안녕하세요
김국세입니다.
오늘은 반도체 칩과 관련하여
콜드플레이트 냉각 방식에 대해
설명드리도록 하겠습니다.
반도체 칩이 뜨겁다!!
AI 시대의 핵심 인프라는
모두 알고 계시겠지만
무조건 반도체입니다.
반도체의 성능이 늘어나면서
상대적으로 열이 더 많이 발생하게 되었는데요
이러한 이유로 관심사항이 아니었던
냉각 기술이 사업의 핵심 변수로 떠오르고 있습니다.
기존 반도체 칩이 뜨거워서
열을 발생하게 되면
Air Cooling
즉 공랭으로 냉각을 시켰습니다.
칩 위에 금속 방열판(히트싱크)을 얹고
팬으로 바람을 불어 열을 식히는 구조로
데이터센터 등에서
이러한 방식으로 냉각을 시켰습니다.
이러한 냉각 시스템은
단순하고 저렴하며
유지 보수도 매우 쉽니다.
기존 일반 서버용 CPU의 경우
발열량이 200 ~ 300W 였습니다만
최근 AI 가속기의 등장으로
최신 GPU는 칩 하나가 발열량이 700W가 넘고
차세대 제품의 경우 1000W 이상으로
발열량이 증가할 것으로 예상됩니다.
공랭(Air Cooling) 방식의 한계
이렇게 기존
CPU → GPU로 넘어가면서
발생하는 발열량의 차이는
더 이상 공랭 방식으로는
발열을 잡을 수 없게 되었습니다.
참고로 CPU와 GPU의 차이를 쉽게 설명드리면
예를 들어
점으로 모나리자 그림을 그리도록 명령했을 때
무수히 많은 점을 한 점 한 점 순차적으로 점을 찍어
그림을 완성해가는 게 CPU
점으로 된 모나리자 그림을 한 번에 찍어
즉 무수히 많은 점을 한 번에 동시에 찍어서
그림을 완성하는 게 GPU라고 생각하시면 됩니다.
이렇게 CPU가 GPU로 대체되면서
발생하는 발열량이 3배 ~ 5배 이상 발생하게 된 것입니다.
기존 공랭 방식으로는 한계가 온 것입니다.
공기는 열을 실어 나르는 능력이 물보다 훨씬 낮으며
같은 열을 빼내려면 팬 속도와 풍량을 크게 올려야 하는데
물리적으로 한계가 올 수밖에 없습니다.
그리고 데이터센터는 규모가 커지면서
더 이상 공랭 시스템으로 감당할 수 없는
발열량이 발생하게 되었습니다.
그리고 공랭 시스템의 경우
팬을 돌릴 수밖에 없는데
냉각에 쓰는 전력이 급증하게 되고
그에 따른 소음과 진동도 커지게 됩니다.
그리고 전력효율이 좋지 않아
이러한 비용이 운영비에 큰 영향을 끼쳐
새로운 냉각 방식이 필요하게 된 것입니다.
콜드 플레이트 방식이란?? (Cold Plate)
이러한 공랭 시스템을 대체하기 위해
나타난 것이 바로 콜드 플레이트 방식입니다.
콜드 플레이트 방식은
(Cold Plate)
반도체 칩 바로 위에
구리 등으로 만든 판을 밀착시키고
그 내부 미세 유로로 냉각수를 흘려
열을 직접 흡수하는 방식입니다.
이때 뜨거워진 냉각수는 배관을 따라 열 교환기로 이동하여
열을 식힌 뒤 다시 순환하게 되는 것입니다.
이러한 콜드 플레이트 방식이 주목받는 이유는
현실적이기 때문입니다.
① 반도체 칩의 열을 발생 지점에서
바로 제거하기 때문에 효율이 높습니다.
② 서버 전체를 액체에 담그는
침수 냉각에 비해
기존 서버 구조와 데이터센터 설비를
상대적으로 덜 바꿔서
콜드 플레이트 방식을 사용할 수 있습니다.
그래서 공랭과 병행하는
하이브리드 구성이 가능해
단계적 전환이 쉽습니다.
③ 냉각수가 반도체 칩 전자 부품과
직접 닿지 않아 안정성 면에서
부담이 적습니다.
이러한 현식적인 이유로
콜드플레이 방식이
반도체 칩의 발열을 잡는데
대세로 이용될 것으로 보입니다.
앞으로 어떻게 변하게 될까?
반도체 칩의 냉각 방식이 바뀌면서
서버 한대의 부품 구성뿐 아니라
데이터센터 설계 전체가 달라질 수밖에 없습니다.
이러한 이유로 파급되는 산업을 내수 측면에서
간략하게 보면
CDU(냉각수 분배 장치) 관련하여
LG전자가 데이터 센터용 액체 냉각 CDU 솔류션을 선보이며
시장에 진출하고 있다고 합니다.
해외 솔루션 유통의 경우
인성정보는 자회사 아이넷뱅크를 통해
Veritv의 D2C(다이렉트 투 칩)
액체 냉각 시스템 국내 총판을 맡고 있다고 합니다.
칠러(냉각수 온도 조절)과 관련하여
GST와 워트는 반돛에 공정용 칠러 기술을 바탕으로
액체 냉각 시장에 확장하고 있다고 합니다.
마지막으로 냉각유, 침지냉각과 관련하여
SK이노베이션(SK엔 무브)은
냉각유를 개발 중이고
케이엔솔은 스페인 Submer와 침지냉각 파트너십을
맺었다고 합니다.
제가 방금 말씀드린 업체 내용은
부정확할 수 있으니
자세한 사항은 해당 업체 혹은 관련 기사 등에서
추가적으로 확인을 해보시길 권장합니다.
또한 위 내용은 투자를 권하는 내용이 아닌
단순한 정보 전달 내용이므로
참고하시기 바랍니다.
결론적으로
반도체 칩의 발열이 공기로 감당할 수 있는 한계를 넘으면서
관련 업계는 열을 물로 직접 빼내는 방향으로
이동하고 있습니다.
냉각은 더 이상 보조 설비가 아니라
AI 인프라의 성능과 경제성을 좌우하는
핵심요소가 된 것입니다.
오늘은 반도체 칩과 관련하여
콜드 플레이트 냉각 방식에 대해
설명드렸습니다.
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