데이터센터에서 가장 중요한 것은 무엇인가요?
가장 중요한 장비중 하나는 바로 IT Rack 입니다. IT Rack이 정상적으로 잘 작동하기 위해서는 습도와 온도가 중요합니다. 온도가 너무 높거나 너무 낮아도 기기의 수명과 Performance에 많은 영향을 주기때문에 적정 온도와 습도 유지가 필요합니다.
현재까지는 공기를 이용하는 공랭식으로도 충분했지만 점점 Rack의 밀도가 높아지면서 발열량이 많아져 공랭식만으로는 부족한 상황에 이르고 있습니다.
더욱더 효율이 좋은 Cooling 방식이 필요하게 되었고, 그 결과 액체를 사용한 Cooling 방식이 점차 각광을 받고 있습니다.
LIquid Cooling이 Air Cooling 보다 더 효과적인가요?
방금 요리를 마친 뜨거운 후라이팬을 손에 들고 있다고 상상해 보세요. 이 후라이팬을 공기중에 두고 식히는 것보다는 바로 차가운 물에 한 번 씻어 냈을때 손으로 만져도 될 만큼 식어 있는 것을 상상할 수 있을 것입니다. 즉, 공기보다는 액체를 이용했을 때 더 효과적으로 열을 처리 할 수 있습니다.
아직까지는 액체(70%), 공기(30%) 수준으로 조합하여 데이터센터에 적용하는 추세이며 점진적으로 액체로 바뀔 것으로 예상됩니다.
Liquid Cooling의 종류에는 어떤 것이 있나요?
흔히 우리가 이야기하는 액침 냉각은 Liquid Immersion Cooling이며, 요기에 추가로 Direc to Chip( Or Direct Chip Liquid Cooling or Precision Liquid Cooling) 방식의 냉각으로 구분 할 수 있습니다.
Immersion Cooling은 Server를 특수 용액에 액침 시키는 것이 쉽게 이해되지만 Direct-To-Chip은 조금 상상하기 어렵습니다. Direct to Chip은 Chip 아래에 Cold Plate라는 판을 두고 차가운 액체를 통과 시키는 방식으로 Chip을 바로 냉각 시키는 방식입니다. 아래 Link와 사진을 참조하시면 조금 더 쉽게 이해가 될 것 같습니다.
아래 자료는 STULZ의 자료로 Immersion Cooling 입니다.
Server를 액침 시킬 수 있는 Immersion cooling과 열교환을하는 CDU(Coolant Distribution Unit) 그리고 마지막으로 Cooling tower로 구성되어 있습니다.
(STULZ는 Technical Cooling System(TCS)로 표기 했지만 열교환을하는 CDU와 동일한 역할을 합니다.)
Immersion Cooling system의 기본 Concept은 모두 비슷하여 아래 사진으로 쉽게 설명이 될 것 같습니다. 정말 말 그대로 Server를 특수 액체에 담궈서 열을 제거하는 방법으로 효율이 매우 좋습니다.
다음으로는 Direct Chip Liquid Cooling (Direct to Chip) 방식입니다. Chip이 위치하는 곳까지 얇은 파이프가 연결되어 있는 것이 보이시죠?
아래 그림은 Direct Liquid Cooling 입니다. Cold Plate라는 판을 Chip 바로 아래에 두고 차가운 액체를 흘려서 열을 교환하는 방식입니다.
지금까지는 크게 Immersion Cooling / Direct Chip Liquid Cooling 두 가지 type에 대해서 설명드렸습니다.
그런데 Immersion Cooling, Direct Chip Liquid Cooling 안에서도 Single Phase, Two Phase cooling 방식으로 또 나뉩니다.
쉽게 이야기해서 Single Phase는 상변화가 없이 Liquid로만 열교환을 하는 것이고, Two Phase Cooling 방식은 상변화를 이용하여(비열이 낮은 액체를 사용)하여 액체에서 기체로 상변화 하는 과정에서 열을 더 많이 효율적으로 빼앗아 가는 방식입니다.
submer라는 회사에서 비교한 자료도 있지만 추가로 Jetcool 이라는 회사에서 비교한 자료도 참고하시면 여러가지 의견을 들을 수 있어서 좋을 것 같습니다.
https://jetcool.com/post/five-reasons-water-cooling-is-better-than-immersion-cooling/
https://peasoup.cloud/iaas/direct-to-chip-vs-immersion-cooling/
Direct to Chip vs Immersion Cooling - PeaSoup Cloud
Direct to Chip vs Immersion Cooling. Differences, Pros and Cons of these two liquid cooling technologies.
peasoup.cloud
https://accelsius.com/technology/
지금부터는 한 단계 더 뛰어들어서 Two Phase Immersion Cooling 에 대해서 알아보겠습니다.
Chip에서 발생하는 열로 인하여 액체는 Vapor로 변하고 Vapor는 차가운 Coil에 닿아서 열을 빼앗기면 다시 응축되어 떨어지는 방식입니다. 눈으로 보시는것이 더 빠를 것 같아 ~ 동영상도 아래와 같이 준비하였습니다.
아래 동영상의 25초 부분을 보시면 쉽게 이해가 되실 것 같습니다.
https://youtu.be/SP9yXBWPK2Q
https://peasoup.cloud/iaas/direct-to-chip-vs-immersion-cooling/
Single Phase 와 Two Pahse 간의 차이는 아래 표를 참고해 주시면 될 것 같습니다. 결국은 열교환 효율은 Two-phase가 좋으나 돈이 비싸고, 복잡해서 유지보수가 어렵다 입니다. 적절하게 Cost와 Chip의 발열량을 고려하여 설계해야 겠습니다.
Single Phase 와 Two Pahse 간의 차이는 아래 표를 참고해 주시면 될 것 같습니다. 결국은 열교환 효율은 Two-phase가 좋으나 돈이 비싸고, 복잡해서 유지보수가 어렵다 입니다. 적절하게 Cost와 Chip의 발열량을 고려하여 설계해야 겠습니다.
참 ~~ 쉽쥬?