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액체 냉각식 데이터센터 냉각 시스템을 위한 측정 및 계측 전략

액체 분석, 압력, 유량, 온도의 정확한 측정을 통해 냉수 및 액체 냉각식 데이터센터의 가동 시간, 에너지 효율성 및 운영 안전성을 향상시키는 방법

에너지 효율적인 운영과 연결 네트워크를 보여주는 데이터센터 및 서버 랙

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소개

고밀도 워크로드를 위한 효율적이고 안정적인 냉각 성능 제공

인공지능(AI), 머신러닝, 가속 컴퓨팅이 빠르게 성장하면서 데이터센터의 냉각 방식도 근본적으로 변화하고 있습니다. GPU(Graphics Processing Unit) 및 TPU(Tensor Processing Unit) 기반 플랫폼은 기존 CPU(Central Processing Unit) 기반 IT 부하보다 최대 10배 더 많은 에너지를 필요로 하고 훨씬 더 높은 전력 밀도로 작동하기 때문에 공랭식 냉각의 실질적인 한계를 초과하는 경우가 많습니다. 그 결과 액체 냉각은 더 이상 최적화를 위한 선택 사항이 아니라 필수 조건으로 인식되고 있습니다. 또한 많은 경우에서 이는 데이터센터 운영자의 선호도에 따라 결정되는 사항이 아니라, 칩 제조업체의 요구 사항이기도 합니다. 초기에 대규모 액체 냉각을 도입하던 때에는 TPU가 포함되었으며, 집중된 열 부하를 안정적으로 관리하기 위해 냉수 및 칠러 설비에 의존했습니다. 오늘날에는 TPU와 요구사항이 유사한 GPU 밀집형 클러스터가 보편화됨에 따라 이러한 냉각 방식이 하이퍼스케일 및 엔터프라이즈 환경 전반으로 확대되고 있습니다.

실제로 많은 시설에서 하이브리드 냉각 아키텍처를 구축하고 있습니다. 액체 냉각은 칩 또는 랙 수준에서 사용되며, 궁극적으로는 드라이 쿨러 또는 냉각탑을 통해 외기 온도 차를 이용하여 열을 방출합니다. 이러한 하이브리드 시스템은 기존 IT 인프라나 HVAC보다는 산업용 유틸리티에 가까운 방식으로 작동하고 정밀하게 제어되는 냉수 루프에 의존합니다.

이러한 환경에서 냉각 성능은 액체 분석, 압력, 유량, 온도의 정밀한 제어에 달려 있습니다. 정확한 측정 솔루션이 없으면 운영자는 열적 불안정성, 장비 수명 단축, 예기치 않은 가동 중단, 불필요한 에너지 또는 물 소비의 위험에 직면하게 됩니다. 엔드레스하우저는 1차 및 2차 냉수 루프와 액체 냉각 루프 전반에 걸쳐 지속적인 운영을 가능하게 하고 전력 사용 효율(PUE)과 물 사용 효율(WUE)을 향상시키는 산업용 측정 솔루션과 디지털 서비스를 통해 데이터센터 운영자를 지원합니다.

핵심 정보

10×

더 높은 에너지 수요

기존 CPU 기반 IT 부하와 비교한 GPU 및 TPU 기반 플랫폼의 에너지 수요

출처: DCD

높은 정밀도와 신뢰성을 제공하는 인라인 액체 분석 센서와 프로세스 분석기 ©Endress+Hauser
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냉수 시스템의 장기적인 신뢰성을 위한 수질 모니터링

데이터센터의 냉수 및 액체 냉각 의존도가 높아짐에 따라 수질은 신뢰성을 위한 핵심 요소가 되고 있습니다. pH, 전도도 또는 탁도가 적절히 관리되지 않으면 부식, 스케일 및 파울링의 발생 속도가 빨라져 열전달 효율이 저하되고 콜드 플레이트, 열교환기 또는 펌프가 손상될 수 있습니다.

Liquiline CM444 멀티채널 트랜스미터와 Memosens pH, 전도도탁도 센서를 사용한 액체 분석을 통해 1차 및 2차 루프 전반에 걸쳐 냉각수 품질을 연속적으로 모니터링할 수 있습니다. 디지털 Memosens 기술은 측정 신뢰성을 향상시키고 유지보수를 간소화하며, 액체 냉각식 데이터센터에서 설비 보호와 시스템 안정성을 위한 예측 접근 방식을 지원합니다. 데이터센터 냉각수 품질 모니터링에 대해 자세히 알아보세요.

액체 냉각식 IT 하드웨어 보호에 사용되는 Deltabar PMD75 차압 트랜스미터 ©Endress+Hauser
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압력 측정을 통한 액체 냉각식 IT 하드웨어 보호

안정적인 압력 조건은 액체 냉각 시스템, 특히 콜드 플레이트와 퀵 커넥터가 압력 변동에 민감하게 반응하는 직접 칩(D2C) 아키텍처에서 매우 중요합니다. 비정상적인 압력 상태는 필터 막힘, 누설, 열교환기 오염, 펌프 성능 저하, 공기 유입 등을 나타낼 수 있습니다.

냉수 루프와 2차 액체 루프 전반에 걸친 연속적인 압력 모니터링을 통해 유압 안정성에 대한 실시간 정보를 확보할 수 있습니다. 엔드레스하우저의 Deltabar PMD75B 압력 트랜스미터Cerabar PMC21 압력 트랜스듀서는 조기 이상 감지, 이중화 아키텍처에서 안전한 펌프 전환 그리고 상태 기반 유지보수 전략을 지원합니다. 이를 통해 액체 냉각 환경에서 누설, 장비 손상, 예기치 않은 가동 중단의 위험을 줄일 수 있습니다.

정확한 유량 측정을 통한 데이터센터의 액체 및 냉수 냉각 성능 지원 ©Adobe Stock/Sashkin
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효율적인 액체 및 냉수 냉각의 기반이 되는 유량 측정

액체 냉각식 데이터센터에서 열 제거 용량은 콜드 플레이트, 후면 도어 열교환기, 냉각 분배 장치(CDU) 및 중앙 냉수 설비를 통과하는 냉각수의 질량 유량에 직접 비례합니다. 유량이 부족하면 칩 수준에서 국부적인 과열이 발생할 수 있으며, 반대로 유량이 과도하면 펌핑 에너지와 운영 비용이 증가합니다.

현대의 냉각 레이아웃은 짧은 배관부, 컴팩트한 매니폴드, 이중화 전환 중 빈번하게 발생하는 유량 방향 전환을 포함하는 경우가 많습니다. 이러한 조건은 IT 부하 가까이에 위치한 2차 액체 냉각 루프에서 일반적으로 나타납니다. Picomag Inline 같은 소형 전자 유량계는 압력 손실이나 직관부 요구 없이 정확한 양방향 유량 측정을 제공하기 때문에 이러한 용도에 적합합니다. 1차 냉수 분배 시스템에서는 Proline Promag W 300 같은 대형 전자 유량계가 칠러, 열교환기 및 메인 헤더 전반에 걸쳐 유압 밸런싱, 이중화 관리, 성능 모니터링을 지원합니다. 액체 냉각 용량이 홀 또는 캠퍼스 전반에 걸쳐 확장됨에 따라 신뢰할 수 있는 유량 데이터는 안정적인 냉각 성능 유지를 위한 필수 요소가 되고 있습니다.

현대 데이터센터 냉각 시스템용 유량 측정 기술

데이터센터의 에너지 효율적인 냉수 냉각을 위한 정확한 온도 측정 ©Adobe Stock/Erik Isakson/Blend Images
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에너지 효율적인 냉수 시스템 운영을 위한 온도 측정

온도는 액체 냉각식 및 냉수 기반 데이터센터 시스템에서 가장 중요한 제어 변수 중 하나입니다. 운영자는 열적 위험을 방지하기 위해 종종 냉각 시스템을 보수적으로 운영하는데, 이는 불필요한 과냉각과 에너지 소비 증가로 이어질 수 있습니다.

공급 및 환수 지점, CDU, 열교환기, 칠러 인터페이스에서의 정확한 온도 측정을 통해 운영자는 델타 T를 모니터링하고 냉각 용량을 더욱 정밀하게 조정할 수 있습니다. 이는 특히 외기 조건이 열 방출 효율에 영향을 미치는 경우에도 랙 수준의 액체 냉각이 안정적으로 유지되어야 하는 하이브리드 아키텍처에서 매우 중요합니다.

iTHERM ModuLine TM152, iTEMP TMT72, iTHERM SurfaceLine TM611 같은 엔드레스하우저의 산업용 온도 센서 및 트랜스미터는 다양한 유량 조건에서도 빠른 응답성과 장기적인 안정성을 제공합니다. 신뢰할 수 있는 온도 데이터는 더욱 정밀한 제어 전략을 가능하게 하여 운영자가 GPU 및 TPU 워크로드에 필요한 안전한 열적 여유를 유지하면서 에너지 소비를 줄일 수 있도록 지원합니다.

데이터센터 냉각 온도 측정의 복잡성 감소

실시간 성능 정보를 제공하는 데이터센터 모니터링 대시보드 ©Adobe Stock/Sashkin
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하이브리드 냉각 아키텍처 전반에 걸친 측정 일관성 유지

현대 데이터센터는 다양한 냉각 방식을 혼합하여 운영하는 경우가 많습니다. AI 워크로드를 지원하는 대규모 하이퍼스케일 시설은 액체 냉각과 냉수 시스템에 크게 의존하는 반면, 인터넷 트래픽을 처리하는 전통적인 데이터센터는 여전히 CPU 기반 부하에 공랭식 시스템을 사용합니다. 단일 시설 내에서도 여러 냉각 루프가 공존할 수 있습니다.

이러한 루프 전반에 걸쳐 유량, 온도, 압력 및 분석 계기 포트폴리오를 일관되게 사용하면 시운전, 문제 해결, 성능 최적화를 간소화할 수 있습니다. 엔드레스하우저의 계기를 사용한 표준화된 측정 방식은 액체 냉각 용량이 확장되는 경우에도 운영자가 투명성과 확장성을 유지할 수 있도록 지원합니다.

Netilion 서비스를 이용해 태블릿으로 설비 데이터를 분석하는 엔지니어들 ©Endress+Hauser
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디지털 연결성과 운영 가시성

액체 냉각식 데이터센터 인프라에는 단순한 현장 측정 포인트 그 이상이 필요합니다. 운영자가 선제적인 의사결정을 내리고 안정적인 냉각 성능을 보장하기 위해서는 계기 상태, 진단 정보, 과거 추이를 한눈에 파악할 수 있는 중앙 집중식 모니터링 시스템이 필요합니다.

Netilion 디지털 서비스는 분산된 냉각 설비 전반에 걸쳐 계기 상태 정보, 문서, 수명주기 데이터를 통합하여 이러한 중앙 집중식 접근을 지원합니다. Netilion은 유량계, 분석 계기, 트랜스미터를 연결함으로써 냉수 및 액체 냉각 시스템에서 운영 투명성을 향상시키고, 수작업을 줄이고, 장기적인 측정 신뢰성을 보장합니다.

엄격한 사이버보안 요구사항을 충족하기 위해 많은 데이터센터 운영자는 데이터 교환을 단방향 통신으로 제한하고 전송되는 정보를 계기별 진단 데이터로 한정합니다. 이러한 접근 방식은 제어 시스템과의 직접적인 상호작용을 차단하여 위험을 최소화합니다. Netilion과 같은 계기-대시보드 아키텍처는 제어 계층으로의 터널링을 피함으로써 이러한 전략을 뒷받침합니다. 대신 데이터는 모니터링 및 분석을 위해 클라우드 기반 인터페이스로 안전하게 전송됩니다. 이 접근 방식은 연결 경로를 최소화함으로써 원격 진단과 효율적인 유지보수 계획을 지원하면서도 공격 표면을 줄여줍니다.

액체 분석용 Memosens 센서를 조립하는 기술자 ©Endress+Hauser
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데이터센터의 OEM 및 시스템 통합업체를 지원하는 엔드레스하우저

엔드레스하우저는 수십 년에 걸쳐 축적된 측정 전문성과 증가하는 속도 및 정밀도 요구를 충족하는 맞춤형 서비스를 결합하여 데이터센터의 OEM 및 시스템 통합업체를 지원합니다. 70년 이상의 경험을 바탕으로 혹독한 산업 환경과 클린룸 수준의 데이터센터 환경 모두에 적합한 신뢰성 높은 측정 솔루션을 제공하여 일관된 냉각 및 에너지 시스템 성능을 보장합니다.

엔드레스하우저는 액체 분석, 압력, 유량, 온도를 포괄하는 종합적인 포트폴리오를 통해 핵심 프로세스의 정밀한 모니터링과 제어를 지원하여 가동 중단을 줄이고 시스템 효율을 최적화합니다. 또한 파트너가 촉박한 프로젝트 일정에 대응할 수 있도록 높은 제품 공급 가용성을 유지하고, 계기 재고 프로그램을 운영하고, 사전 교정 계기를 제공하여 시운전 기간을 단축하고 운영 비용을 최소화합니다. 엔드레스하우저는 글로벌 네트워크를 통해 전 세계적으로 일관된 성능을 보장하고, 현지 지원 조직을 통해 신속한 대응과 전문적인 기술 지원을 제공합니다.

또한 엔지니어링 컨설팅과 시운전 서비스를 통해 복잡한 인프라나 기존 인프라와의 통합을 지원하여 위험을 최소화하고 장기적인 신뢰성을 제공합니다. 엔드레스하우저는 유틸리티 소비량의 정확한 모니터링을 통해 냉각 성능을 최적화하고 자원 효율성을 높임으로써 확장 가능한 고성능 데이터센터 솔루션을 제공하는 신뢰할 수 있는 파트너로 거듭나고 있습니다.

주요 제품 특징

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FAQ

데이터센터 액체 냉각에 관한 주요 질문

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미주

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