해상 컴퓨팅의 새로운 모델
중국이 상하이 인근 해저에 설치한 데이터센터의 1단계를 가동했다. 해상 풍력 발전과 해수 냉각을 결합하도록 설계된 시설이다. 하이클라우드가 건설한 이 프로젝트는 2.3메가와트 규모 실증 사업으로 시작해 24메가와트까지 확대할 계획이다. 링강특별구역 앞바다에 자리한 이 시설은 인근 해상 풍력 터빈에서 전력 대부분을 공급받고, 밀폐형 서버실 주변으로 바닷물을 순환시켜 열을 식힌다. 건설 투자액은 약 16억 위안(약 2억2,600만 달러)이며, 운영사들은 전력사용효율(PUE)을 1.15 이하로 낮추는 것을 목표로 하고 있다. 달성할 경우 동종 시설 가운데 가장 효율적인 곳 중 하나가 된다.
목차
이 방식은 데이터센터 설계의 오랜 제약을 뒤집는다. 기존 데이터센터 단지는 냉동기와 냉각탑을 사용하는데, 이런 설비가 시설 전력 예산의 40~50%를 소비할 수 있다. 해저의 안정적이고 차가운 환경을 활용하는 수중 시설은 냉각 에너지 비중을 전체 사용량의 10% 미만으로 낮추는 것을 목표로 한다. 설계자들은 같은 규모의 육상 시설과 비교해 총 전력 수요가 약 22.8% 줄어들 것으로 추산한다. 상하이처럼 인구 밀도가 높은 해안 도시에서 특히 심각한 제약인 부지 사용량도 90% 넘게 줄이고, 냉각용 담수도 필요하지 않다.
이 프로젝트는 중국에서 수년간 진행된 시험을 기반으로 한다. 하이클라우드는 하이난섬 앞바다에 수면 아래 약 35미터(114피트) 깊이로 상업용 해저 시설을 이미 설치했다. 이 시설에는 서버 400~500대를 탑재하는 내압 포드가 사용된다. 포드들은 서로 연결되고 해저 케이블을 통해 본토와 이어진다. 이 모듈은 국가 차원의 ‘동수서산(東數西算)’ 사업의 일부로, 컴퓨팅 역량을 늘리고 전국의 컴퓨팅 수요를 분산하기 위한 대규모 클러스터 구축의 발판으로 여겨진다.
시스템의 위치와 작동 방식
상하이 시설은 중국(상하이) 자유무역시험구 링강특별구역 인근 앞바다에 있다. 광섬유 연결망이 해저에 고정된 수중 모듈과 육지를 오가는 데이터를 전송해 폭풍 때 움직임을 최소화한다. 전력 케이블은 시설을 해상 풍력단지와 연결하며, 이 풍력단지가 전력의 95% 넘게 공급한다. 초기 가동은 서버 랙 198대를 수용할 수 있는 소규모 설비에 집중하고, 다음 단계에서 포드를 추가해 확장할 예정이다.
효율 지표 설명
데이터센터 운영사들은 전력사용효율(PUE)이라는 비율을 주시한다. 시설이 끌어다 쓰는 전체 전력을 컴퓨팅 장비에 공급되는 전력으로 나눈 값이다. 이론상 PUE가 1.0이면 모든 전력이 서버에 쓰이고 냉각이나 기타 운영에 들어가는 전력은 없다는 뜻이다. 중국의 국가 정책은 2025년 말까지 신규 데이터센터의 PUE를 1.25 미만으로 낮추도록 규정하고 있다. 수중 시설은 PUE가 1.15를 넘지 않도록 설계됐다. 이는 첨단 냉각과 에너지 관리 기술을 적용한 최고 수준의 육상 시설과 비슷하며, 여전히 1.4를 웃도는 오래된 시설 다수보다 훨씬 낮은 수치다.
냉각과 에너지 사용
바닷물은 열용량이 크고 온도가 안정적이어서 폐열을 제거하는 데 효율적인 열 흡수원이다. 링강 설계에서는 서버실에 부착된 열교환기를 따라 바닷물이 흐르며 열을 흡수한 뒤 주변 수층으로 분산한다. 이 방식은 육상 시설에서 사용하는 대형 팬과 냉동기, 증발식 냉각을 피할 수 있다. 포드는 공기와 차단된 밀폐형 구조로 일정한 온도를 유지하므로 전자 장비는 먼지와 습도 변동, 사람이나 장비에서 발생하는 진동에도 노출되지 않는다. 이런 환경은 하드웨어 수명을 늘리고 고장률을 낮출 수 있다. 다른 기업들이 앞서 진행한 수중 시험에서도 같은 효과가 보고됐다.
중국이 지금 이 사업을 추진하는 이유
인공지능과 동영상, 전자상거래, 산업 연결망이 이끄는 컴퓨팅 수요가 빠르게 늘고 있다. 최신 AI 모델을 학습시키고 실행하려면 많은 전력을 끌어다 쓰고 상당한 열을 내는 그래픽·텐서 프로세서를 고밀도로 집적해야 한다. 동시에 지방정부는 토지와 물, 배출량에 더 엄격한 한도를 적용하고 있다. 데이터센터를 해상에 두면 각 제약에 대응하는 데 도움이 된다. 개발사들은 동중국해의 풍력 자원이 풍부해 연간 이용 시간이 3,000시간을 넘는다고 밝혔으며, 해저는 냉각에 필요한 자연적인 열 안정성을 제공한다.
상하이의 계획은 10년 중반까지 스마트 컴퓨팅 역량과 산업 생산을 크게 늘려 2027년까지 컴퓨팅 성능 200엑사플롭스와 수천억 위안 규모의 지능형 클라우드 산업을 달성하는 것을 목표로 한다. 데이터가 생성되는 곳 가까이에 시설을 짓고 인근 재생에너지를 활용하면 송전 손실과 해안 지역 이용자의 지연 시간을 줄일 수 있다. 이는 일부 작업을 중국 서부의 대규모 단지로 보내는 국가 전략과도 보완 관계에 있다. 수중 시설은 부지 사용과 담수 소비를 거의 없애 대규모 신규 육상 단지에 비해 지역 환경 부담을 낮춘다.
개발사들은 규모 확대도 추진하고 있다. 하이클라우드와 션에너지그룹, 차이나텔레콤 상하이지사, 이네사, 중국교통건설 제3항만공정 등이 해상 풍력으로 가동하는 500메가와트 규모의 수중 클러스터 구축을 추진하기로 합의했다. 이 목표가 실현되면 이 개념은 실증 단계를 넘어 국가 컴퓨팅 역량을 확충하는 주류 선택지로 자리 잡게 된다.
환경 및 해양 생태계 영향
바다에 열을 방출하는 모든 프로젝트는 열 확산대를 관리해야 한다. 수온이 높아지면 물에 녹아 있는 산소량이 줄고 해양 생물이 스트레스를 받을 수 있으며, 여름철이나 해양 폭염 때는 영향이 특히 커질 수 있다. 개발사들은 앞선 시범 사업에서 인근 수온 상승 폭이 섭씨 1도 미만이었다고 밝혔지만, 용량이 커질수록 지속적인 모니터링이 필수다. 확산기 설계, 민감한 시기에 가동률을 낮추는 지능형 유량 제어, 취약 서식지를 피해 입지를 선정하는 방식 등을 통해 영향을 줄일 수 있다.
열 외에도 엔지니어들은 소음, 전력·데이터 케이블 주변의 전자기장, 건설이나 유지보수로 저서 생태계가 교란될 위험을 고려해야 한다. 포드 외부의 생물 부착 방지 대책은 유독성 코팅을 피해야 하고, 부식 방지 설계는 주변 바닷물을 오염시키지 않아야 한다. 규제 당국은 상세한 환경영향평가와 기초 조사, 시설 인근의 수온·소음·해양 생물에 관한 지속적인 공개 보고를 요구할 가능성이 크다. 엄격한 감독 아래 사업을 추진한다면 해수 냉각으로 얻는 에너지와 물 절감 효과를 지역 환경 보호와 조화시킬 수 있다.
보안, 복원력 및 유지보수
서버를 해저로 옮기면 새로운 위협 요인이 생긴다. 케이블과 포드는 선박의 닻이나 트롤 어구, 폭풍, 고의적인 훼손으로 피해를 입을 수 있다. 운영사는 출입 제한 구역 설정, 케이블 매설 또는 보호 덮개 설치, 소나 감시, 시설 주변의 비정상 활동을 감지하는 경보 시스템으로 일부 위험을 줄일 수 있다. 연구자들은 드물지만 음향 기반 간섭이 민감한 장비에 영향을 줄 수 있다고 경고해 왔다. 따라서 설계와 운영에서 음향 모니터링과 견고한 차폐가 중요하다.
해양 환경은 신뢰성을 높이는 데도 도움이 될 수 있다. 포드는 밀폐돼 있고 먼지가 없으며 온도와 습도가 일정하게 유지된다. 이에 따라 부식과 기계적 스트레스가 줄어들고, 다른 국가에서 진행된 과거 시험에서는 일반적인 육상 데이터센터보다 하드웨어 고장률이 훨씬 낮았다. 안정적인 환경은 전력 분배 장비와 저장 장치, 연결 장비가 엄격한 허용 오차 범위 안에서 작동하도록 돕는다. 이는 고성능 네트워킹이 필요한 AI 학습 클러스터에 중요하다.
유지보수 방식도 달라진다. 엔지니어가 수중 시설 안으로 들어가 부품을 교체할 수는 없다. 시스템은 모듈형이어야 한다. 랙이나 전력 장치가 고장 나면 운영사는 포드 전체를 교체하거나 예정된 정비 기간에 수면 위로 올린 밀폐형 모듈을 빼내 교체해야 한다. 해양 생물의 부착과 부식, 밀봉 상태가 점검 주기를 결정한다. 신속한 회수와 재배치를 염두에 두고 명확한 연결 규격과 표준 부품을 적용하는 것이 매력적인 구상을 실용적이고 복원력 있는 서비스로 구현하는 관건이다.
경제성과 규모 확대
초기 투자 비용은 높다. 수억 달러 규모의 건설비에는 해저 설비, 해양 공사, 특수 전력·냉각 장비, 해상 풍력단지와의 연계 비용이 포함된다. 그러나 PUE를 1.15 안팎으로 유지하고 현지 터빈에서 직접 전력을 공급받을 수 있다면 운영비는 경쟁력을 갖출 수 있다. 현대 데이터센터에서 가장 큰 비용은 전기료다. PUE가 낮을수록 전력이 기타 운영 비용보다 컴퓨팅에 더 많이 쓰인다. 토지와 물이 부족한 도시에서는 부동산과 냉각탑, 수자원 이용권에 드는 비용을 피할 수 있다는 점도 중요하다.
해상 작업에는 추가 비용도 따른다. 기상 악화로 공사가 지연되면 비용과 불확실성이 커진다. 보험과 선박, 전문 인력도 가격을 끌어올린다. 경험이 쌓이고 표준화가 진행되면 일부 비용은 줄어든다. 중국의 해상 풍력 공급망은 성숙해 가격과 일정 관리에 도움이 될 수 있다. 링강 시설의 신뢰성과 정비 편의성이 입증되면 추가 용량을 건설하는 경제성도 개선된다. 대형 네트워크 사업자 및 에너지 기업과의 협력은 랙을 유료 고객으로 채우고 프로젝트를 전력망 계획과 연계하는 데도 도움이 된다.
앞선 시도와 비교
수중 데이터센터는 새로운 개념이 아니다. 10여 년 전 마이크로소프트는 프로젝트 나틱(Project Natick)을 통해 태평양 연안에서 밀폐형 강철 캡슐을 시험한 뒤 오크니제도 앞바다에 서버 864대를 탑재한 길이 12미터짜리 시설을 설치했다. 회사는 안정적인 환경과 질소로 채운 내부 덕분일 가능성이 큰 매우 낮은 하드웨어 고장률을 보고했다. 마이크로소프트는 2024년 연구 프로그램을 끝내고 이 개념을 상용화하지 않겠다고 밝혔다. 상하이 사업은 다른 방향으로 나아간다. 해상 풍력단지와 연결되고 더 엄격한 PUE 목표를 내세우며, 컴퓨팅 역량을 확대하려는 도시와 국가 차원의 계획에 포함돼 있다.
다른 기업과 국가도 해수 냉각 또는 수중 설계를 연구하고 있다. 스타트업들은 연안에 설치하는 소규모 해저 모듈을 제안했고, 한국과 일본, 싱가포르의 연구진도 해양 냉각과 입지를 검토해 왔다. 육상 운영사들은 온수 액체 냉각과 지역 에너지망을 통한 폐열 재활용, 전력 소비를 줄이는 새로운 칩 설계로 효율을 계속 높이고 있다. 해양 기반 모델은 모든 비용과 위험을 고려했을 때 최고의 육상 대안보다 더 큰 이점을 제공한다는 점을 입증해야 한다.
앞으로 주목할 점
상하이 인근 실증 단계에서 해상 시설의 PUE와 신뢰성, 정비 절차에 관한 구체적인 데이터가 나올 것이다. 에너지 수지와 환경 성능에 대한 독립적인 감사는 대중의 신뢰를 얻는 데 중요하다. 방류구 주변의 수온 변화를 모니터링하고 소음 수준을 추적하며 해양 생물 관찰 결과를 공개하면 대규모 시설이 지역 생태계와 양립할 수 있는지 확인할 수 있다. 규제 당국은 이런 정보 공개를 허가와 갱신의 조건으로 삼을 수 있다.
두 가지 이정표가 단기적으로 이 사업의 향방을 좌우할 전망이다. 첫째는 2.3메가와트에서 계획된 24메가와트로 확대하는 과정으로, 설치와 유지보수를 원활하게 늘릴 수 있는지 시험하게 된다. 둘째는 개발사와 협력사들이 발표한 500메가와트 목표의 진척 상황이다. 이를 위해서는 더 넓은 부지와 더 많은 터빈, 더 강력한 전력망 연결이 필요하다. 표준화된 포드 설계와 명확한 정비 지침, 모듈을 신속하게 공급할 수 있는 공급망도 갖춰야 한다. 상하이에서 모델의 효과가 입증되면 해상 풍력이 풍부하고 토지 제약이 큰 다른 해안 지역에서도 이를 도입할 수 있다.
핵심 내용
- 하이클라우드가 상하이 앞바다 해저 데이터센터를 가동했다. 2.3메가와트 규모로 시작해 24메가와트까지 확대할 계획이다.
- 시설 전력의 95% 이상을 해상 풍력으로 공급하고, 냉각에는 바닷물을 이용한다.
- 운영사들은 PUE 1.15 이하를 목표로 한다. 이는 신규 데이터센터의 PUE를 2025년 말까지 1.25 미만으로 낮추라는 중국의 국가 지침보다 낮다.
- 설계자들은 비슷한 규모의 육상 시설보다 총 전력 사용량이 약 22.8% 줄고, 냉각 에너지 비중은 전체 소비량의 10% 미만이 될 것으로 추산한다.
- 사업비는 약 2억2,600만 달러이며, 초기 설비는 내압 포드 안에 서버 랙 198대를 수용할 수 있다.
- 중국은 하이난에서 앞서 시험 사업을 진행해 포드를 수심 약 35미터에 설치했다. 포드마다 서버 400~500대를 탑재하고 해저 케이블로 육지와 연결했다.
- 부지 사용량을 90% 넘게 줄이고 냉각용 담수를 쓰지 않는 것이 장점이다.
- 하이클라우드와 협력사들은 해상 풍력으로 가동하는 500메가와트 규모 수중 클러스터 구축 목표를 발표했다.
- 환경 감독은 열 방출과 소음, 특히 수온이 높은 시기의 해양 생물에 대한 케이블 영향을 중점적으로 살펴볼 예정이다.
- 해외의 과거 수중 시험에서는 하드웨어 고장률이 낮게 나타났지만, 대규모 해상 운영은 여전히 유지보수와 보안, 비용 문제에 직면해 있다.
