모듈형 데이터센터의 등장과 그 장점들

클라우드 컴퓨팅, 빅데이터 및 사물인터넷(IoT)의 등장으로 데이터센터의 구축은 새로운 전기를 맞고 있다. 이러한 거대한 시장 환경 속에서 기존의 데이터센터들은 유연성과 확장성이 결여된 '정체 상태'에 머물고 있다. 비즈니스의 확대와 응용 범위의 확장으로 인하여 전통적 데이터센터들의 결점들이 점차 드러나고 있다. 그러한 시스템은 기본적으로 '하나의 프로젝트에 하나의 시스템 배치' 그리고 '하나의 애플리케이션에 하나의 장비'라는 개념을 토대로 하고 있다. 이러한 배치는 느릴 뿐만 아니라 밀도 역시 낮다. 서버에는 전원 공급과 냉각 시스템 같은 보조 모듈들이 빈틈없이 들어차 있어서 확장이 어려울 뿐만 아니라 하나의 작은 변화 때문에 전체가 영향을 받게 되기도 한다. 이에 따라 비즈니스의 확대와 애플리케이션 범위의 확장으로 인한 요구기준을 충족시켜야 할경우 데이터센터 내의 시스템들은 더욱 더 많은 관리 소프트웨어를 필요로 하게 된다. 결과적으로 시스템은 더욱 중복적이게 되며 전원 공급과 냉각 시스템들은 요구기준들을 충족시키기에도 벅차다. 이제는 전체 시스템을 새로 설계하고 새로운 확장을 도모할 때가 온 것이다.

모듈형 데이터센터는 산업의 기준에 따라 데이터센터의 위치에서의 모듈과 공간을 배치하는 것이다. 전체 데이터센터는 다양한 개별 구획으로 나눠지며, 각 구획은 통일된 기준에 의거하여 그 규모와 전력 부하, 구성 등에 따라 개별적으로 설계가 된다. 모듈형 데이터센터 내의 냉각과 전원 공급 및 관리 시스템들은 서로 방해를 하지 않고 리소스 공유 없이 독립적으로 운용될 수 있도록 구획 및 모듈화된다. 이러한 모듈은 데이터센터에 여러 가지 장점을 가져다 준다. 시장 조사 전문기업 IDC의 조사 전문가 미셸 베일리(Micehlee Bailey)는 "거대하고도 통합화된 데이터센터는 과거의 것"이라고 설명한다. 모듈형 데이터센터는 향후 5년 내에 데이터센터 구축을 위한 "기정 사실화된 접근법"이 될 것이다. 그 규모나 업종에 관계 없이 모든 기업들은 자체적인 모듈형 데이터센터를 구축하고 IT와 관련된 요구기준에 따라 데이터센터의 규모를 확장하게 될 것이다.

 

1. 마이크로 모듈형 데이터센터의 구축을 지향하는 시장 트렌드

1.1 모듈형 데이터센터의 구축과 관련한 다양한 정책들의 발표.

국가적 정책들이 집중적으로 발표되고 있는 것은 각국 정부들이 데이터센터의 구축과 관련하여 에너지 효율성 지표와 신기술의 적용을 강조하고 있음을 의미한다. 에너지 소비 측면, 그리고 구축과 설계 및 필요 공간 측면의 장점들에 있어서 모듈형 데이터센터가 보여주는 탁월한 성능은 정부 정책의 방향과 그 궤를 같이 하는 것이다.

1.2 모듈형 데이터센터에 대한 장비 제조기업들의 선호

국가적 정책은 기반 설비 및 전통적 UPS 제조기업들의 모듈형 데이터센터 시장 참여를 유도하는 요인이 된다. 모든 제조기업들이 모듈형 데이터센터와 관련 제품들의 출시에 관심을 갖고 있다. Delta Electronics를 비롯한 여러 제조기업들은 현재 시장에서 널리 인정 받고 있는 InfraSuite를 포함한 모듈형 데이터센터를 위한 솔루션들을 제시하고 있다..

1.3 모듈형 데이터센터의 선택과 구축을 결정하는 요인들

에너지 비용이 지속적으로 증가함에 따라 많은 기업들은 데이터센터의 활용률을 높이면서도 동시에 기업 운영에 커다란 부담이 되고 있는 에너지 비용을 엄격히 통제하기를 원하고 있다. 설계적 측면에서 모듈형 데이터센터는 전통적 데이터센터보다 많은 장점들이 있다. 기본적으로 조립 형태이며, 설계와 관리 및 턴키 계약 비용들이 전통적 데이터센터의 경우보다 30%나 절감된다. 조립 형태이므로 전통적 데이터센터보다도 훨씬 짧은 단 몇 주 만에 구축이 가능하여 데이터센터의 신속한 배치가 실현된다.

모듈형 데이터센터는 원격 사무실이나 임시적 과제 수행을 위한 신속한 확장과 설치 및 배치가 가능하다. 구축이나 배치가 진행 중일 때에도 전기와 물 공급 및 네트워크만 연결되면 데이터센터로서의 완전한 기능이 가능하다. 이에 따라 인터넷 기업과 통신사 및 대기업들을 포함한 많은 기업들이 모듈형 데이터센터를 실험적으로 구축하기 시작했다. IBM, Microsoft 및 Google 등이 그러한 예의 기업들이다. Baidu, Alibaba, Tencent 등 중국의 인터넷 기업들과 기타 회사들도 새로운 데이터센터의 구축에 있어서 모듈형 방식을 선택하고 있다. 이러한 선택을 통하여 구축 기간과 에너지 소비 및 비용 절감의 효과를 거두고 있다.

 

2. 모듈형 데이터센터의 정의와 그 특징

모듈형 데이터센터는 클라우드 컴퓨팅, 가상화, 중앙화 및 고밀도화와 같은 서버상의 변화를 수용하고 데이터센터의 운영 효율을 개선하며 에너지 소비를 절감하고 신속한 확장과 상호 간섭이 배제될 수 있도록 설계된 데이터센터이다. 모듈형 데이터센터는 독립적인 기능과 통일화된 입출력 인터페이스를 갖는 다양한 모듈들로 구성된다. 서로 다른 구획들 내의 모듈들이 서로 중복적으로 배치되고, 관련된 모듈들이 결합되어 완전한 기능의 데이터센터가 구축이 되는 것이다. 모듈형 데이터센터는 뛰어난 적응력의 기반 설비와 가용성 높은 컴퓨팅 환경을 토대로 통합화, 표준화 및 지능화가 구현된다.

모듈형 데이터센터는 향후 IT 부문의 다양한 현안 니즈들 즉, 표준화, 모듈, 가상 설계, 다이내믹 IT 인프라(자원의 유연성 및 높은 활용률), 24시간 스마트 운영 관리(프로세스 자동화, 스마트 데이터센터), 비즈니스 지속성의 지원(재난 복구 및 고가용성), 공유 IT 서비스(인터 비즈니스 및 공유 인프라, 정보 및 애플리케이션), 비즈니스에서의 변화하는 니즈(자원에 대한 온디맨드 기반 공급)에 대한 신속한 대응 등과 같은 니즈들을 충족시켜준다.

 

3. 전통적 데이터센터의 결점들을 해결하는 모듈형 데이터센터

3.1 전통적 데이터센터의 문제들

3.1.1 구축을 위한 장기간의 리드타임

구축 기간은 데이터센터와 그 운용을 위한 기획과 설계 및 설치에 투입된 시간을 의미한다. 그 동안의 사례들로 볼 때 이 기간은 보통 연간 단위 정도로 길어진다. 아래 Fig. 1은 이러한 종류의 프로젝트에 일반적으로 적용되는 일정을 보여주고 있다. 전통적 솔루션의 경우 많은 계획 단계가 필요하기 때문에 일정이 매우 길어진다. 실제 프로젝트 구축 사례들의 경우 인프라의 구축은 완료까지 일반적으로 약 400일이 걸린다.

 

Fig.1. 데이터센터의 기본적 구축 기간

 

의사결정 기간: 타당성 예비 조사 및 타당서 조사 기간이 포함된다. 투자 예상 비용이 이 단계에서 결정된다.

준비 기간: 데이터센터의 구축을 위한 기획, 설계 및 준비 단계.

시행 기간: 데이터센터용 장비의 공급, 구축, 설치 및 생산 준비 과정으로 구성된다. 구축 및 설치는 청사진을 실제적 구조물로 실현하기 위한 핵심적 단계이다. 구축을 위한 준비가 완료되면 착수 보고서를 관련 부서에 제출해야 하며, 착수는 이 승인 이후에 시작되어야 한다. 생산 준비 단계는 준비, 시행, 완료 기간 전체에 걸쳐 실시가 된다.

완료 기간: 조정, 테스트, 인수 검사 및 인계 과정으로 구성된다.

데이터센터의 구축에는 보통 400일이 소요된다. 프로젝트에 대한 향후 예측이 지속적으로 필요할 경우 이 기간은 연장될 수 있다. 비즈니스 요구기준이 급변하는 동안에는 구축 고객사가 단 몇 수개월 내에 새 데이터센터를 구축하려고 요구할 수 있기 때문에 400일이 적절치 못할 수도 있다.

3.1.2 확장성의 한계

확장성은 기업의 적응력에 중요한 요소이다. 시스템 용량은 향후 비즈니스의 요구기준을 토대로 최악의 경우를 가정하여 설계가 된다. 그러나 향후 3~4년 동안의 수요를 잘못 예측할 경우 적절하지 못한 구축이 될 수 있다. 이보다 더 좋지 못한 경우는 현재의 요구기준만을 토대로 하여 너무 보수적으로 구축을 하는 것으로, 이러한 경우 향후 용량에 한 요구 증가로 확장을 해야 할 경우 비즈니스가 중단되고 운영 비용도 증가될 수 있다. 하지만 조사에 의하면 현재 데이터센터 시설 용량은 50% 이하만이 사용되고 있고, 사실상 사용되는 수준은 1/3 정도라고 한다. 이는 즉, 구축에 필요한 예산의 3배가 투입된 것이며, 따라서 만일 나머지 2/3를 회사의 다른 부문에 투자하였다면 그 투자수익률(ROI) 측면에서 보다 많은 수익을 거둘 수 있었을 것이다.

3.1.3 높은 에너지 소비

데이터센터의 운영에는 많은 양의 전력이 소비된다. 전통적 데이터센터의 구축에 있어서는 냉각 및 공기 흐름에 대한 관리를 최우선 과제로 고려하지 않았다. 그래서 많은 데이터센터들의 PUE(Power Usage Effectiveness: 전력효율지수）는 지나치게 높고 이들은 높은 신뢰도의 일반적 친환경성 전원 장비들을 사용한다. 그러나 이러한 장비들의 효율성은 너무 낮고 그와 같은 데이터센터들의 PUE는 일반적으로 2.0을 상회한다. 이 수치는 곧, 데이터센터의 에너지 중 절반은 IT 부하에 사용되고 나머지 절반은 전원 공급과 냉각 및 조명 설비와 같은 크리티컬 및 물리적 인터넷 인프라를 위하여 사용된다는 것을 의미한다..

3.1.4 데이터센터 운영과 관리의 어려움

IT의 운영과 관리에는 많은 과제들이 수반된다. 그리고 낮은 수준의 서비스의 질이라는 문제에 봉착해왔다. 운영과 관리의 규모가 커짐에 따라 자원의 활용이 제대로 이뤄지지 않는다. 운영과 관리를 담당한 직원들은 관리는 차치하고서라도 전체적 IT 자원들에 대하여 제대로 이해를 하지 못하고 있다. 서비스 인터페이스에 대한 전문가도 없으며 고장 발생 시 보고나 처리 모두에 있어서 혼란이 발생한다. IT 직원들은 운영과 관리 시스템의 최적화 결과를 얻기 위하여 엄청난 양의 데이터와 통계 보고서를 수집해야 하지만 일상적인 IT 운영과 유지 및 관리는 이러한 통계적 데이터를 효과적으로 수집하는데 별반 도움이 되지 않는다.

3.2 모듈형 데이터센터의 장점

3.2.1 신속한 구축 및 짧은 시공 기간

모듈형 데이터센터는 계획과 설계 기간이 짧다. 시스템의 구조는 설계 목표에 맞춰 합리적으로 구성을 할 수 있다. 예를 들어 모듈 유닛의 물리적 배열은 현재의 IT 요구기준에 부합 가능한 일정한 수와 형태의 장비들로만 구성이 된다. 모듈의 대량 생산으로 규격 제품들이 신속하게 공급 가능하다. 표준화된 연결 방식으로 현장 구성과 연결의 작업량이 줄어들어 설치 시간이 단축된다. 모듈은 이미 공장에서 현장 상황과 마찬가지 방식으로 연결 및 사전 테스트가 가능하다. 시스템의 조정에 필요한 시간도 매우 짧아진다. 데이터센터는 현재의 IT 요구기준을 충족하도록 맞춰져 있기 때문에 전통적 시스템보다 소규모 인프라만이 필요하여 구축 기간이 더욱 짧아진다. 따라서 모듈형 데이터센터의 시공 기간은 매우 짧다. 전통적 데이터센터가 7~8개월이 걸리는 반면에 모듈형 데이터센터는 2~3개월이면 충분하다.

3.2.2 높은 확장성과 다각적 시공 단계

모듈형 구조에서는 데이터센터의 확장이 가능하기 때문에 현재의 요구기준에 따라 1~10개의 모듈들을 추가하여 데이터센터의 IT 구성을 최적화할 수 있다. 모듈형 데이터센터 솔루션은 데이터센터의 운영 기간 동안 비용을 절감시켜 준다는 사실은 이미 입증된 바 있다. 예를 들어 대형 IDC(Internet Data Center: 인터넷 데이터센터)를 갖춘 콜로케이션(collocation) 서비스 회사는 고객이 얼마나 많은 랙, 그리고 어느 수준의 전원 공급을 필요로 할지, 또는 향후 머지않아 언제쯤 추가 서비스를 요구하게 될지 알 수가 없다. 모듈형 데이터센터는 이러한 경우에 가장 이상적인 선택이 된다.

3.2.3 표준화, 안정적, 그리고 높은 신뢰도의 모듈

모듈형 데이터센터는 모듈 형태의 표준화되고 고도로 통합화된 설계를 채택하여 시스템의 안정성을 기한다. 아울러 모듈형 데이터센터는 N, N+1 및 2N과 같은 구성 솔루션을 제공하여 고객의 요구기준에 따라 최고 미국 TIA-942 안전기준의 Tier 4 등급에 달하는 전력 백업 성능을 지원할 수 있다.

3.2.4 환경 보호 및 에너지 절감

데이터센터 운용 기간 중의 전력 비용은 TCO(Total Cost of Ownership: 총 소유 비용) 중 가장 많은 부분을 차지한다. 현재의 IT 요구기준에 의거하여 인프라를 계획하고 향후 IT 요구기준의 상승에 따라 새로운 모듈을 추가할 수 있게 될 경우 사용 기업은 필요 장비에 대한 모듈만 설치하면 되고, 이에 따라 데이터센터의 운용 기간 중 절감되는 전력 비용은 대단히 커진다. 모듈형 데이터센터는 전원과 냉각 시스템들 간의 용량과 부하 수준이 상호 잘 매칭되도록 함으로써 운영 효율성이 개선되고 과도한 구성이 방지된다. 모듈의 전력 변환률은 95.4%(Delta GreenTech에 의한 평가 수치)이다. 표준 인터페이스와 모듈형 구조의 채택을 통하여 전력이 크게 절감되어 체계적인 에너지 절약의 목표를 달성할 수 있다. 공기를 가까운 핫스팟(hot spot)에 직접적으로 공급하기 위하여는 열 단위 냉각 유닛들이 사용된다. 이를 통하여 공기 흐름의 거리가 단축되어 냉각 효율이 향상됨으로써 핫스팟의 문제를 해결할 수 있다. 냉복도 밀폐는 개별화되어 냉기와 온기 간의 혼합이 발생하지 않고 공기 흐름의 교란과 공기 및 냉각량 손실로 인한 열섬 효과가 방지된다. 전통적 데이터센터와 비교 시 모듈형 데이터센터의 냉각 효율은 12%%(Delta GreenTech에 의한 평가 수치)가 증가한다. PUE 역시 냉각수와 외기냉수냉방(free cooling system)의 결합에 의하여 1.5로 떨어진다.

3.2.5 고효율 운영을 통한 지능형 관리

지능형 관리 시스템은 사용 기업들에게 에너지 절감과 및 소비 절감의 효과를 제공한다. 이 시스템은 데이터센터에 대한 다차원의 정밀한 에너지 소비 관리를 구현시켜 주며 다양한 보고 제공으로 추가적인 에너지 소비 지점을 정확하게 포지셔닝해준다. 빅데이터에 의하여 생성된 최적화된 에너지 절감 기준의 수립으로 친환경적 데이터센터의 구축이 실현된다. 전체 네트워크 자산의 수명 주기 동안 최적화된 자산 관리가 구현되어 폐쇄형 정보 관리 및 실시간 데이터 업데이트와 관리가 실현된다. 능동형 조기 경보를 제공하는 자산 관리 시스템을 갖는 것은 사용 기업으로서도 매우 유용한 일일 것이다. 이러한 체계는 역동적으로 조정이 가능하며, 실제 상황을 반영하는 최적화된 체계들을 통하여 가장 이상적인 자산 관리 기능이 구현된다.

 

4. 모듈형 제품과 시스템 컴포넌트의 정의

모듈들은 다음과 같은 종류의 데이터센터들에 채택이 가능하다.

(1) 부분 조립형 데이터센터:

조립형 모듈(랙 시스템, 냉각 시스템, 케이블 시스템 및 모니터링 시스템)과 전통적 현장 구축 시스템이 결합된 데이터센터 형태.

(2) 완전 조립형 데이터센터:

조립형 모듈(랙 시스템, 냉각 시스템, 케이블 시스템 및 모니터링 시스템)을 단일한 개별적 폐쇄 공간으로 구축한 데이터센터 형태. 모듈들은 현장으로 운송 시 각 구성품들로 분해되며 현장에서 재조립된다. 이러한 데이터센터는 발전기와 냉각 유닛 또는 고/저 전압 배전 시스템과 같은 외부 설비의 지원을 필요로 한다.

*Note: The data were evaluated by Delta GreenTech.