기준일을 100으로 놓고 그린 선입니다. 통화가 서로 달라 지수로 겹쳤습니다.
어느 순간부터
공기로는 못 식힌다
서버가 쓴 전기는 전부 열이 됩니다. 그 열을 밖으로 실어 내는 게 냉각인데, 실어 내는 짐꾼이 공기냐 물이냐에 따라 필요한 양이 3,456배 차이 납니다. 랙 하나가 10 kW 이던 시절에는 바람으로 충분했습니다. 그런데 AI 가속기가 들어오면서 랙이 100 kW를 넘기 시작했고, 그때부터 바람은 태풍이 되어야 합니다. 아래 손잡이를 올리면 그 지점이 그대로 계산됩니다.
손잡이
풀고 있는 식
V̇ = Q / (ρ·cp·ΔT) 부피로 고치면 분모가 부피당 열용량이 된다.
공기 ρcp = 1,206 J/m³K · 물 ρcp = 4,167,460 J/m³K 여기서 3,456배가 나온다. 이 한 줄이 이 조각의 전부다.
v = V̇ / A 랙 전면 넓이로 나누면 지나가는 속도.
P팬 ∝ V̇3 압력손실이 유량의 제곱이라, 전력은 세제곱으로 는다.
왜 허리가 잘록한지 돌려 본다
냉각탑은 왜 그 모양일까요. 아래가 넓어 공기를 많이 받고, 허리에서 좁아져 속도가 붙고, 위에서 다시 넓어져 빠져나갑니다. 굴뚝이 아니라 공기 펌프입니다.
뜨거운 물이 위에서 뿌려지고, 아래에서 들어온 공기가 그것을 증발시키며 데워집니다. 데워진 공기는 가벼워서 저절로 올라갑니다 — 팬이 없어도 됩니다.
잘록한 허리가 공기를 빨아올리는 목입니다. 그리고 이 모양은 직선 기둥으로 만들 수 있어 공사도 쌉니다 — 쌍곡면은 곧은 막대를 비스듬히 겹쳐 만드는 곡면이기 때문입니다.
비례는 보이기 위한 것입니다. 실제 대형 탑은 높이 100m 를 넘습니다.
실물은 이렇게 생겼다
위 화면의 파란 알갱이와 초록 알갱이가 실제로 어떤 물건인지 봅니다.
① 바람을 만들려면 이만큼이 필요하다
벽을 따라 늘어선 흰 캐비닛이 전산실 전용 에어컨(CRAC)입니다. 서버가 아니라 서버를 식히는 기계가 이만큼 자리를 차지합니다.
바닥을 보세요. 타일이 들린 이중바닥이고, 군데군데 구멍 뚫린 타일이 있습니다. 찬 공기는 저 바닥 밑 공간을 지나 구멍으로 올라와 랙 앞면으로 들어갑니다 — 바닥 전체가 공기가 다니는 길입니다.
위 계산에서 랙 하나에 필요한 공기가 초당 몇 세제곱미터로 나오는 이유가 이것입니다. 공기는 열을 조금밖에 못 실으니 많이, 빨리 보내야 하고, 그 길과 기계가 건물의 일부가 됩니다.
② 아예 담가 버린 쪽
같은 서버를 액체에 통째로 담근 것입니다(액침 냉각). 위에서 내려다본 탱크이고, 기판이 세로로 꽂혀 있고 노란 광케이블만 밖으로 나옵니다.
여기엔 팬이 없습니다. 위 화면에서 「물로」를 눌렀을 때 팬 전력이 0에 가깝게 떨어지는 게 이 이야기입니다 — 열을 실어 낼 짐꾼이 충분히 무거우면 세게 불 필요가 없습니다.
다만 정직하게 덧붙이면, 요즘 AI 랙이 가는 길은 이 완전 액침보다는 칩에만 물길을 대는 방식(직접 액랭)이 주류입니다. 기존 랙과 정비 방식을 덜 바꾸기 때문입니다. 공기를 포기했다는 점은 같습니다.
그래서 물로 갔다
2024년부터 나온 AI 가속기 랙은 물을 칩까지 직접 끌고 옵니다(직접 액랭). 예전에는 물을 전산실 안에 들이는 걸 꺼렸습니다 — 새면 큰일이니까요. 그 부담을 감수할 만큼 공기가 먼저 한계에 닿은 것입니다.
바꿔 말하면 이건 취향 문제가 아니었습니다. 위 식에 랙 전력을 올려 보세요. 어느 지점부터 공기 쪽 숫자가 현실에서 만들 수 없는 값이 됩니다. 그 자리가 업계가 물로 넘어간 자리입니다.
바람이 먼저 무너진다
랙 전력을 5 kW 부터 150 kW 까지 훑으면서 랙 앞면을 지나는 공기 속도를 그린 것입니다. 온도차는 위 손잡이 그대로입니다. 붉은 선(3 m/s)은 실무에서 더 올리기 어려운 자리입니다 — 소음과 진동, 그리고 팬 전력이 속도의 세제곱으로 불기 때문입니다. 물 쪽 선은 같은 그림에서 바닥에 붙어 움직이지 않습니다.