BBU(Battery Backup Units)가 지원하는 인공지능 시대의 전력 인프라 -데이터센터 위한 새로운 과제와 솔루션

생성적 AI 시대의 데이터 센터 전력 수요와 에너지원

생성 인공지능(AI) 기술의 급속한 발전은 ChatGPT(GPT-4) 및 Llama 2와 같은 대규모 언어 모델(LLM)의 등장과 상용화를 촉진했습니다. 이러한 LLM은 방대한 데이터셋을 학습시키기 위해 엄청난 연산 능력을 필요로 합니다. 또한, 여러 AI 기술과 자율 의사 결정이 가능한 기기를 결합한 통합 시스템인 AI 에이전트가 활발히 개발되고 있어, 예측 가능한 미래에 처리 부하가 더욱 증가할 것으로 예상됩니다.

이러한 배경에서 Google, Amazon Web Services(AWS), Meta와 같은 선도적인 클라우드 서비스 제공업체인 하이퍼스케일러는 AI 활용에 최적화된 고성능, 에너지 효율적인 데이터 센터에 막대한 투자를 하고 있습니다. 예를 들어, AI 워크로드를 위한 고성능 그래픽 처리 장치(GPU)가 장착된 NVIDIA DGX H200 슈퍼컴퓨터는 최대 10.2kW의 전기를 소비 하며, 이는 일반적으로 0.5-2kW를 사용하는 기존 서버보다 약 5-40배 더 많은 전력을 소비합니다.

전력 수요 증가로 데이터 센터의 전력 소비량이 크게 증가했습니다. 국제에너지기구(IEA)가 발표한 '2024년 전력 전망(Electricity 2024)'에 따르면, 데이터 센터는 2022년에 약 460TWh의 전력을 소비했으며, 2026년에는 1,000TWh를 넘어설 것으로 예상됩니다. 이는 일본의 연간 총 전력 소비량과 거의 맞먹는 수치입니다.

이러한 상황에서 안정적이고 신뢰성 높은 전력 공급원의 확보는 데이터 센터 운영의 필수 조건입니다. 특히, 순간적인 전력 변동이나 정전 발생 시 활성 데이터를 보존하고 안전한 시스템 종료를 위해 임시 전력을 공급하는 배터리 백업 장치(BBU)는 정보 기반 자산을 보호하는 데 필수적인 요소로 빠르게 부상하고 있습니다.

백업 전원 장치의 종류와 BBU의 특성

다양한 애플리케이션과 환경에 맞게 설계된 다양한 백업 전원 솔루션이 있습니다. 적절한 전원 보호 장치를 선택하려면 각 솔루션의 특성과 차이점을 명확하게 이해하는 것이 필수적입니다.

• ESS
  에너지 저장 시스템(ESS)은 에너지 관리를 위한 대규모 전력 저장 시스템을 말합니다. ESS의 주요 용도는 재생에너지 출력 변동을 완화하고 최대 수요 변동을 조정하는 것입니다. 또한, ESS는 전력 시스템 주파수를 안정화하고 출력을 조절하여 안정적인 인프라 운영에 필수적인 고품질 전력 공급을 지원합니다.
  
  ESS는 몇 시간에서 며칠까지 다양한 기간 동안 전기를 저장할 수 있으므로 대규모 전력 관리와 지역 사회 전반의 수요와 공급의 균형을 최적화하는 데 유용합니다.
  참고 사이트: 리튬이온 배터리를 이용한 에너지 저장 시스템(ESS)
  
• UPS
  무정전 전원 공급 장치(UPS)는 전원 공급이 중단되더라도 몇 분에서 몇 시간까지 전원을 공급하는 장치를 말합니다. 갑작스러운 정전이나 순간적인 전압 강하 시에도 연결된 시스템이 안정적으로 작동할 수 있도록 합니다. 장시간 정전 시 UPS는 중요한 시스템의 장비 고장이나 데이터 손실을 방지하기 위해 안전한 시스템 종료를 지원합니다.
  
  UPS는 전압 변동으로부터 시스템을 보호하여 전력 품질을 유지하는 데에도 도움이 됩니다. 데이터 센터에서 UPS는 주 전원이 복구될 때까지 브리지 전원 역할을 하며, 전반적인 시스템 안정성 향상을 위한 필수 인프라로 간주됩니다.
  
• BBUs
  배터리 백업 장치(BBU)는 순간적인 전력 변동이나 정전 시 몇 초에서 몇 분 동안 단기 백업 전력을 제공하도록 특별히 설계되었습니다.
  
  순간적인 정전조차도 AI 처리에 사용되는 고성능 GPU 서버와 같이 고속, 대용량 휘발성 메모리를 사용하는 시스템에 심각한 영향을 미칠 수 있습니다. 이러한 시스템은 메모리에 저장된 데이터를 즉시 삭제하기 때문입니다. BBU는 휘발성 메모리에서 비휘발성 메모리 또는 다른 저장 시스템으로 대용량 데이터를 안전하게 전송하는 데 필수적입니다. UPS에 비해 BBU는 크기가 더 작고 랙 단위로 설치가 가능하여 여러 랙에 분산 배치할 수 있으며, 데이터 센터의 고밀도화에 따라 공간 효율적이고 유지 보수가 용이한 옵션입니다.
  
  아래 다이어그램은 BBU, UPS, ESS의 기능과 일반적인 설치를 보여줍니다. BBU는 공간 효율성과 빠른 응답 속도를 갖춘 솔루션으로 특히 주목을 받고 있습니다.
  

BBU 시장 확대 및 기반 변화

BBU 시장은 AI 서버 확산과 함께 빠르게 성장하고 있습니다. GPU 기반 고성능 컴퓨팅 유닛 도입으로 전력 소비가 크게 증가하면서 즉각적이고 안정적인 전력 공급이 가능한 인프라에 대한 필요성이 커지고 있습니다.

마이크로소프트와 구글 모회사인 알파벳(Alphabet)을 포함한 주요 하이퍼스케일러(hyperscaler)들이 AI 인프라에 적극적으로 투자하는 데 특히 주목하고 있습니다. 2024년 4월 로이터 통신 보도에 따르면, 마이크로소프트의 2024년 1분기 자본 투자액은 115억 달러로 전분기 대비 3억 달러 증가했습니다. 알파벳의 자본 투자액은 120억 달러로 전년 동기 대비 91% 증가했습니다. 분석가들은 AI 지원 인프라에 대한 투자가 계속해서 증가할 것으로 예측합니다.

선도적인 클라우드 제공업체의 이러한 사전 투자로 인해 고성능 AI 서버용 전원 백업 시스템을 포함한 전체 데이터 센터 인프라에 대한 수요가 늘어나고 있습니다. 각 AI 서버는 10kW 이상의 전력을 소비하므로 BBU는 매년 증가하는 전류 및 전압 요구 사항을 처리해야 합니다.

Grand View Research의 데이터 센터 UPS 시장 보고서 2024-2030에 따르면, 데이터 센터 UPS(BBU 포함)의 글로벌 시장 규모는 2024년에 약 40억 4,000만 달러였으며, 2030년까지 약 64억 1,100만 달러로 성장할 것으로 예상됩니다.

더욱이, 클라우드에서 엣지로의 분산 처리로의 지속적인 전환은 공간 효율성과 유연성이 핵심인 엣지 데이터 센터에서 소형 BBU에 대한 수요를 증가시켰습니다. 기존 UPS 또한 BBU로 교체되고 있으며, 특히 신흥 국가에서는 전력 백업 솔루션의 전 세계적인 다변화를 반영하고 있습니다.

BBU의 과제와 진화하는 안전 조치

BBU의 확산은 안전 문제를 심각하게 대두시켰습니다. BBU 시스템 내에 여러 개의 리튬 이온 배터리 셀을 통합하면 팽창, 파열, 화재 등 심각한 사고 위험이 증가합니다. 특히 과전류, 과충전 또는 반복적인 충방전 사이클로 인해 배터리 성능이 저하될 경우 더욱 그렇습니다.

이러한 위험을 피하기 위해서는 2차 보호 메커니즘이 필수적입니다. BBU가 이상을 즉시 감지하고 배터리를 충전-방전 회로에서 물리적으로 격리하여 추가 확대를 방지할 수 있도록 합니다. AI 서버는 단시간 버스트로 높은 전력을 요구하므로 2차 보호 회로는 고속 차단, 낮은 내부 저항 및 잘못된 트리거 방지 기능을 갖춘 높은 신뢰성을 위해 설계되어야 합니다.

올바른 2차 보호 솔루션을 구현하면 화재나 장비 손상과 같은 치명적인 고장의 위험을 피할 수 있습니다. 또한 시스템에서 결함이 있는 장치를 격리하면 전체 장치 네트워크의 전반적인 상태와 안정성을 유지하는 데 도움이 됩니다.

SCP: 새로운 BBU 보호 표준 수립

Dexerials의 자체 제어 보호기(SCP)는 2차 보호를 위한 표면 실장 퓨즈 솔루션으로 과전류 및 과전압과 같은 전기적 이상을 감지한 다음 영향을 받는 회로를 물리적으로 분리합니다. BBU와 같은 여러 개의 리튬 이온 배터리 셀이 장착된 시스템에서 SCP는 빠르고 안정적인 전원 차단을 보장하여 결함이 있는 장치를 제거하거나 교체하여 시스템 무결성을 유지할 수 있습니다.

각 SCP 유닛은 보호 기능을 제공하며, 콤팩트하고 가벼운 디자인으로 고밀도 장착에 이상적입니다. 또한, SCP는 안전성을 강화하기 위해 자체 리셋 기능이 없어 오작동이나 의도치 않은 전원 복구로 인한 2차 위험을 방지합니다.

이러한 기능을 통해 덱세리얼스의 SCP는 AI 서버 BBU 설계의 핵심 솔루션이 되어 높은 안전성, 신뢰성 및 설계 유연성을 제공합니다. 자세한 기술 개요는 "2차 보호 요소에 대한 기본 지식: 'SCP '란 무엇입니까? — 점화로부터 리튬(Li) 이온 배터리의 보호."

BBU 및 SCP의 잠재력: 전력 인프라 안정성의 초석

생성형 AI의 개발은 데이터 센터의 전력 인프라에 대한 새로운 진화 단계를 열었습니다. 특히 BBU는 순간적인 전력 손실로부터 중요한 데이터와 시스템을 보호하는 데 필수적입니다.

BBU는 전력 보호에 핵심적인 역할을 하지만 긴급 상황에서 안정적으로 작동하도록 무결성을 유지하고 관리하는 데 어려움이 남아 있습니다. . 이러한 문제를 해결하려면 결함이 있거나 신뢰할 수 없는 장치를 신속하게 식별하고 제거해야 하며, 이는 신뢰성이 높은 2차 보호 퓨즈를 통합함으로써 가능합니다. 이러한 퓨즈는 회로 격리를 통해 추가 에스컬레이션을 방지하고 고위험 장치를 강제로 종료하여 전체 시스템 안전을 보장합니다.

앞으로 덱세리얼즈는 표면 실장 퓨즈(SCP)를 통해 안전성과 신뢰성을 제공하는 동시에, 더 높은 전류를 지원해야 하는 BBU 시장의 요구를 충족하기 위해 최선을 다할 것입니다. 이러한 노력을 통해 성장하는 이 분야에서 새로운 가치를 창출하고자 합니다.