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데이터센터에서 점점 많이 채택되는 48V 아키텍처

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글/첸 리즈홍(Chen Lizhong), 바이코 코퍼레이션

2016 년 3월 9일, Open Compute Project (OCP) 미국 서밋 2016에서 구글은 OCP로의 공식 가입을 선언하며 자사의 48V 서버 랙 솔루션을 업계와 공유했다. 다음은 당시의 회의 자료에 근거해 정리한 관련 정보이다.
구글의 수석 부사장인 홀쯜 우르스(Holzle Urs)가 자사 데이터센터의 에너지 효율 발전사를 다음과 같이 소개 한 적이 있다.
•2003년: 고효율 PSU 전원 사용 최초로 개시
•2004년: 12V 고효율 PSU전원 본격 사용
•2005년: 컨테이너를 이용한 데이터센터 구축
• 2006년: 납 축전지를 서버 메인보드에 장착, UPS 전원공급 아키텍처를 12V 보드에 도입
• 2007년: 스토리지 기반 대형 데이터센터 구축, UPS 배터리와 서버 트레이를 분리
• 2009년: 효율적인 데이터센터 데이터센터 서밋 행사 개최
• 2011년: 구글 유럽 데이터센터 데이터센터 에너지효율 서밋 행사 개최
• 2012 년: 1세대 48V 전원 공급 아키텍처, 12V 입력 전원 서버 메인 보드를 사용한 48V 서버 랙 발표
   서버 랙 내부의 DC/DC를 통해 12V로 낮춘 후 다시 CPU의 POL로 전환
• 2013년: 그린 인터넷 데이터센터 서밋 행사 개최
   2세대 48V 서버 랙과 UPS 개선
   1세대와 달리 2세대 48V 서버 랙의 서버 메인보드는 48V 전압 지원이 가능(즉, 48V에서 바로 CPU의 POL 수준으로 전환되어 12V 전환 단계를
   생략함으로써 효율향상 및 원가 절감에 기여)
• 2015년: 3세대 48V 전원 공급 아키텍처를 리튬 배터리 패키지로 채택해 기존의 납 축전지를 대체
• 2016년: OCP와의 제휴 선언
   OCP와 자사 48V 서버 랙 아키텍처 아키텍처를 공유
구글 데이터센터의 에너지 효율 발전 과정을 살펴보면 구글은 데이터센터의 전원 공급 아키텍처에 대한 고도화와 간소화를 꾸준하게 추진해 왔다. UPS를 기존 고효율 PSU전원에서 분리해 서버 메인 보드에 탑재함으로써 전원공급 효율을 향상시켰을 뿐만 아니라, UPS에 대한 투자와 손실을 대폭 절감했다.
서버 랙의 출력이 점점 높아지고 에너지 소비량이 절감되면서 구글은 48V 전원공급 아키텍처를 도입했다. 물론 그 와중에 12V로의 전환 단계를 걸쳤으며 2013년에 이르러서야 그리드에서 48V, 더 나아가 CPU로의 전환을 실현했다.
즉 대용량 UPS 철거, 48V 서버 랙에서 12V로의 전환을 거쳐 마침내 48V 메인 보드에서 CPU로의 전환을 다시 한 후 2015년에는 리튬 배터리로 납 축전지를 대체함으로써 최신형 48V서버 랙 아키텍처를 도입 한 것이다.
다음의 그림은 구글이 OCP포럼에서 소개한 48V 서버 랙 자료이다.
구글의 하프 랙 사이즈 48V 서버 랙 특징 들:
① 48V 전원 공급 POL 아키텍처의 에너지 소모량은 기존의 12V 서버 아키텍처 대비 30% 이상 감소. 이에 따라 글로벌 클라우드 데이터센터의 전력 소모 절감에 기여
② 주문 제작한 모든 48V POL 서버의 전력은 랙 뒤쪽에 있는 48V 버스에서 공급되며 향후 서버 랙 당 출력 50KW 이상까지 지원이 가능
③ 리튬 배터리의 수명에 대한 서버 온도의 영향을 줄이기 위해 48V 서버 랙의 전원 콘센트 패널을 랙 위쪽에, 리튬 배터리 패키지를 랙 밑 부분에 설치
④ 48V 전원공급 TOR 스위치 사용. 소형 48V 전원스위치 2개로 전원을 공급하므로 사실상 별도 옵션이 필요 없음
⑤ POL은 멀티 옵션 서버. CPU 노드, GPU 노드 또는 저장 노드 등 다양한 옵션을 탑재
⑥ 세로 2U 미만의 PSU패널 속에 48V 슬롯 8개, PSU 전원 모듈 6개를 장착. 상용 5개, 예비용 1개, UPS 충전 파워 등의 부품들과 업계 기준인 3KW 고효율 전원 모듈 등과 비교할 때 하프 서버 랙의 로드는 최대치인 12~14KW 에 달할 것으로 예상되며 UPS 2 세트를 사용할 경우 출력은 2배로 증가
⑦ 48V의 UPS 배터리의 모듈화 실현. IT 출력 및 예비 전력 시간에 따라 필요한 만큼의 배터리 모듈을 선택. 위 도표처럼 풀 로드시 최고 10개의 배터리 박스를 지원
⑧ 구글은 이미 몇 년 동안 본 기술을 본격적으로 사용해 왔으며 높은 기술 수준과 효율을 확보 해 원가도 대폭 절감...(중략)