고밀도 미션 크리티컬 데이터 센터는 소형 UPS에 무엇을 요구하는가?

데이터 센터의 밀도와 전력에 대한 요구사항은 점점 까다로워지고 있다. 그 결과 성능이 뛰어난 보조 전력이 더 많이 필요하다. 하지만 많은 데이터센터에서는 제한적인 공간만 사용할 수 있다. 그렇지만 매우 콤팩트하면서도 강력한 무정전전원 (UPS)을 도입하면 대개 이러한 상황을 해결할 수 있다. 소규모 및 중간 규모의 데이터 센터에 적합한 제품을 선택하기 위해서는 냉각, 이중화, 효율성, 아키텍처와 같은 요소를 고려해야 한다.

고성능 컴퓨팅과 인공지능과 같은 새로운 응용분야는 소규모 및 중간 규모의 데이터센터의 설계와 운영에 영향을 미친다. 오늘날에는 에너지 가격이 상승하고 예산이 한정되면서, 더 효율적인 운영이 필수적이다. 비용을 아끼고 공간을 절약하며 에너지 소비량을 감소시키는 한 가지 방법은 각각의 랙 안에 더 많은 IT 자원을 집어넣는 것이다.

하지만 이렇게 하려면 많은 문제가 뒤따른다. 배치된 UPS의 밀도가 그것이 지원하는 새로운 IT 장비의 수요를 충족시키지 못한다면, 추가적인 UPS의 필요성 때문에 공간이 부족하게 될 수도 있다. 또한 데이터 센터 아키텍처는 UPS 시스템이 제공해야 하는 능력에 영향을 미친다. 그러므로 고밀도의 응용을 위한 보조 전력 솔루션을 선택할 때는 데이터센터와 UPS에 사용되는 기술을 모두 고려해야 한다.

HPC, AI, 그리고 밀도

빅데이터 분석, 머신러닝, AI 기술의 발전에 따라 데이터센터 전력 인프라도 변화가 필요하게 되었다. 고성능 컴퓨팅(High performance computing, 이하 HPC) 플랫폼은 대개 GPU와 CPU를 포함하며, 이것들은 병렬로 작동하면서 새로운 워크로드를 처리할 수 있다. 다시 말해 이것은 의학적 분석과 같은 용도에 사용하기 위한 부동 소수점 계산에 뛰어난 고성능 GPU로 가득 찬 새로운 랙을 뜻한다. HPC는 랙당 밀도를 크게 증가시켜서 20-30 kW 이상에 달한다. 451 Research가 실시한 “필수불가결한 인프라” 설문 조사의 응답자 중 50% 이상은 고밀도 HPC 데이터센터 인프라를 이미 운영하고 있다고 보고하였다.

컨버지드 인프라스트럭처와 하이퍼컨버지드 인프라스트럭처

컨버지드 인프라스트럭처(Converged infrastructure, CI)와 하이퍼컨버지드 인프라스트럭처 (hyperconverged infrastructure, HCI)는 HPC와 함께 주목을 받고 있거나 HPC와 조합되어 나타나는 두 가지 트렌드이다. 이 아키텍처는 밀도에는 큰 영향을 주지 않으나, UPS 시스템에 필요한 신뢰성에는 영향을 미친다.

CI는 대개 하나의 완전한 솔루션으로서 컴퓨팅, 저장, 네트워킹을 융합한 대규모의 랙-스케일 플랫폼으로 간주된다. 그리고 HCI는 멀티코어 서버와 로컬 스토리지 어레이를 포함하는 1U 또는 2U 랙으로서 제공될 수 있다. 아키텍처의 측면에서 두 시스템 사이의 주된 차이점은, CI의 경우에는 스토리지가 물리적 서버에 직접 결합되어 있다는 것이다. 이에 반해 HCI는 모든 VM(virtual machine) 사이에서 스토리지를 공유한다.

오늘날 데이터센터의 절반 정도는 하이퍼컨버지드 인프라를 사용하고 있다. 이 가상의 고밀도 IT 인프라에서 서비스 중단이 발생하면 그것이 비-컨버지드 환경에서 발생한 경우보다 더 폭넓은 영향을 미칠 수 있다. 그러므로 이러한 시나리오에서는 UPS의 신뢰성과 이중화(+1 redundancy)와 같은 보호 기능이 매우 중요하다.

다운타임의 주요 원인으로서 전력

데이터센터 서비스 중단(정전)의 가장 잦은 원인은 전원으로서, 이것은 다른 모든 원인보다 훨씬 큰 비중을 차지한다. 업타임 인스티튜트(Uptime Institute)의 조사에 따르면 서비스 중단의 37%가 전력 문제로 인한 것이며, 그 다음으로 흔한 원인인 소프트웨어와 IT 시스템의 문제는 전체 고장 원인 중 22%만 차지한다.

이러한 서비스 중단에 영향을 미칠 수 있는 한 가지 현상은 바로 “creeping criticality”라는 것이다. 이 현상은 전력 인프라의 변화가 없는 상황에서 복원력(resiliency)에 대한 수요가 점점 증가한 결과, 눈치채지 못한 사이에 인프라스트럭처가 임계점을 조용히 넘어설 때 발생한다. 이와 같은 상황은 더 많은 HPC 또는 HCI를 점진적으로 도입하여 밀도가 증가함으로써 발생할 수 있다.

그리고 데이터센터 다운타임은 비용을 증가시킨다. 최근 이러한 사건 중 10% 이상은 100만 달러 이상의 비용 증가를 초래하였다. 따라서 UPS의 요구조건을 더 면밀하게 조사할 필요가 있다.

미션 크리티컬 데이터에 적합한 UPS의 유형

오늘날에 사용되는 세가지 유형의 무정전전원공급 시스템은 스탠바이(standby), 라인 인터랙티브(line interactive), 온라인(online)이다. 앞의 두 가지 유형은 정전 시의 긴 스위치오버 시간(25ms)처럼 전력 품질 이상 정보를 전원 공급부로부터 수집하는 방식에 있어서 한계가 있을 수도 있으며, 이러한 이유 때문에 이러한 UPS는 소규모 및 중간 규모의 데이터센터의 대부분의 미션 크리티컬 애플리케이션에는 적합하지 않다.

하지만 델타의 새로운 5-20kVA Amplon RT 모델과 같은 온라인 더블 컨버전 UPS는 스위치오버 시간이 필요 없다. 이러한 장치들은 외부 전력을 끌어와 그것을 DC 전력으로 변환하여 배터리를 충전한 다음 DC bus로부터 AC로 다시 전력을 변환하여 IT 부하에 전력을 공급한다. 이러한 방식의 큰 이점은 이 전력이 항상 DC bus로부터 나온다는 점이다. 따라서 전력망으로부터 공급되는 전력이 중단되더라도, 스위치오버는 필요하지 않다. 또한 이 배터리들은 과도 상태와 전압 강하를 완충하는 역할을 하므로, 매우 깨끗한 전력을 공급할 수 있다.

병렬 운전을 제공하는 UPS 시스템은 더 긴 런 타임을 제공할 수 있다. 그보다 더 중요한 장점은 이러한 시스템에서는 구성에 포함된 UPS 장치 또는 배터리 스트링 중 하나가 고장을 일으키더라도 여전히 전력이 공급된다는 것이다. 이것은 대개 +1 리던던시라고 불리며, 이러한 구성에서는 두 개의 UPS 시스템이 병렬로 작동된다. 병렬로 구성된 여러 개의 UPS 시스템은 N+1 아키텍처라고 하며, 여기에서 N 은 부하를 취급하는 데 필요한 UPS 시스템의 개수를 의미하고 +1은 N 개의 장치 중 하나가 고장을 일으키는 경우의 백업을 의미한다. 병렬 UPS 구성은 뱅킹, 제조, 보건의료와 같이 다운타임이 심각한 악영향을 일으킬 수 있는 미션 크리티컬 애플리케이션에 매우 유용하다.

배터리는 모든 온라인 UPS의 필수적인 구성요소이지만, 수명이 제한적이다. 배터리 유지보수와 교체는 어느 정도 불가피한 것이다. 하지만 리튬이온 배터리는 필요한 정비 빈도가 더 적으며, 더 높은 전력밀도를 가지고 있으며, 납축전지에 비해 사용 수명이 두 배 더 길다. 이러한 사실에 비추어 볼 때, 리튬이온 배터리는 교체 횟수가 더 적기 때문에 비용이 절약된다. 그리고 이러한 특성은 한정된 비용으로 고밀도 데이터센터를 운영하는데 있어서 매우 유리한 부분이다.

바이패스 컨트롤을 사용하면 전력 분배 시스템에서 UPS를 완전히 제거할 수 있다. 이렇게 외부 전력망으로 스위치오버를 하여 UPS를 제거하는 능력은 다음 두 가지 경우에 필수적이다. 첫째, UPS에 결함이 발생하는 경우. 둘째, UPS의 유지보수가 필요한 경우. 이 바이패스 기능을 사용하면 부하에 대한 전력 공급의 중단 없이 유지보수를 실시할 수 있다. 바이패스 기능이 없다면 전력망으로부터 전력이 공급되기는 하지만, 다운스트림 UPS가 기능하지 않아서 데이터센터가 오프라인 상태가 되는 안타까운 상황이 발생할 수도 있다.

고밀도 데이터센터를 위한 올바른 벤더와 제품의 선택

전 세계 거의 모든 지역에 필요한 수의 UPS 시스템을 공급하고 서비스를 제공할 수 있는 델타 일렉트로닉스와 같은 글로벌 기업을 파트너로 선택하는 것은 데이터센터 운영자에게 큰 이점이 될 수 있다. 예를 들어 델타의 새로운 Amplon RT 시리즈 5-20kVA 는 온라인 더블 컨버전 UPS 시스템의 한 라인으로서 풍부한 기능을 통해 더욱 향상된 회복력을 제공하며 콤팩트한 2U 폼팩터 덕분에 동급 최고의 밀도를 제공한다.

이것은 점점 높아지는 랙 당 밀도와 제한적인 플로어 공간 때문에 더 많은 전력이 필요한 기업에게 큰 도움이 되는 조합이다. 1에 달하는 역률, 높은 시스템 효율성, 핫스왑이 가능한 배터리, 병렬 구성을 갖춘 RT 시리즈는 데이터센터의 높은 밀도로 인해 발생하는 문제의 해결에도 도움이 된다. 또한 5-20kVA급 UPS로는 시중에서 최초로 리튬이온 외장 배터리 캐비닛을 기본적으로 제공한다. 심지어 바이패스 기능을 통해 시스템이 온라인 상태일 때 전체 배터리 스트링이 아닌 단 하나의 배터리만 교체할 수도 있다.

그리고 그 밖의 다양한 분야도 이 새로운 RT 시리즈 UPS 시스템으로부터 이익을 얻게 될 것이다. 예를 들어 에지 컴퓨팅(edge computing) 설비는 가용 공간이 제한적이며, 제조 및 텔레콤 산업 분야의 미션 크리티컬 애플리케이션에 사용된다. 이 UPS 장치에 분전함과 유지보수 바이패스 차단기가 통합되어 있음을 고려하면, 소규모 및 중간 규모의 다양한 시설들은 이 UPS가 제공하는 신뢰성과 탁월한 효율성으로부터 이익을 얻을 수 있다.