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인공지능(AI) 시대의 전력난을 어떻게 극복할 것인가
연세대학교 전기전자공학부 김윤석
2024년 06월 13일 (목) 10:04:25 경기중앙신문 webmaster@ggjapp.com
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▲연세대학교 전기전자공학부 김윤석

[경기중앙신문]인공지능 기술은 모델 학습과 실행을 위해 방대한 계산 능력, 저장 공간 및 지연 시간이 짧은 네트워킹이 절대적으로 필요하다. 또한 생성형 AI를 구현하기 위해서는 기존의 인공지능보다 데이터 처리 양이 획기적으로 늘어나기 때문에 데이터센터 수요가 늘어날 수밖에 없는 이유에 대해서도 충분한 공감이 필요하다.

우리나라도 예외는 아니어서 인공지능의 발전 속도 및 사용 빈도와 맞물려 데이터센터 수요는 빠른 속도로 늘고 있다. 정부가 2029년까지 신규 데이터센터 수요가 732개소에 달할 것으로 내다보고 있음이 이를 잘 방증한다. AI 시대인 지금, 전 세계적으로도 데이터센터가 3일에 하나씩 생기고 있다는 통계는 인공지능과 데이터센터 간의 관계 및 그 중요성을 다시금 소환하기에 바쁘다. 이렇듯, 인공지능과 데이터센터는 따로 분리하여 생각할 수 없다.

데이터센터는 수많은 분량의 데이터 처리는 물론 각종 설비의 냉각을 위해 많은 양의 전력 공급과 물은 필수불가결하다. 그래서 인공지능을 전기먹는 하마라고 평하는 세간의 인식도 적당히 공감한다. 이런 인식을 반영하듯, 산업계에서 인공지능 관련 기업들의 최근 고민은 데이터센터의 투자금이 아니라 원활한 전력 공급이라는 평가가 나오는 것도 바로 이런 연유다.

우리나라의 경우, 지난해 12월 기준으로 국내에 있는 데이터센터는 총 150개에 이르며, 사용 전력 용량은 1986메가와트(㎿) 수준이다. 이는 통상적으로 1000㎿급 원전 2기가 생산하는 전력량과 맞먹는 수준이다. 정부는 2029년까지 신규 데이터센터 732개소의 수요에 대한 전력 용량을 4만9397MW로, 현재 우리나라 최대 전력의 52% 수준으로 예측한다. 이는 송배전등에서 발생될 수 있는 전력 손실분(7%)등을 감안한다 해도 1000MW급 원전 53기에 이르는 추가적인 전력 생산이 필요할 것이라는 국회입법조사처의 보고서를 외면할 수는 없다.

데이터센터는 연중무휴 24시간 작동을 멈출 수 없기에 전력 공급 또한 중단될 수 없음은 명약관화한 사실이다. 보통 대도시 인근에 자리한 데이터센터와 산간 도서 지역의 발전소 간의 수백 수천 킬로미터의 물리적 거리는 전력계통 및 송전선의 구비가 쉽지 않고, 이는 결국 전력 공급의 장애로 이어지기 쉽다. 아무리 훌륭한 데이터센터 건물을 짓고 최첨단의 인공지능용 반도체를 구비한다 하더라도, 데이터센터에 연결되는 전력망이 확충되지 못한다면 전력 공급은 무용지물이 될 것이 뻔하기 때문이다.

이와 같은 전력계통 및 송전선의 전력망은 계획단계부터 구축하는데 까지 보통 5∼15년이 걸린다는 사실에 주목하여 미리 리드타임을 갖는 것도 대단히 중요한 덕목이다. 이와 같은 인공지능을 위한 데이터센터의 전력난을 해소하기 위해서는 우리가 어떤 노력을 기울여야 할까. 오픈AI CEO인 샘 알트먼은 지난 1월 스위스 다보스에서 열린 세계경제포럼에서 “인공지능의 전력 수요를 충당하기 위해 핵융합 에너지 발전 같은 돌파구가 필요하다”는 의견을 내기도 했다.

향후 인공지능 관련 정보를 처리하고 저장할 데이터센터는 기존의 데이터센터 대비 3~4 배의 전력 집적도가 요구된다는 사실에 주목한다면 획기적인 전력 확충 방안이 필요한 시점이다. 현재 전 지구적인 관심사인 탄소중립과 환경친화적인 전력발전에는 비록 역행하는 길이라 하더라도, 기존의 석탄 및 가스로 대별되는 화력발전소의 가동을 원자력이나 친환경 재생에너지로 층당이 가능한 시점까지는 폐쇄를 잠정적으로 연기하는 방안을 가장 먼저 생각해 볼 수 있다.

둘째로는, 샘 알트먼이 지적한 것처럼, 아직은 초창기에 불과하지만 좀 더 먼 미래를 위해서 핵융합 에너지 발전 기술을 확보하는 일이다. 핵융합 발전은 현재의 원자력 발전을 대체할 수 있는 에너지로서, 이산화탄소를 배출하지 않으며, 방사성 폐기물의 양도 원자력 발전의 핵분열에 비해 현저히 적어서 환경친화적 에너지이다. 또한 핵융합은 매우 높은 에너지 출력을 낼 수 있어서 대규모 전력 수요에 대응할 수 있는 장점이 있다.

셋째로는, 핵폐기물에 기인한 안전성과 장기간의 건설 기간이라는 핸디캡을 가진 대형 원전을 지양하고, 소형모듈원자로(SMR)의 설치를 서두르는 일이다. 소형모듈원자로가 비록 안전성 검증이나 높은 건설 단가, 기술력의 한계, 해당 지역 주민들의 수용성 문제, 그리고 규모의 경제를 이룰 수 있는지 등의 문제점들을 수반하고 있지만 이에 대한 연구와 실증에 박차를 가함으로써 가까운 미래에 데이터센터의 전력난을 해결하는 일이다.

넷째로는, 데이터센터에서 발생되는 열을 냉각시키는데 따른 전력 소비를 줄일 수 있는 수단, 즉 물을 냉각수로 쓸 수 있는 수자원이 풍부한 지역에 데이터센터를 설치하는 것이 바람직하다.

다섯째로는, 급증하는 데이터센터 전력 수요를 감당하면서도 탄소배출을 줄이기 위하여 원자력발전과 재생에너지에 대한 적정량을 확충함으로써 그린 데이터센터를 지향하는 것이다. 또한 지난해에 중국이 선보인 바닷물(해양수)을 자연냉각 장치로 활용한 세계 최초 상업용 수중 데이터센터를 구축해 시선을 끌었는데, 이런 발상을 할 수 있다는 것만으로도 절반의 성공이 아닐까

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