분산되고 단절된 데이터 융합의 플랫폼 시대

국민이 하나의 디지털 플랫폼에서 정보를 편리하게 활용할 수 있는 ‘디지털 플랫폼 정부(Digital Platform Government, DPG)’가 곧 가시화될 전망이다. 지난 4월 14일 대통령 직속 디지털플랫폼정부위원회는 클릭 한 번으로 모든 행정과 민원 처리가 가능한 과학적인 정부의 실현 계획을 발표했다.

위원회에 따르면 부처별로 분산되고 단절된 데이터를 융합해 디지털 플랫폼을 구축하고 데이터를 공유 및 개방해 국민에게 맞춤형 서비스를 기업에 새로운 경제가치 창출의 기회를 제공하며, 정부는 과학적 행정혁신을 이루어낸다는 것이다. 무엇보다 그 동안 현장에서 작동하지 않거나 고질적인 문제로 남아 있던 부분의 해결을 위해 인공지능과 데이터에 기반을 둔 인허가의 간소화, 첨부서류 제로화, 맞춤형 국민 혜택 알림서비스 등을 핵심사항으로 해서 사회 전체의 효율성을 높이는데 초점을 두고 있다.

최근 사회는 인공지능과 데이터, 클라우드 등 혁신 기술이 경제, 사회 전반을 재편하고, 근본적으로 새로운 질서를 만드는 디지털 심화 시대로 나아가는 중이다. 초거대 AI의 출현은 사회의 전반적인 변화를 일으키고 있으며, 전세계 데이터양은 보다 증가하고 있다. 이에 데이터가 핵심인 글로벌 인공지능 경쟁에서 우위를 선점하기 위해서는 국가 차원의 전면적 혁신이 중요해졌다. 이를 위한 대안으로 디지털 플랫폼 정부(DPG) 구상이 등장하게 되었고 DPG의 핵심 인프라 중 하나인 데이터센터가 중요한 시장으로 부상하고 있다. 본고에서는 정부가 발표한 디지털플랫폼정부의 중요 내용과 데이터센터의 개념과 기술 추이에 대해 소개한다.

지속적인 디지털 전환 노력의 산물

디지털플랫폼정부는 ‘하나의 정부’ ‘모든 데이터가 연결되는 정부’를 골자로 국민은 편안하고 기업은 혁신하며, 정부는 과학적으로 일하는 것을 목표로 한다. 4차 산업혁명 시대에 꼭 갖춰야 하는 디지털 전환에 노력은 디지털플랫폼정부 구축에까지 이르렀다. 디지털플랫폼정부의 기본 방향은 모든 데이터가 융합되는 디지털 플랫폼 위에서 국민, 기업, 정부가 함께 사회문제를 해결하고, 새로운 가치를 창출하는 정부에 있다.

하지만 우리가 처한 현실은 이상과 동떨어져 있다. 새로운 가치 창출의 핵심은 양질의 데이터에 있지만 정부 기관 간, 민관 간 데이터 공유가 어렵고, 인공지능 시대라지만 데이터 융합을 통한 혁신과 가치 창출에 한계가 존재한다. 또한 민간의 편리하고 혁신적인 디지털 서비스에 익숙해진 대부분의 사람들은 정부나 공공서비스에 대해서도 비슷한 수준의 편리성을 요구하지만 여전히 많은 불편함이 있는 것으로 나타나고 있다. 가령 전체 민원사무(5,964종) 중 2,727종(인감증명 등)은 온라인에서 발급받을 수 없고(2023년 2월 현재) 온라인으로 실업급여를 신청하더라도 1회는 무조건 직접 방문하거나 서류작성을 해야 하는 불편함이 있다.

이에 정부는 ‘하나의 정부’ ‘똑똑한 나의 정부’ ‘민관이 함께 하는 성장플랫폼’ ‘신뢰하고 안심할 수 있는 디지털플랫폼정부 구현’을 목표로 세부 청사진과 구체적인 이행계획을 발표했다.

DPG의 핵심 인프라, 분산형 데이터센터

디지털플랫폼정부에서 내건 서비스를 구축하고 운용하기까지는 공통적인 기반기술과 디지털 인프라를 필요로 한다. 특히 데이터센터는 필수 불가결한 인프라에 해당한다. 국민이 편리하고 기업이 혁신할 수 있으려면 언제, 어디서나 양질의 데이터가 수집되어야 하고, 데이터센터에서 축적·처리한 뒤에 그 결과를 다시 현장으로 보내는 데이터 순환이 중요하다. 이를 위해서는 데이터센터의 기술력이 보장되어야 한다.

먼저 데이터센터에 대한 개념을 알아야 한다. 한국지능정보사회진흥원에서 데이터 주제별로 데이터를 모아서 구축한 데이터플랫폼, 또는 데이터플랫폼센터와 혼동하는 경우도 있다. 데이터센터란 공식적으로 IT인프라 운영에 적합한 전용건물에 전기, 공조 등 기반설비를 갖추고, 안전하고 효율적으로 24시간 365일 IT서비스를 제공하는 곳을 말한다. 예전에 기관별로 서버를 운영하던 시절에 기관별로 운영되던 소규모 전산실을 한군데로 모아 대규모로 통합해 놓은 것이라고 생각할 수 있다. IT장비인 서버, 스토리지를 모아 놓은 곳이므로 IT장비센터 또는 서버센터라고 했으면 오해가 없었을 텐데, 디지털 서비스의 처리 주체인 서버를 모아 놓은 장소를 기술이 태동한 미국에서 데이터센터라고 부르고 있으니 따를 수밖에 없다.

현재 국내 데이터센터는 대전과 광주, 대구, 공주(백업센터)에 흩어져 있는 상태로 일부 기능을 상호 백업하고 있다. 디지털플랫폼정부와 같이 대규모 통합을 이루기 위해서는 구글은 전세계 3개 대륙의 160개 이상의 데이터센터를 세계 3개의 존으로 하나로 연결하여 통합 클라우드(형) 데이터센터처럼 운영하는 방식을 참고할 필요가 있다. 각각 물리적으로 분산되어 일부 상호 백업만 하고 있는 형태에서 복수의 정부 데이터센터를 유기적(논리적)으로 통합하는 ‘분산형 데이터센터’로 연결, 운영할 필요가 있다.

데이터센터의 다양성

미국의 데이터센터는 IT장비를 모아 놓는 곳이고 운영과 에너지의 효율을 생각해서 특별한 꾸밈없이 투박한 모양으로 만든 경우가 많다. 또한 땅이 넓으므로 층고는 보통 단층으로, 높아야 2층 정도로 축구장만하게 넓게 펼친 경우가 다수이다. 이에 반해 한국의 데이터센터는 최신 빌딩 형태인 경우가 많다. 땅이 좁으므로 층고가 외곽의 소형은 지하 1~2층, 지상 3~4층에서 도심의 대형은 지상 10층 내외까지 이른다.

데이터센터는 크게 다수 고객의 IT장비를 한군데 모아서 운영하는 코로케이션 데이터센터(Co-location Data Center)와 특정 기업이 전용으로 사용하는 엔터프라이즈 데이터센터(Enterprise Data Center)로 구분한다. 국내 용어로 KT 등의 통신사가 데이터센터와 통신 케이블을 같이 제공하는 데이터센터를 타 데이터센터와 차별화하기 위하여 인터넷 데이터센터(Internet Data Center), 클라우드 컴퓨팅의 확산에 따라 클라우드 서비스를 주목적으로 구축된 데이터센터를 클라우드 데이터센터(Cloud Data Center)라고 부르기도 한다. 또한 대도시의 설치된 데이터센터에서 멀리 떨어진 외곽 소도시의 통신 지연을 줄이기 위해 구축된 소형 데이터센터를 에지 데이터센터(Edge Data Center)도 있다.

특수한 유형으로써 모듈식 확장이 용이한 모듈러 데이터센터(Modular Data Center), IT장비와 전력·통신 케이블을 컨테이너 박스에 사전 구축해 확장이 용이하도록 만든 컨테이너 데이터센터(Container Data Center), 마이크로소프트가 실험적으로 구축한 해저 데이터센터(Underwater Data Center)도 있다. 데이터센터에서 전산실의 랙을 배치하는 공간을 상면(Floor)이라 부르는데, 상면 크기에 따라 소형에서부터 하이퍼스케일까지로 구분되며 500m² 이하 소형 2,000m² 이하 중형 7,500m² 이하 대형 22,500m² 이하 거대 37,160m² 이하 메가 37,161m² 이상 하이퍼스케일 데이터센터라고 부른다.

데이터센터 내부의 주요 시설

방송통신위원회 고시(제2012-29호)에서는 ‘데이터센터’를 정보통신서비스를 제공하기 위하여 컴퓨터장치 등 정보시스템 장비를 일정한 공간(이하 전산실)에 집중해서 관리하는 시설로 주요시설(중앙감시실·항온항습시설·전산실·전력감시실·축전지설비·자가발전설비·수변전설비·통신장비실 및 방재센터 등)을 포함하는 시설이라고 정의하고 있다.

데이터센터의 주요 인프라 시설은 전력 설비와 공조 설비로 나뉜다. 전력 설비는 서버에 전기의 공급을 위한 것이고, 공조 설비는 서버의 작동 온도가 섭씨 27도 이내로 제한되는 경우가 많아 냉기의 공급와 적절한 습도의 유지를 위해 필요하다. 전력 설비는 한국전력의 변전소에서 공급된 전력을 수전하여 최종적으로 서버용 380V로 강압하는 변압기 등의 수변전 설비, 정전 시 전력 공급을 지속하기 위한 UPS와 배터리 및 발전기, 전산실의 랙에 전력을 분배하는 전력분배장치(PDU) 등으로 구성된다. 공조 설비는 냉수 공급을 위한 옥상의 냉각탑, 전산실 외부 복도에 설치되는 항온항습 장비, 전산실에 냉기를 공급하는 장비(CRAC•CRAH), 에어컨의 컴프레서 역할을 하는 칠러(Chiller) 등으로 구성된다.

데이터센터의 화재 방지를 위한 방재센터, 데이터센터의 주요 자원을 통합 관제하는 중앙감시실도 필요하다. 물론 데이터센터의 주인은 전산실(Computer Room)이고, 이곳에는 전력 케이블과 통신 케이블을 통해 서버, 스토리지, 네트워크 등의 IT장비들이 연결이 되고 디지털 서비스를 위한 각자의 역할을 하게 된다.

데이터센터의 다양한 장비와 설비를 관리하기 위하여 여러 SW가 활용된다. 배터리의 충전 상태를 관리하는 SW를 BMS(Battery Management System)라고 하고, 데이터센터의 에너지 소비를 관리하는 SW를 EMS(Energy Management System)라고 하며, 데이터센터의 제반 자원, 온·습도, 랙이나 서버의 소비전력, 풍량 등을 종합적으로 관리하는 SW를 DCiM(Data Center infra Management)이라고 한다.

데이터센터의 최적 운영을 위한 핵심 기술

데이터센터가 설치되던 초창기에는 단위 건물로는 소규모 도시 정도의 총전력을 사용한다고 해서 ‘전기 먹는 하마’라는 오명을 쓰기도 했지만 필자는 데이터센터를 디지털 서비스를 위한 ‘지식발전소’라고 생각한다. 서버들의 집중으로 인해 단위 건물로는 많은 전력을 사용할 수밖에 없지만 디지털 사회의 핵심인 디지털 서비스를 받기 위해서는 데이터센터의 역할은 필수적이며 이들이 사용하는 전력량은 국가 총전력의 2% 내외다. 제조업이 사용하는 국가 총전력의 과반 이상의 전력에 비하면 소량에 불과함을 강조하고 싶다.

그럼에도 불구하고 대형 센터의 경우 연간 사용전력량이 1억kWh를 넘고 전기료만 대형 센터의 경우 연간 150억 원 이상을 납부해야 하므로 데이터센터의 소비전력을 절감하고 그린 데이터센터를 실현하려는 다양한 노력이 진행되고 있다. IT장비 전력은 불가피한 요소이므로 에너지 절감의 핵심은 공조 설비가 사용하는 전력을 줄이는 것이다.

데이터센터 총 소비전력을 IT장비 소비전력으로 나눈 값을 PUE(Powe Usage Effectiveness)라고 한다. 구글의 경우 PUE 1.1 정도의 사례가 보고되었고, 국내의 신설 데이터센터는 PUE 1.4 내외, 기존의 우수 센터는 PUE 1.5~1.7 정도, 비효율적인 센터는 PUE 1.8~2.0대 또는 그 이상을 유지하고 있다. PUE는 1년치의 합산 소비전력으로 계산이 되며, 월별 PUE는 공조 비용의 증감에 따라 동절기 수치가 낮고 하절기 수치가 높아진다. PUE 2.0인 전형적인 데이터센터의 경우, 대략적으로 IT장비가 50%, 냉방 25%, 공기 분배 12%, 변압기와 UPS 10%, 조명 및 기타 3% 정도의 에너지를 사용한다고 생각할 수 있다.

PUE를 줄이는 핵심은 공조 설비의 에너지 소비량을 줄이는 것이고, 가장 이상적인 방법은 공조 설비를 켜지 않고 동절기의 추운 외기(Outside Air)로 직접 전산실을 냉방하는 것이며, 이러한 경우를 프리쿨링(Free Cooling)이라고 한다. PUE 1.1대는 프리쿨링을 통해서만 달성할 수 있는 수치다. 마포 상암지구의 데이터센터의 경우 지역난방공사에서 제공하는 냉수를 제공받아 냉방에 사용하기도 하고, 춘천시에서는 소양강댐 하부의 냉수를 활용하여 데이터센터에 공급하는 계획을 세우기도 하였다.

데이터센터의 입지조건

데이터센터의 입지조건으로는 지형적 안정성, 특히 지진 발생 빈도, 연평균 기후나 온·습도 등의 지리적 조건이 중요하다. 동절기가 길고 기온이 서늘해 프리쿨링이 용이한 핀란드는 세계 데이터센터의 메카로 세계 여러 국가의 천 개가 넘는 데이터센터가 설치되어 있다.

인프라의 구축을 위해 전력 공급의 안정성과 통신 케이블의 연결 가능 여부도 당연히 매우 중요하다. 데이터센터는 운영의 안정성을 위해 전력이나 공조 시설을 이중화하는 경우가 많다. 따라서 가까운 거리에 전력 공급이 가능한 변전소가 2개 이상 존재하는 것이 바람직하며 전력 기반이 없는 신설 단지의 경우 전력선 인입 공사에 큰 비용이 들 수 있다. 최근에 신재생에너지로 100% 가동되는 RE100(Renewable Energy 100) 데이터센터가 이슈로 떠오르면서 신재생에너지의 활용 가능 여부도 고려되고 있다. 이러한 측면만 보면 새만금이나 제주가 좋은 입지가 될 수도 있다.

데이터센터의 종류에 따라 접근성이 가장 중요한 이슈가 될 수도 있다. 코로케이션 데이터센터의 경우, 데이터센터 내부에 고객사의 운영자를 위한 사무실(OP룸)과 편의시설이 제공되는 것이 중요할 수도 있고, 여러 고객사의 직원들이 왕래를 해야 하므로 전철역이 인접한 도심이나 수도권의 위치가 유리하다.

한국데이터센터연합회(KDCC)의 조사에 따르면 한국은 코로케이션 데이터센터의 비중이 높고 2021년 기준으로 민간 데이터센터의 72.7%가 수도권 지역에 위치하고 있다. 이에 반해 엔터프라이즈 데이터센터는 기업이 사용하기 편리한 위치나 기업 부지 내부가 적합하고, 클라우드 데이터센터는 코로케이션 데이터센터에 비해 접근성의 중요도가 낮은 편이다.

최근 한국으로 데이터센터 수요가 급증하는 이유 중의 하나는 클라우드 컴퓨팅의 특징과도 관련이 있다. 글로벌 서비스의 구현을 위해서는 미주, 유럽, 아시아의 3개 이상의 대륙에 데이터센터를 설치할 필요가 있다. 그 동안 홍콩과 싱가포르가 아시아의 대표적 입지였는데, 홍콩은 중국에 편입이 되면서 정치적 불안이 악재가 되었고, 싱가포르는 국토가 작아 데이터센터 신설을 위한 여력이 부족하다. 이에 반해 한국은 지진에서도 안전한 편이고 전력 공급의 안정성, 유무선 통신 인프라의 우수성, 해외 국가로의 해저 통신 케이블 연결의 양호함 등으로 인해 홍콩, 싱가포르에 대한 대안 입지로 급부상한 셈이다.

초거대 AI와 데이터센터

필자는 강연에서 대형 데이터센터 1개의 전력 소모량과 세계 1위 슈퍼컴퓨터 1대의 전력소모량이 거의 비슷함을 강조하곤 한다. 2022년 11월의 세계 1등인 HPE의 슈퍼컴퓨터 프런티어(Frontier)의 전력소비는 21,100kW이다. 오픈AI가 개발한 챗GPT가 세상을 뒤흔들고 있는데, 대형언어모델(LLM)의 학습을 위해서는 엔비디아의 GPU를 만 대씩 사용하고 128만kWh의 전력을 사용한다는 보도가 나왔다.

초거대 AI의 전력 소모가 앞으로 인류에게 짐이 될 수도 있다. 전력에 의존하는 초거대 AI가 자신의 생존을 위해 인류의 사용전력을 제한하는 시대가 오지 않을까? 오픈AI와 마이크로소프트 연합의 챗봇에 이어 구글의 바드(Bard)도 서비스를 론칭해 초거대 AI의 전력 수요와 그로 인한 데이터센터 수요가 급증할 것으로 보인다.

초거대 AI의 문제 중 하나는 GPU 서버에 대한 의존도다. 랙에서 1대의 서버를 꽂는 공간을 1u(1 unit)라고 하고, 표준 랙의 높이는 43u 정도다. 4u 크기에 소비전력이 5kW 정도인 GPU 서버의 경우 1개 랙에 GPU 서버를 1대밖에 설치하지 못하게 되고, 이로 인해 상면의 부족 현상이 가속화될 수도 있다. 이에 대한 해답은 랙 전력밀도를 50kW 이상으로 높이는 것인데, 이는 기존 데이터센터에서는 전력과 공조 인프라의 재시공이 필요해 수용이 어렵고 데이터센터를 새로 지어 해결할 수 밖에 없을 것으로 보인다.

뜨겁게 달아오른 데이터센터

국내의 경우 KT, LG U+와 같은 통신사, LGCNS, SKC&C, 롯데정보통신과 같은 SI 기업들이 주로 코로케이션 데이터센터를 운영하고 있다. 글로벌 코로케이션 데이터센터 기업으로는 에퀴닉스(Equinix), 디지털 리얼티(Digital Realty)가 세계 1,2위를 다투고 있고 유럽에는 인터시온(Interxion)이 있다. 엔터프라이즈 데이터센터는 삼성전자, 현대, 포스코와 같은 제조기업, 네이버 및 NHN과 같은 플랫폼기업, 코스콤, 신한은행 등의 금융권, 국가정보자원관리원과 같은 정부 공공기관, 서울시와 같은 지차체 등에서 운영하고 있다.

데이터센터 시장은 디지털 전환으로 인한 전산업 분야의 컴퓨팅 수요 급증, 빅데이터로 인한 데이터의 폭발적 증가, 인공지능과 딥러닝 응용의 확산, 클라우드 기반의 응용 확산, 자율주행차와 스마트 시티의 확산 등에 따라 그 수요가 급증하고 있다. 메타는 사용자가 생성한 대량의 콜드 데이터(접근 빈도가 높지 않은 데이터)를 버리지 못하고 보관해야 하므로 지속적으로 데이터센터를 구축해야 하는 상황이다. 특히 개별 전산실에서 유지되던 모든 조직의 정보 시스템이 클라우드 컴퓨팅 기반으로 패러다임 시프트(Paradigm Shift)가 일어나면서 아마존, 마이크로소프트, IBM, 오라클 등의 글로벌 기업들이 한국의 데이터센터 상면을 대량으로 임대하기도 하고 아예 자체 데이터센터를 신축하는 경우도 급증하고 있다.

데이터센터 수요의 급증에 따라 코로케이션 데이터센터 글로벌 대표 기업 에퀴닉스와 디지털 리얼티도 마침내 한국에 상륙했다. 최근에는 건설 기업과 VC 등의 투자회사도 데이터센터 구축이나 투자에 많은 관심을 보이고 있다. 부산시에 이어 춘천시, 세종시, 광양시, 새만금개발청 등도 데이터센터 산업단지를 조성하고 있거나 유치 준비를 하고 있다. KT 클라우드, 네이버클라우드, NHN클라우드 등 자체 보유한 클라우드 데이터센터를 중심으로 클라우드 서비스를 본격화하기 위한 분사도 잇따르고 있다. 데이터센터의 신축 수요는 디지털 전환과 디지털플랫폼의 급증에 따라 당분간 지속될 것으로 보인다. 최근 들어 데이터센터에 대한 일반의 오해, 코로케이션 데이터센터의 수도권 입지 선호로 인한 수도권 전력공급의 부족 현상으로 데이터센터의 신축에 제동이 걸리고 있기도 하다. 일반적인 오해 불식과 전력 공급 개선을 통해 디지털 사회의 심장인 데이터센터의 박동이 지속되기를 바란다.