , 전원 전용 케이블을 추가로 사용하는 경우도 많았습니다. 이로 인해 물리적 설치가 복잡해지고 케이블 무게가 증가하며 작동 거리가 제한되었습니다.

HUBER+SUHNER GNSS 광섬유 전원 공급 솔루션은 광섬유 자체를 사용 하여 안테나에 신호와 전력을 동시에 전송함으로써 별도의 전원 케이블이 필요 없도록 합니다 . 이로써 설치가 간소화되고 구축 시간이 단축되며, 접근하기 어려운 천장이나 움푹 들어간 곳에 있는 급전 채널에 대한 의존도가 최소화됩니다.

이 방식의 주요 장점 중 하나는 신호 저하 및 구리선으로 인한 제약 없이 송신기와 수신기 사이의 거리를 수 미터에서 수 킬로미터까지 늘릴 수 있다는 것입니다 . 이를 통해 건물이나 캠퍼스의 내부 광섬유 인프라를 통해 GNSS 신호를 훨씬 더 유연하게 분배할 수 있습니다.

데이터 센터에서 GNSS 및 광섬유 기반 전력 전송(PoF)의 이점

위성 신호는 건물 구조 자체의 차폐 효과 때문에 데이터 센터실과 같이 고도로 고립된 실내 공간에 충분한 강도로 도달하기 어렵습니다. 실외 GNSS 수신과 내부 광섬유 배선을 결합하면 정확한 시간 정보를 실제로 필요한 영역에 전달할 수 있습니다.

이러한 조합을 통해 GNSS 신호를 건물 전체에 안전하고 안정적이며 견고하게 분배할 수 있으므로, 매우 정확한 기준 시간에 의존하는 네트워크 장비, 통신 시스템 및 애플리케이션의 동기화가 향상됩니다.

광섬유 케이블을 에너지 및 신호 전송 매체로 사용함으로써 사실상 무제한적인 시간 기준 거리를 확보할 수 있으며, 전자기 간섭에 대한 민감도도 낮출 수 있습니다 . 구리 케이블과 달리 광섬유 케이블은 잡음 안테나 역할을 하지 않으므로 전송되는 신호의 품질이 향상됩니다.

서비스 제공업체와 운영업체에게 이는 기존 광섬유 인프라를 활용 하여 실제로 사용한 용량에 대해서만 비용을 지불하고, 처음부터 다시 배선할 필요 없이 향후 확장을 위한 여유 공간을 확보 할 수 있음을 의미합니다 . 이는 모듈식 및 확장 가능한 데이터 센터라는 철학에 부합하는, 미래 지향적인 전략입니다.

운영 측면에서 추가적인 구리 배선을 피하고 전력과 신호에 동일한 광섬유 경로를 사용함으로써 설치 비용, 구축 시간 및 잠재적인 장애 지점을 줄일 수 있습니다 . 이는 유지 보수 시간이 매우 제한적인 환경에서 매우 중요한 요소입니다.

구리에서 광섬유로의 전환, 전력 분배의 분산화, 조립식 배관 도입, 그리고 광섬유 기반 전력 전송(PoF)과 같은 구리 없는 전력 링크의 등장 등 이러한 모든 추세는 데이터 센터를 더욱 효율적이고, 탄력적이며, 확장 가능한 아키텍처 로 이끌고 있습니다 . 이러한 요소들을 효과적으로 결합할 수 있는 기업은 폭발적으로 증가하는 데이터 수요에 효과적으로 대응하고, 지속 가능성 목표를 달성하며, 매번 처음부터 다시 시작할 필요 없이 차세대 기술 변화에 적응할 수 있는 유리한 위치에 서게 될 것입니다.