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액침냉각

액침냉각

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액침냉각 개념

액침냉각(Immersion Cooling)은 전통적인 공기냉각 방식 대신 전자장비 전체를 열전도성 유체에 담가 직접 열을 제거하는 방식으로, 데이터센터·AI 팩토리 등 고집적·고발열 환경에서 에너지 효율과 운영비용 절감 효과가 탁월하며, 전기가 통하지 않는 비전도성 액체에 서버를 담그는 방식으로 50kW~100kW 초고밀도 랙에 주로 사용된다. -액침냉각은 서버를 비전도성 액체에 침전시켜 95% 이상의 열 흡수가 가능하다. 전기가 흐르지 않기에 안전하며, 고밀도 서버를 냉각시키기 적합하다. 압축기나 팬 등 에너지 사용량이 많은 모터가 들어가는 제품이 없기 때문에 운영 비용도 가장 저렴하다. 다만 아직 기술 표준화가 이뤄지지 않았으며, 유지 보수의 어려움이라는 단점이 존재한다. 본격적인 상용화 까지는 시간이 필요한 상황이다.)

액침냉각 기술 개요

액침냉각은 서버·GPU 등 발열부를 유전체(fluid)에 완전히 잠기게 함으로써 냉각 효율을 극대화합니다.

  • 높은 열전달 효율: 유체가 장비 표면 전체를 감싸 열 저항을 최소화합니다.
  • 전력 사용량 감소: 배기용 팬·공조장치 의존도를 낮춰 전력소비를 최대 40% 절감할 수 있습니다.
  • 공간 활용 극대화: 랙당 컴퓨팅 밀도를 높여 동일 면적에서 처리량 증가를 도모합니다.
  • TCO(Total Cost of Ownership) 절감: 에너지·수도·설치면적·유지보수 비용이 모두 감소합니다.

기술의 원리와 주요 특징

  1. 작동 원리:

    • 액침냉각은 전자 장비를 전기가 통하지 않는 비전도성 액체에 담가 열을 제거하는 방식입니다. 이 액체는 열전도율이 높아 장비에서 발생하는 열을 빠르게 흡수하고, 열교환기를 통해 외부로 방출합니다.
    • 기존의 공기 냉각 방식과 달리, 액체가 장비 표면에 직접 접촉하여 열을 제거하기 때문에 냉각 효율이 매우 높습니다.

  2. 냉각 효율:

    • 공기 냉각 대비 약 30~40%의 에너지 절감 효과를 제공합니다. 데이터센터의 전력 사용 효율(PUE)을 1.02 수준까지 낮출 수 있어 운영 비용 절감에 기여합니다.

  3. 안정성:

    • 사용되는 냉각액은 전기 전도성이 없기 때문에 누전이나 화재 위험이 적습니다. 또한, 먼지와 같은 외부 오염물질로부터 장비를 보호할 수 있습니다.

응용 분야

  1. 데이터센터:

    • 데이터센터는 서버의 과열을 방지하기 위해 전체 전력 소비량의 약 40%를 냉각에 사용합니다. 액침냉각은 이러한 전력 소비를 줄이고, 고밀도 서버 환경에서도 안정적인 운영을 가능하게 합니다.
    • 특히 AI 데이터센터와 같은 고성능 컴퓨팅 환경에서 필수적인 기술로 자리 잡고 있습니다.

  2. 암호화폐 채굴:

    • 암호화폐 채굴 장비는 높은 연산력과 함께 많은 열을 발생시키므로, 액침냉각 기술이 채굴 장비의 성능과 수명을 연장하는 데 효과적입니다.

  3. 전기차 및 에너지 저장 시스템(ESS):

    • 전기차 배터리와 ESS의 열 관리에도 적용 가능하며, 이 분야에서의 활용이 점차 확대되고 있습니다.

시장 전망

  1. 성장률:

    • 글로벌 액침냉각 시장은 연평균 21% 이상의 성장률을 기록하며, 2030년까지 약 9.7억 달러 규모에 이를 것으로 예상됩니다.
    • 데이터센터 외에도 전기차, 대형 저장 장치 등 다양한 산업으로 확장 가능성이 높습니다.

  2. 주요 기업:

    • 글로벌 시장에서는 3M, Syensqo, Chemours와 같은 기업들이 선도적인 역할을 하고 있으며, 국내에서는 SK엔무브, GS칼텍스 등이 관련 기술 개발에 적극적으로 참여하고 있습니다.

기술적 과제와 한계

  1. 초기 비용:

    • 액침냉각 시스템의 초기 설치 비용이 기존 공기 냉각 방식에 비해 높아, 중소규모 데이터센터에서는 도입이 제한적일 수 있습니다.

  2. 유지보수:

    • 냉각액의 교체 및 시스템 유지보수가 복잡하고 비용이 많이 들 수 있습니다. 따라서 장기적인 비용 절감 효과를 위해 초기 투자 대비 효율성을 입증해야 합니다.

  3. 기술 표준화:

    • 아직 기술 표준화가 진행 중인 단계로, 다양한 제조업체 간의 호환성 문제가 발생할 수 있습니다.

밸류체인 및 세부분류

부품
개념: 냉각액, 펌프, 열교환기, 배관·컨테이너 등 핵심 하드웨어를 지칭합니다.
역할: 각 부품은 유체 순환·온도 제어·안정성 확보를 통해 시스템 전체 냉각 성능을 좌우합니다.

  • 유전체(Dielectric Fluid): 전기 절연성과 열전도성을 동시에 확보한 냉각액
    • The Chemours Company (US, CC): Opteon™ 두상 액침 냉각 유체
  • 펌프·배관 시스템: 냉각액을 랙 간 순환시키는 핵심 모듈
    • Vertiv (US, VRT): 쿨런트 분배장치, 리어도어 열교환기
  • 쿨링 탱크·모듈: 서버 랙을 감싸는 밀폐용기
    • 삼성전자 (KR): Opteon™ 유체 적합성 시험·모듈 통합

시스템 통합
개념: 부품을 결합해 작동 가능한 액침냉각 솔루션으로 완성하는 단계입니다.
역할: 고객 요구에 맞춰 랙 단위로 패키징하고, 데이터센터 인프라와 연계합니다.

  • Super Micro Computer (US, SMCI): DLC-2 기반 모듈형 랙·플러그앤플레이 솔루션
  • Marathon Digital Holdings (US, MARA): 비트코인 채굴용 2상 액침냉각 시스템

데이터센터 운영 및 서비스
개념: 액침냉각 시스템의 설치·운영·유지보수를 담당합니다.
역할: 실시간 모니터링·유체 교체·안전관리 등을 통해 가동률을 극대화합니다.

  • BitMine Immersion Technologies Inc (BMNR): 암호화폐 채굴 데이터센터
  • Cavitation Technologies, Inc. (Cavitation Technologies): 캐비테이션 기반 유체관리 솔루션

주요 경쟁사

  • Super Micro Computer (US, SMCI): 직접 액침 냉각 랙 시스템
  • 삼성전자 (KR): Opteon™ 2상 액침 솔루션
  • The Chemours Company (US, CC): Opteon 절연냉각 유체
  • Vertiv (US, VRT): 냉각장치·열교환기·전력관리 솔루션
  • Marathon Digital Holdings (US, MARA): 비트코인 채굴용 액침 냉각 시스템
  • BitMine Immersion Technologies Inc (BMNR): 암호화폐 채굴 데이터센터
  • Cavitation Technologies, Inc. (Cavitation Technologies): 캐비테이션 기반 유체관리 솔루션
  • Navin Fluorine International Limited (Navin Fluorine International): Opteon 유체 제조 파트너
  • 이외에도 Asetek(DK, ASETEK), Submer Technologies(ES, SUBMER), Iceotope(UK, ICE), GRC(AP), LiquidStack(CA, LIQS), Asperitas(NL, ASPERITAS), CoolIT Systems(CA, CIT) 등 다수 기업이 경쟁 중입니다.

핵심기술

  • Two-Phase Immersion Fluid: 기화·응축을 통해 열을 효율적으로 흡수·방출.
  • Direct Liquid Cooling (DLC): 부품 표면에 직접 냉각액을 순환시켜 고열 제거.
  • 냉각 인프라 관리 SW: 실시간 유체 상태·열부하 모니터링 및 자동제어 시스템.
  • 쿨런트 분배장치(CDU) & 리어도어 열교환기: 랙 단위 열교환 최적화.

제조공정

  1. 유체 배합 및 생산: 화학사에서 플루오린계 유체 레시피 설계·합성 – Chemours (US, CC).
  2. 모듈·랙 제조: 금속 케이싱·배관·펌프 조립 – Super Micro Computer (US, SMCI).
  3. 시스템 통합 및 검증: 랙 내 유체 순환·열부하 테스트, 현장 설치 지원 – Marathon Digital Holdings (US, MARA).

산업의 위협

  • 환율 변동: 미국 달러 강세 시 해외 장비 수입비용 상승.
  • 원자재 가격: 플루오린계 화합물·금속 수급 차질로 유체·모듈 원가 확대.
  • 이상기후: 가뭄·홍수 등으로 냉각수 확보 어려움 시 운영비용 급등.
  • 경제 상황: IT·AI 설비 투자 둔화 시 수요 축소.
  • 특정 국가 리스크: 주요 유체 원료 생산국의 정치·환경 이슈.

산업 관련 지표

  • PUE(Power Usage Effectiveness)
    • 지표 개념 설명 : 데이터센터 전체 전력 대비 IT 장비에 실제 투입된 전력 비율.
    • 지표 오를 때 : 에너지 효율 저하, 냉각·부대시설 전력 과다 사용 의미.
    • 지표 내릴 때 : 냉각·운영 최적화로 비용 절감 및 환경 부담 완화.

관련 ETF

액침냉각 전용 ETF는 아직 상장되지 않았으며, 유사 산업으로는 데이터센터·디지털 인프라 ETF(예: Global X Data Center REITs & Digital Infrastructure ETF)가 있습니다.

산업 특징 및 성장성

  • AI·HPC 수요 폭증으로 고집적·고발열 서버 증가.
  • 에너지·공간 절감 효과로 총소유비용(TCO) 평균 20~40% 절감.
  • Immersion Cooling Global Forecast Report에 따르면 2025~2032년 연평균 25% 성장 전망.
마지막 수정 일자
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