AI 경쟁력의 핵심이 반도체 성능을 넘어 전력변환 효율과 전력 인프라로 이동하고 있다.
대한민국이 AI 3대 강국 도약을 목표로 초대형 국가 AI 데이터센터 구축에 나서면서, 데이터센터의 전력 구조 전반이 새로운 경쟁력의 기준으로 부상하고 있다.
그동안 AI 산업 논의는 GPU와 반도체 수급, 연산 성능에 집중돼 왔지만, 최근에는 이를 안정적으로 뒷받침하는 전력변환 기술이 장기적인 성패를 좌우할 요소로 주목받고 있다.
정부는 2028년까지 약 150조원을 투입해 울산, 해남 등 전국 5대 권역에 100㎿급 이상 국가 AI 데이터센터를 구축할 계획이다.
이를 위해 국가인공지능전략위원회를 중심으로 AI·에너지·인프라 전문가들을 자문에 참여시키며, 연산 장비 확보를 넘어 전력과 냉각, 운영 효율까지 포함한 종합 인프라 전략을 검토하고 있다.
AI 데이터센터의 최상단에는 GPU와 CPU가 있지만, 이들이 정상적으로 작동하기 위해서는 외부에서 공급되는 고압 교류 전력을 저압 직류로 변환하고, 각 장비에 맞는 전압으로 정밀하게 제어·분배하는 전력변환장치가 필수다.
이 장치는 단순한 전력 공급을 넘어 연산 중 발생하는 순간적인 전력 피크를 관리하고, 손실과 발열을 최소화하는 역할을 수행한다.
AI 연산이 고도화되면서 전력 수요는 폭발적으로 증가하고 있다. 최신 GPU는 개당 소비 전력이 3000W를 넘어섰고, 서버 랙당 전력 수요도 과거 10㎾ 미만에서 이미 100㎾상으로 급증했다. 업계에서는 머지않아 랙당 수백 kW, 나아가 메가와트 단위 전력 환경이 일반화될 것으로 보고 있다.
이 같은 환경에서 전력변환 효율은 데이터센터의 경제성을 결정짓는 핵심 지표다. 100㎿급 데이터센터의 연간 전력 소비량은 수억 ㎾h에 달하는데, 전력변환 효율을 단 1%만 개선해도 연간 수백억원의 전기요금 절감 효과가 발생한다.
이를 10년 운영 기준으로 환산하면 수천억원 규모의 비용 차이가 벌어진다. 여기에 추가 냉각 비용과 피크 전력 요금, 탄소 배출 관련 비용까지 고려하면 실제 경제적 영향은 더욱 커진다.
전력밀도 역시 중요한 변수다. 전력밀도는 동일한 공간에서 안정적으로 공급할 수 있는 전력량을 의미하며, 이는 곧 설치 가능한 GPU 수와 직결된다.
전력밀도가 두 배로 향상되면 같은 면적의 데이터센터에서 연산 성능을 두 배로 확장할 수 있다. 부지 확보가 제한적인 국내 여건에서는 전력밀도 향상이 곧 인프라 확장성과 직결된다.
전력 소비 증가와 함께 냉각 문제도 구조적 전환을 요구하고 있다. 기존 공랭식 냉각은 고밀도 환경에서 한계에 도달했으며, 업계는 수냉식 냉각 방식으로 빠르게 이동하고 있다.
수냉식은 열전도 효율이 높아 고출력 AI 서버 환경에서도 안정적인 운영이 가능하다. 이에 따라 전력변환장치 역시 수냉 환경에 대응할 수 있는 설계가 필수 요소로 떠오르고 있다.
전문가들은 AI 경쟁의 새로운 전선이 전력 인프라로 이동하고 있다고 평가한다. 고성능 연산 장비를 얼마나 많이 확보하느냐보다, 이를 얼마나 효율적이고 안정적으로 장기간 운영할 수 있느냐가 국가 AI 경쟁력을 좌우한다는 분석이다.
눈에 잘 드러나지 않는 전력변환 기술이 AI 산업의 지속 가능성과 국가 경쟁력을 결정짓는 핵심 기반으로 자리 잡고 있다.
박재구 기자 park9@kmib.co.kr
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