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표준화 모듈식 설계, 데이터센터 요구 ‘만족’
데이터센터 냉각 아키텍처②
2009년 03월 02일 00:00:00 데이터넷 kang@datanet.co.kr
지난호에서는 데이터센터 냉각 방식에 있어 랙 단위 아키텍처와 열(row) 단위 아키텍처, 룸 단위 아키텍처에 대해 알아봤다. 전통적인 룸 단위 방식은 밀도와 가변성이 높은 새로운 IT장비의 요구를 제대로 반영하지 못하기 때문에 랙과 열을 단위로 한 새로운 냉각방식이 부상하고 있다. 이번 호에서는 3가지 냉각 아키텍처의 성능특성을 실제 데이터센터의 설계와 운영에 영향을 미치는 문제들과 연결시켜 판단할 수 있도록 데이터센터의 과제별로 높은 효과가 나타나는 아키텍처를 분류해 알아본다.<편집자>





천재홍 APC코리아 상무 / jchun@apcc.com

연재순서
1. 다양한 방식의 냉각 아키텍처
2. 예측과 밀도 향상을 위한 냉각 아키텍처(이번호)
3. 냉각 효율성 향상을 위한 다양한 추가 지원 요소

데이터센터 관리자를 대상으로 한 설문 조사에 따르면 차세대 데이터센터의 과제는 ▲신속성 ▲시스템 가용성 ▲총소유비용(TCO) ▲서비스 용이성 ▲관리 용이성 등이 있다.이번호에서는 각각의 냉각 아키텍처가 어떻게 문제를 해결하는지 집중적으로 살펴본다.

랙·열 방식, 모듈방식으로 신속성 향상
데이터센터의 신속성과 관련, 증가하고 있으나 예측할 수 없는 전력 밀도에 대한 계획을 수립하는데 적합한 냉각방식으로는 모듈 방식의 랙 단위와 열 단위 설계가 효과가 있는 것으로 나타난다. 랙 방식은 특정 밀도에 맞춰 랙 단위로 증축할 수 있으며, 열 방식은 열 단위로 증축할 수 있기 때문. 룸 방식은 전력밀도가 변경되면 변경이 복잡하며, 일반적으로 요구되는 것 이상으로 설치돼야 한다.

맞춤식 설치에 필요한 엔지니어링 작업을 축소하는 데에는 랙 방식이 적합한 것으로 나타난다. 랙은 룸으로 인한 영향이 없으며, 랙 배치를 임의로 결정할 수 있다. 열 방식은 표준 설계에 따라 열을 배치하는 경우 룸 상황에 영향을 받지 않으며, 간단한 도구로 구성할 수 있어 룸 방식보다 효과가 있다. 룸 방식은 각각의 룸마다 복잡한 분석이 필요하기 때문에 맞춤형으로 설치할 때도 복잡한 엔지니어링이 필요하다.

전력량이 지속적으로 변화하거나 어떠한 전력 밀도에도 적응할 수 있는 능력을 가진 방식은 열 단위 방식이다. 이 방식은 냉각용량을 효과적으로 결정할 수 있으며, 하나의 랙 그룹에서 냉각용량을 공유할 수 있다. 랙 방식은 사용되지 않고 남은 냉각 용량을 다른 랙에서 사용할 수 없다. 룸 방식은 작은 변화로도 과열 상태를 야기할 수 있기 때문에 전력밀도가 변화할 경우 효과가 떨어진다.

기존 공간에 냉각 용량 추가할 때도 열 단위 방식이 유용하다. 이 방식은 기존 냉각 시스템과 완전히 별개의 새로운 장비를 추가할 수 있으며, 냉각 시스템을 추가할 때 마다 전체 열의 밀도를 늘릴 수 있다. 랙 단위 방식은 냉각 용량의 제한을 받으며 룸 방식은 기존 냉각시스템의 가동을 중단해야 하는 경우가 발생할 수 있다.

룸 단위 방식은 재구성 작업을 최소화할 수 있는 유연한 냉각 시스템을 구축하는데 있어서 탁월한 효과를 발휘한다. 전력 밀도가 3kW 미만인 경우 바닥 타일을 신속하게 재구성해 냉각공기 공급패턴을 변경할 수 있기 때문이다.

랙 방식은 랙의 개량 작업이 필요하거나 새로운 아키텍처에 맞추기 위해 IT 장비를 이동해야 한다. 열 방식은 새로운 아키텍처로 변경하려면 랙 열(row) 사이의 공간을 늘리거나 천장과의 거리를 늘려야 한다.

부분과열 제거에는 랙 방식 탁월
가용성에 있어서 부분 과열(hot spot)을 제거하기에 랙 방식이 탁월하다는 데에는 이견이 없다. 랙 방식이나 열 방식 모두 열 발생 지점에서 가장 가까운 위치에 열 제거 장치가 배치되므로 공기의 혼합이 없다는 장점을 갖는다. 랙 방식은 이에 덧붙여 공기 흐름이 랙 안에서 완전히 통제되기 때문에 가용성을 더 높일 수 있다. 반면 룸 단위 방식은 급기 및 배기 경로에서 공기가 혼합되므로 공기 흐름을 서로 구분하기 위해 덕트 작업이 필요하다.

필요한 경우 이중화를 확보할 수 있는가의 문제를 살펴보면 열 단위 방식이 N+1 용량을 공유할 수 있어 효과적이다. 랙 방식은 각 랙마다 2배수의 냉각 용량이 필요하며, 대부분의 랙 냉각 시스템은 이중화 기능을 갖고 있지 않다. 룸 단위 방식은 장애 모드를 모델링하려면 복잡한 분석이 필요하며, 각 시설에 맞는 이중화가 요구된다.

랙 전면부 온도가 급상승 되는 것을 방지하기 위해 랙 방식과 열 방식은 열을 랙 뒷면으로 흡수해 차가운 공기와 혼합시킨다. 룸 방식은 열을 제거하거나 냉기 공급이 충분하지 못한 경우 더운 공기가 랙 전면부로 재순환될 수 있어 효과적이지 않다.

누수방지는 열 단위 아키텍처가 효과적이다. 랙 방식은 파이프 배선과 배수 지점이 더 많이 필요하며, 룸 방식은 혼합공기가 환류되면서 수분이 쉽게 응결돼 이러한 습기를 제거해야 할 필요성이 높아진다.

사용자 오류를 최소화할 수 있는 방식은 표준화된 솔루션이 체계적으로 문서화 돼 있는 랙 방식과 열 방식이 효과적이다. 룸 방식은 시스템이 고유한 방식으로 제작되기 때문에 고도의 전문성을 갖춘 숙련된 관리자가 필요하다.

열 방식, TCO 향상위한 과제 높아
총소유비용(TCO)를 높이기 위한 과제를 살펴보면 열 단위 방식이 모든 과제에 만족스러운 결과를 보인다. ‘투자 및 가용공간 최적화’에 열 단위 아키텍처의 효과가 뛰어나다. 설치된 용량에 좀더 근접하도록 냉각 요구량(전력 로드)을 조정할 수 있기 때문이다. 랙 방식의 경우 랙마다 전용 시스템이 설치돼 설비 과잉과 용량 낭비 문제가 발생할 수 있으며, 룸 단위 방식은 시스템 성능과 효과를 예측하기 어려워 과잉 설비가 잦아질 수 있다.

데이터센터를 빠르게 구축하기 위해서는 랙 방식과 열 방식 모두 추천된다. 시스템을 사전에 시뮬레이션한 후 제작하므로 계획이나 엔지니어링 작업을 줄일 수 있다. 룸 방식은 필요 이상의 엔지니어링 작업이 필요할 수 있다.

서비스 계약 비용을 절감하는 데에는 열 방식이 추천된다. 랙 방식은 랙 인클로저에 1:1로 구성하기 때문에 유닛 수가 늘어날 수 있다. 룸 방식은 맞춤식 구성요소를 위한 특수한 서비스 계약이 필요하기 때문에 다른 방식에 비해 비효율적이다.

냉각 시스템 향상에 대한 투자회수율(ROI)을 따져보면 부품을 표준화해 시스템 성능을 정확히 측정할 수 있는 랙 방식과 열 방식 모두 효과가 높다. 룸 방식은 고객의 주문에 따라 제작된 솔루션이기 때문에 성능을 예측하기 어렵다.

장비에 맞는 용량을 할당해 운영 효율을 극대화시키기 위해서는 열 방식이 추천된다. 랙 방식은 냉각 시스템 과잉 설비나 용량이 낭비되는 문제가 발생할 수 있다. 룸 방식은 공기 전달 문제로 과잉 설비가 불가피하며, 실내 크기와 이중마루의 깊이에 따라 바닥 아래 공기 전달을 위한 압력 요구사항이 달라진다.

랙·열 방식, 표준화된 모듈식 설계로 서비스 용이
서비스 용이성에 있어 가장 기초적인 과제로 꼽히는 MTTR(수리 시간 및 기술자 도착, 진단, 부품 도착에 소요된 시간의 합)을 위해서는 열 단위 방식이 가장 효과적인 것으로 나타난다. 모듈식 부품이므로 다운타임을 줄일 수 있으며, 시스템 성능에 영향을 주지 않고 정비할 수 있도록 N+1 용량 또는 초과 용량을 배치할 수 있기 때문이다.

랙 단위 방식은 시스템 정비와 보수를 위해 2배수의 이중화가 필요하다. 룸 방식은 예비 부품이 신속하게 공급되기 어려우며, 숙련된 기술자가 필요하다. 복잡한 시스템을 단순화 하는 것은 표준화된 부품을 사용하는 랙 방식과 열 방식이 모두 효과적인 것으로 나타난다. 룸 방식은 시스템 조작이나 정비에 숙련된 전문인력이 필요하다.

서비스 절차를 단순화하는 것이나 호환성을 위한 인터페이스를 최소화 하는 것도 랙·열 방식이 효과적이다. 룸 방식은 일상적인 정비를 실시할 때도 관련 없는 서브시스템을 해체해야 하고, 시스템을 설치한 후 일부 구성요소에는 서비스를 위한 접근이 용이하지 않는 경우가 발생하며, 고도로 숙련된 기술자를 필요로 하는 정비 작업이 많다. 여러 공급업체의 서브시스템으로 구성된 솔루션이기 때문에 호환성 문제에서도 인터페이스를 간편하게 줄이기 어렵다.

과거 문제를 통해 학습한 내용을 시스템 전체에 공유하는 문제에 있어서는 랙 방식이 탁월하다. 하나의 랙과 냉각 장비가 연동하는 표준화된 블록식 방식으로 학습효과를 극대화 할 수 있다. 열 단위 방식은 상호 작용이 적은 표준화된 블록식 방식으로 학습이 향상되지만 학습 대상 시스템의 숫자는 적다. 룸 방식은 각기 고유한 바닥 배치로 인한 고유의 문제점이 있어 학습이 제한적이다.

랙 방식, 관리 용이성 가장 높아
관리 용이성에 있어 시스템 메뉴가 명료하게 구성되고 이동이 간편해야 한다는 과제를 충족시킬 수 있는 랙 단위 방식과 열 단위 방식이 모두 추천된다. 룸 방식은 설정 변경이 많아 메뉴 구조가 복잡하고, 높은 수준의 서비스 교육이 필요하다.

 방식과 열 방식은 장애 예상 분석도 탁월한 효과를 발휘한다. 랙 방식은 현재 및 미래의 성능에 대한 실시간 모델링 기능을 제공하며, 열 방식은 제한된 제어 효과로 현재 또는 미래의 성능에 대한 실시간에 가까운 모델링이 가능하다. 룸 방식은 룸마다 효과가 다르기 때문에 현재 또는 미래의 성능에 대한 실시간 모니터링이 사실상 불가능하다.

냉각 성능 데이터를 제공하고, 집계 및 요약하는 데는 랙 단위 냉각방식이 효과적이다. 랙 단위 냉각 용량 정보를 실시간으로 파악하여, 열 단위의 냉각방식보다 더 세분화된 냉각 용량 정보를 파악할수 있다. 룸 단위 방식은 랙 단위 또는 열 단위의 냉각 용량 정보를 얻을 수 없다. 이상과 같이 랙 단위, 열 단위, 룸 단위 아키텍처의 비교 분석을 통해 다음과 같은 결론을 얻을 수 있다.

- 모듈식 랙 단위 아키텍처는 유연성이 가장 우수하고 빠른 구축이 가능하며 밀도를 획기적으로 높일 수 있으나 비용이 추가로 발생한다.
- 룸 단위 냉각 아키텍처는 유연성이 부족하고 구축에 오랜 시간이 걸리며 밀도가 높은 경우 성능이 좋지 않지만 밀도가 낮은 경우에는 비용이 덜 들고 단순하다는 장점이 있다.
- 모듈식 열 단위 아키텍처 구조는 유연성, 구축 속도, 밀도 등 랙 단위 방식의 이점을 다수 갖고 있으면서도 비용은 룸 단위 아키텍처와 유사하다.
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