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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.

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
냉각 시스템