AI 전력 소비 2030년엔 전체 '최대 8%'…"전력 공급망 혁신해야"

아담 화이트 인피니언 테크놀로지스 파워 시스템 사업부 사장은 5일 서울 삼성동 인피니언코리아 오피스에서 기자간담회에서 발언을 하고 있다. (사진=인피니언)

[이데일리 한광범 기자] 인공지능(AI)이 고도화될수록 데이터센터의 경쟁력은 연산 성능뿐 아니라 전력을 얼마나 효율적으로 공급하느냐에 달려 있다는 진단이 나왔다. GPU의 소비전력이 급증하면서 기존 전력 공급 체계로는 감당하기 어려운 수준에 접근하고 있다는 것이다. 전압을 높여 전력 손실을 줄이는 800V 직류(DC) 전환이 AI 인프라의 핵심 과제로 떠올랐다.

아담 화이트 인피니언 테크놀로지스 파워 시스템 사업부 사장은 5일 서울 삼성동 인피니언코리아 오피스에서 열린 기자간담회에서 “현재 전 세계에서 생산되는 전력의 약 3%가 데이터센터에서 사용되고 있다”며 “2030년에는 7~8%까지 높아질 것으로 예상한다. 이는 인도 전체가 소비하는 전력량에 맞먹는 수준”이라고 말했다. 그는 전력 효율화를 위해선 전력 생산과 송전부터 데이터센터 내부의 서버, GPU와 CPU에 이르기까지 전력 공급 구조 전체를 혁신해야 한다고 강조했다.

화이트 사장은 과거 데이터센터 서버 랙당 전력 소비가 10~30kW 수준이었지만 현재는 100~150kW 수준으로 높아졌다고 설명했다. 최근에는 670kW 규모의 설계까지 등장하고 있다. GPU 한 개의 소비전력이 1000W에서 2000W 이상으로 늘면서 필요한 전력량이 빠르게 증가한 결과다. 궁극적으로 업계가 지향하는 목표는 랙당 1MW 이상이다. 전력 수요 급증에 대응해 공급 체계의 효율을 높이는 것이 중요한 과제로 떠오른 셈이다.

전압 높이고 변환 줄인다…AI 인프라의 전력 혁신

화이트 사장은 “전력 손실은 공급 과정의 모든 단계에서 발생한다. 변환 단계를 줄일수록 손실을 낮출 수 있다”며 “업계가 800V DC로 이동하는 이유도 중간 변환 단계를 줄일 수 있기 때문”이라고 설명했다. 전압을 높이면 같은 전력을 보내는 데 필요한 전류가 낮아지고, 이에 따라 전력 손실도 줄어든다.

그는 데이터센터의 전력 체계를 세 단계로 구분했다. 기존 서버 랙 내부의 전원공급장치(PSU)를 활용하는 1세대에서, 연산·네트워킹용 랙과 전력 공급용 별도 장치인 ‘사이드카’를 나누는 2세대로 진화한다. 궁극적으로 3세대에서는 하이브리드 마이크로그리드를 활용해 랙당 1MW 이상의 전력을 공급한다는 구상이다. 중간 단계인 2세대만으로도 랙당 500~700kW 전력 공급이 가능할 것으로 내다봤다.

이러한 변화는 GPU 성능 향상뿐 아니라 AI 활용 방식의 변화와도 맞물려 있다. 화이트 사장은 “에이전틱 AI가 확산하면서 GPU뿐 아니라 CPU가 수행하는 작업도 늘어난다”며 “과거 GPU와 CPU의 비율이 8대 1이었다면 새로운 설계에서는 4대 1, 나아가 1대 1까지 바뀌고 있다”고 말했다. 그는 CPU 소비전력 역시 500~1000W에 이를 수 있다며 CPU 시장의 빠른 성장을 예상했다.

아담 화이트 인피니언 파워 시스템 사업부 사장(오른쪽)과 전성호 솔루엠 대표가 AI 데이터센터용 고전압 직류(HVDC) 전력 솔루션 분야 협력 강화를 위한 업무협약(MOU) 체결 후 기념 촬영을 하고 있다. (사진=인피니언)

전력 공급 장치 자체도 바뀌고 있다. 기존 기계식 변압기를 대체할 반도체 변압기(SST)는 크기와 무게를 줄이면서 효율을 개선하는 방향으로 개발되고 있다. 반도체 차단기(SSCB)는 고장 회로의 초고속 격리, 지능형 부하 분산, 원격 진단·제어가 장점이다. 다만 800V DC 확산에는 기술뿐 아니라 안전 인증과 UL 승인 등 제도적 과제도 남아 있다고 화이트 사장은 짚었다.

Si·SiC·GaN 모두 확보…한국 기업들과 협력 확대

인피니언이 내세운 강점은 전력반도체 소재와 시스템 솔루션을 폭넓게 갖추고 있다는 점이다. 화이트 사장은 실리콘(Si)은 비용 대비 성능, 실리콘카바이드(SiC)는 고출력·고온 환경의 신뢰성, 질화갈륨(GaN)은 고주파 스위칭과 소형화에 각각 강점이 있다고 설명했다. 세 소재를 모두 보유해 고객의 설계에 맞게 조합할 수 있다는 것이다.

이를 바탕으로 인피니언은 서버 PSU 분야에서 8~30kW 제품군을 제시하고, 향후 800V DC 전환에 따라 3상 PSU 비중이 확대될 것으로 전망했다. GPU 가까이에서 전력을 공급하는 초박형 수직 전력 모듈은 두께가 3mm 미만이다. 2024년 제곱밀리미터당 1A 수준인 전류 공급 밀도를 2027년 2A, 2028년에는 4A 이상으로 높이겠다는 기술 로드맵도 공개했다.

이와 함께 전력 수요가 급변할 때 대응하는 배터리 백업 시스템(BBU)과 고전압을 서버 내부에 필요한 전압으로 낮추는 중간 버스 컨버터(IBC)도 제공한다. 전력 변환 효율을 높이는 것은 냉각 부담을 줄이는 데에도 중요하다. 화이트 사장은 “각 변환 단계의 효율을 높이면 발생하는 열이 줄고 열 관리 부담도 낮아진다”고 설명했다. 특히 GPU에 가까운 전력 공급 단계일수록 적절한 솔루션을 사용하지 않으면 상당한 전력 손실이 발생할 수 있다고 지적했다.

국내 기업과의 협력도 구체화했다. 인피니언은 이날 솔루엠과 AI 데이터센터용 고전압 직류(HVDC) 전력 솔루션 협력을 강화하는 업무협약(MOU)을 체결했다. IBC, BBU, 서버용 PSU 등 3개 분야에서 협력 범위를 확대한다. 인피니언은 초기 설계 단계부터 반도체 솔루션과 레퍼런스 디자인, 기술 지원을 제공하고 솔루엠은 전력 모듈 설계·제조 역량을 결합한다.

화이트 사장은 “솔루엠과 최신 설계를 통해 효율성을 개선하기 위해 협력하고 있다”고 밝혔다. 이와 함께 효성중공업과는 HVDC 분야에서 협력하고 있으며, LS일렉트릭과는 SST와 SSCB 분야에서 협력을 추진하고 있다고 소개했다.