에머슨이 개발한 에너지 효율화 최적화 모델 ‘에너지 로직’ , 에너지 소비 50% 이상 절감
증가하는 데이터 센터 에너지 소비와 상승하는 에너지 비용이라는 이중의 영향 때문에 비용 감축, 용량 관리 및 환경 책임 이행을 위한 전략으로서 데이터 센터 효율의 중요성이 높아졌다.
데이터 센터의 에너지 소비가 증가하는 이유는 거의 모든 조직에 컴퓨팅 용량 및 IT 중앙집중화의 증가가 요구되기 때문이다. 이러한 현상이 본격적으로 일어난 2002년에서 2006년 사이에 전 세계의 전기 가격은 56%나 증가했다. 재정적 영향도 커서, 미국의 연간 데이터 센터 전력비는 현재 무려 33억 달러에 이를 것으로 추정된다.
데이터 센터 효율성 개선 = 이러한 추세는 데이터 센터의 용량에도 영향을 끼친다. 데이터 센터 관리자의 유력 업체인 Data Center Users Group(DCUG)이 2007년 가을에 실시한 설문조사에 따르면, 응답자의 46%가 성장을 제한하는 주 요인으로 다른 무엇보다 먼저 전력 한계를 꼽았다.
재정 및 용량뿐만 아니라 데이터 센터 에너지 사용의 감축은 조직들이 환경에 관한 문제를 줄이기 위해 가장 우선적으로 추진하는 목표가 되었다.
데이터 센터 효율의 개선이 가능하다는 데에는 모든 이해 주체들의 의견이 대체로 일치한다. 미국 의회 보고에서 환경보호청(EPA)은 모범 사례를 따를 경우 2011년까지 데이터 센터의 에너지 소비를 50% 줄일 수 있다는 결론을 내렸다.
EPA 보고에는 로렌스버클리 국립연구소(Lawrence Berkeley National Lab.)가 파악한 10대 에너지 절약 모범 사례(Top 10 Energy Saving Best Practices) 목록이 포함되었다. Emerson Network Power를 포함한 다른 단체들도 유사한 정보를 배포했으며 일부 모범 사례를 채택하고 있다는 증거가 있었다.
2007년 춘계 DCUG 조사에서는 응답자의 77%가 냉각장치 효율을 높이기 위해 뜨거운 통로와 차가운 통로를 분리한 방식(hot-aisle/cold-aisle)으로 데이터 센터를 이미 배치했고, 65%가 뜨거운 공기의 재순환을 최소화하기 위해 블랭킹 패널(blanking panel)을 사용하며, 56%가 냉각 손실을 방지하기 위해 이중마루를 막았다고 응답했다.
데이터 센터 냉각장치는 많이 발전했지만, 데이터 센터 시스템 전체에 걸친 효율에 대한 공급업체 중립적인 평가는 미흡한 실정이다. 따라서 데이터 센터 관리자가 효율 개선 활동의 우선순위를 정하고 모범 사례를 자체의 데이터 센터 장비나 운영 방식에 맞게 변화시켜 적용하기가 어려웠다. 이 연재의 끝부분에서는 정량적인 분석을 바탕으로 데이터 센터의 에너지 소비를 50% 이상 절감할 수 있는 전체적인 에너지 절감 접근방식을 요약한다.
데이터 센터 에너지 소비 = 에너지 절감 기회의 우선순위를 설정하는 첫 단계는 데이터 센터 에너지 소비를 확실히 이해하는 것이다. Emerson Network Power는 전형적인 465㎡(약 140평) 데이터 센터의 에너지 소비를 모델링하고 시설 내에서 에너지가 사용되는 방법을 분석했다. 그런 다음 에너지 사용을 '수요 측면'과 '공급 측면'으로 분류했다.
수요 측면 시스템은 서버, 스토리지, 통신 및 업무를 지원하는 기타 IT 시스템이다. 공급 측면 시스템은 수요 측면을 지원하기 위해 존재한다.
이 분석에서 수요 측면 시스템은 프로세서, 서버 전원 공급장치, 기타 서버 구성품, 스토리지 및 통신 장비를 포함하며 총 소비의 52%를 차지한다. 공급 측면 시스템은 UPS, 분전장치, 냉각, 조명 및 건물 전력분배장치로 구성되며 전체 소비의 48%를 차지한다.
여기서 유의할 점은 모든 데이터 센터가 서로 다르고 절감 가능성도 시설마다 달라질 수 있다는 것이다. 그러나 최소한 이 분석에서는 데이터 센터 에너지 감축 전략에 대해 우선순위를 구별할 수 있는 비교를 제공한다. 전력 수요와 공급의 구별은 수요 측면의 에너지 사용 감축이 공급 측면에 직결되기 때문에 중요하다
예를 들어, 에너지 소비를 분석하는 데 사용된 465㎡(약 140평) 데이터 센터에서 서버 부품 수준(프로세서, 메모리, 하드 디스크 등)의 소비를 1와트 절감하면 전원장치, 분전장치, UPS 시스템, 냉각장치 및 건물 전원분배장치와 중간 전압 변압기에서 추가로 1.84와트를 절약할 수 있다. 결론적으로 프로세서 수준에서 절감할 수 있는 전력 1와트당 약 2.84와트의 설비 전력 절감 효과를 얻는다.
에너지 로직 접근방식 = 에너지 로직은 가장 큰 영향을 끼친 순서대로 가장 큰 잠재력을 보여 준 10대 기술과 모범 사례를 적용해 가는 순차적 에너지 비용 절감 접근방식을 택한다.
순서가 중요하긴 하지만 에너지 로직은 이전 단계를 완료된 후에만 다른 단계를 수행할 수 있는 단계별 접근을 의도한 것은 아니다. 에너지 로직에 포함된 에너지 절감 대책은 하나의 지침으로만 생각해야 한다.
많은 조직들이 이미 특정 순서의 완료 후 몇 가지 측정을 수행했을 수도 있고, 성장을 가로막는 기존의 구속조건을 제거하기 위해 이 순서들 중 몇 가지 기술을 구현해야 할 수도 있다.
에너지 로직의 첫 단계는 저전력 프로세서와 고효율 전원장치의 에너지 효율을 이용하는 IT 장비 조달 정책을 수립하는 것이다. 이러한 기술이 새로운 장비에 적용될 때, 비효율 서버를 점차 효율이 더 좋은 장치로 교체하여 데이터센터 에너지 최적화를 위한 튼튼한 기초가 다져질 것이다.
전원 관리 소프트웨어는 에너지 비용을 줄일 수 있는 큰 잠재력을 가지고 있기 때문에, 특히 최대 이용률과 평균 이용률 간에 차이가 큰 데이터 센터의 경우 에너지 최적화 전략의 일부로 고려해야 한다. 그 외 장비는 응답 시간에 대한 우려 때문에 전원관리를 채택하지 않을 수도 있다.
업계에는 전원 관리 능력을 강화할 수 있는 여러 툴을 제공하고 있다. 다음 단계에는 효율고려뿐만 아니라 에너지 소비에 영향을 주는 아래와 같은 IT 프로젝트가 포함된다.
● 블레이드 서버
● 서버 가상화
이러한 기술은 데이터 센터 관리에 대한 '모범 사례'로 등장했으며 데이터 센터의 효율, 성능 및 관리효율성을 최적화하는 데 기여한다. 정책과 계획에 의해 IT 시스템이 최적화되면 다음의 초점은 공급 측면의 시스템으로 이동한다. 인프라 최적화에 대한 가장 효과적인 접근방식은 다음과 같다.
● 쿨링 모범 사례
● 415V AC 전원 분배
● 가변 용량 냉각
● 보조 냉방
● 모니터링 및 최적화
Emerson Network Power는 이 조치들을 개별적으로, 그리고 에너지 로직 순서의 일부로 수행했을 때 달성할 수 있는 절감 효과를 수치로 표현해 보았다. 공급 측면 시스템의 절감은 에너지 로직의 일부로 수행할 경우 작은 부하를 지원하기 때문에 더 작아 보인다.
에너지 소비 절감, 성장의 제약조건 제거 = 모델 데이터 센터에 에너지 로직 접근방식을 채택한 결과 성능이나 가용성을 희생하지 않고 에너지 사용이 52% 감소했다.
에너지 로직 접근방식을 개발하는 데 사용된 465㎡(약 140평) 데이터 센터 모델은 최적화되지 않은 상태에서는 총 588kW의 전산 부하와 총 1127kW의 설비 부하를 지원했다. 여기에 선보인 최적화 전략을 실시한 후, 이 설비는 훨씬 적은 전력과 공간을 사용하여 같은 수준의 성능을 낼 수 있도록 변화되었다. 즉, 총 전산 부하가 367kW로 감소했으며, 랙 밀도는 랙당 2.8kW에서 랙당 6.1kW로 증가했다.
이에 따라 전산 부하를 지원하는 데 필요한 랙 수가 210개에서 60개로 감소했으며 성장을 저해하던 전원, 냉각 및 공간적 제약이 제거되었다. 총 에너지 소비는 542kW로 감소했으며 IT 장비에 필요한 총 점유 면적은 65% 감소했다.
에너지 로직은 모든 유형의 데이터 센터에 적합하지만, 구현하는 순서는 설비 유형에 따라 달라질 수 있다. 24시간 내내 높은 이용률로 가동되는 시설은 저전력 프로세서와 고효율 전원장치 등 IT 장비 공급에 대한 초기 노력에 초점을 맞추는 것이 좋다. 최대 사용량을 예측할 수 있는 시설에서는 전원 관리 기술을 이용할 때 최대의 효과를 얻을 수 있다.
신일섭/한국에머슨네트워크파워
Alex.Shin@Emerson.com