Environment+Energy Leader, 800V DC 전력 아키텍처가 AI 데이터센터의 전력 분배 방식을 어떻게 바꾸고 있는지 설명하다.

인공지능은 서버 설계만 바꾸고 있는 것이 아닙니다. AI 랙이 기존 컴퓨팅 인프라보다 훨씬 많은 전력을 소비하면서, 데이터센터 개발사들은 전기가 발전 설비와 전력망 연결 지점에서 실제 작업을 수행하는 프로세서까지 어떻게 전달되는지를 다시 검토하고 있습니다.

이러한 변화로 인해 800볼트 직류(800V DC)가 인프라 의제의 상위로 올라서고 있습니다.

Bloom Energy는 최근 보고서에서 800V DC가 차세대 AI 데이터센터의 핵심 요소가 될 수 있다고 주장합니다. 이 회사의 제안은 시설 내부에서 고전압 직류를 사용하는 것에 그치지 않습니다. 고체산화물 연료전지(solid oxide fuel cell)로 현장에서 직류 전력을 생산함으로써, 전기 체계의 일부에서 변압기와 전력 변환 장비를 제거할 수 있다고 주장합니다.

Bloom이 모델링한 1기가와트(1-GW) AI 데이터센터에서 이 아키텍처는 컴퓨팅 이외의 자본 비용을 약 27%, 5년 총소유비용(TCO)을 약 9% 절감하는 것으로 추정됩니다.

이 수치들은 눈에 띄는 헤드라인이 될 만합니다. 그러나 데이터센터 개발사들이 면밀히 검토해야 할 가정에 바탕을 두고 있습니다.

**AI가 800V DC로의 전환을 이끄는 이유**

AI 랙의 전력 밀도가 높아지면서 고전압 배전의 근거가 점점 분명해지고 있습니다.

Bloom의 분석에 따르면 일반적인 랙 전력은 2020년 약 10킬로와트(kW)에서 NVIDIA의 Vera Rubin 아키텍처에서는 약 200kW 수준으로 높아지고 있습니다. Rubin Ultra와 Kyber 같은 향후 시스템은 랙당 요구 전력을 600kW, 나아가 1메가와트(MW)까지 끌어올릴 수 있습니다.

이 규모에서 기존 방식은 근본적인 전기적 한계에 직면합니다. 낮은 전압으로 더 많은 전력을 공급하려면 더 큰 전류가 필요합니다. 이는 더 굵은 도체, 더 큰 전기 손실, 그리고 전력 인프라에 할당되는 시설 공간의 증가로 이어질 수 있습니다.

800V DC 아키텍처로 전환하면 일반적인 415V 또는 480V AC 배전에 비해 동일한 전력을 공급하는 데 필요한 전류가 줄어듭니다. 잠재적 이점으로는 도체 축소, 배전 손실 감소, 전기 설비에 필요한 공간 절감 등이 있습니다.

업계 전체도 같은 방향으로 움직이고 있습니다. McKinsey는 AI 랙 요구 전력이 약 200kW에서 600kW에 이르고, 올해 말에는 1MW에 근접할 수 있다고 추정했습니다. NVIDIA, Google, Microsoft는 Open Compute Project를 통해 공통 800V DC 인터페이스, 장비 요건, 안전 표준을 함께 마련해 왔습니다.

그러나 이러한 전환은 단일 아키텍처를 통해 이루어질 가능성이 낮습니다.

NVIDIA의 로드맵은 기존 AC 전원 기반 데이터센터와 함께 작동하도록 설계되어 있습니다. 단기적 접근 방식 중 하나는 일반 AC 전력을 받아 컴퓨팅 랙 가까이에서 800V DC로 변환하는 전원 랙 또는 사이드카를 사용하는 것입니다. 이후 설계에서는 이 변환 지점을 더 상류로 옮겨, 중간전압 AC를 800V DC 백본으로 직접 변환하는 아키텍처도 등장할 수 있습니다.

이는 개발사에게 실용적인 마이그레이션 경로를 제공합니다. 고밀도 AI 시스템을 배치하기 전에 기존 스위치기어, UPS 인프라, AC 투자를 반드시 교체할 필요는 없습니다.

NAND Research의 창립자 Steve McDowell도 비슷하게, 800V DC의 가장 강력한 경제적 근거는 전력 밀도, 인프라 요건, 가동률이 추가적인 복잡성을 정당화할 수 있는 하이퍼스케일 AI 환경에서 나타날 가능성이 크다고 지적했습니다.

이러한 구분은 중요합니다. 800V DC 재설계는 신규 AI 캠퍼스에서는 타당할 수 있지만, 랙 밀도가 현저히 낮은 일반 기업형 데이터센터에서는 경제적으로 맞지 않을 수 있습니다.

**더 큰 질문은 DC 전력이 어디서 시작되어야 하는가이다**

Bloom의 보다 차별화된 주장은 상류에서 무엇이 일어나는지에 초점을 맞춥니다.

많은 800V DC 설계는 여전히 전력망에서 공급되는 AC 전력에서 출발하며, 이 전력은 데이터센터 내부에서 직류로 변환됩니다. Bloom은 고체산화물 연료전지로 현장에서 직류를 생산함으로써 이러한 변환 단계 일부를 제거할 것을 제안합니다.

이 개념 뒤에는 명확한 공학적 근거가 있습니다. 최종 사용 장비가 직류 전력을 필요로 한다면, 처음부터 직류를 생성하는 것이 에너지원과 프로세서 사이의 변환 단계 수를 줄일 수 있습니다.

Bloom의 보고서는 모델링된 아키텍처가 1GW 규모 프로젝트에서 컴퓨팅 이외의 자본 지출을 약 36억 달러, 5년간 운영비를 약 19억 달러 줄일 수 있다고 추정합니다.

이 수치는 AI 데이터센터 전반에 대한 일반적인 벤치마크가 아니라 시나리오 결과로 보아야 합니다.

모델은 고정된 1,000MW IT 부하를 갖춘 신규 개발 프로젝트를 가정하며, 2029년 예상 가격을 사용합니다. 현장 발전 시스템은 전력구매계약(PPA) 방식으로 구성되어 있어, 발전 자산은 개발사의 자본 예산에 포함되지 않습니다.

이 분석은 또한 금융 조달, 세금, 감가상각, 설비 폐기, 잔존 가치, IT 장비 교체 주기 등 비용 및 재무 요인을 제외하고 있습니다. 모델링된 아키텍처의 일부 장비는 아직 대량 생산 단계에 이르지 않았으며, 이에 따라 향후 가격이 또 다른 중요한 변수가 됩니다.

다른 업계 분석들은 아키텍처에 따라 경제성이 얼마나 크게 달라질 수 있는지를 보여줍니다. McKinsey는 800V 아키텍처가 비IT 자본 절감을 약 15%에서 18%, 에너지 관련 운영 절감을 약 8%에서 10% 가져올 수 있다고 추정했습니다.

이 수치들은 서로 다른 구성에 기반한 것이므로 Bloom의 분석과 직접 비교할 수는 없습니다. 그럼에도 이 차이는 개발사에게 중요한 점을 시사합니다. 800V DC의 경제성은 변환이 어디서 일어나는지, 전력이 어떻게 생산되는지, 그리고 어떤 비용이 프로젝트 경계 안에 포함되는지에 크게 좌우된다는 것입니다.

안전과 운영 역시 도입을 좌우할 것입니다.

고전압 직류는 고장 및 아크 발생 시 교류와 다르게 작동하며, 이는 보호 장비, 차단기 설계, 격리 절차, 유지보수 관행에 영향을 줍니다. 직류 배전을 상류로 옮기면 물리적 인프라와 함께 새로운 장비 표준, 교육, 운영 절차가 필요할 수 있습니다.

현장 연료전지는 프로젝트별 고려 사항을 한 겹 더합니다. 연료 공급, 에너지 가격, 배출 목표, 인허가, 부지 구성 모두 경제성에 영향을 줄 수 있습니다. 고체산화물 연료전지는 천연가스 및 기타 연료로 운전할 수 있으므로, 전기 변환을 줄인다고 해서 에너지원 자체를 평가할 필요가 사라지는 것은 아닙니다.

Bloom은 시스템에 대해 대규모 상업 계약을 확보했으며, 그중에는 Oracle이 최대 2.8GW의 연료전지 용량을 구매할 계획이며 초기 1.2GW가 계약된 합의가 포함됩니다. 이는 현장 발전에 대한 수요가 존재한다는 증거이지만, 모든 800V DC 프로젝트가 같은 경로를 따른다는 의미는 아닙니다.

가까운 미래에는 여러 아키텍처가 혼합되는 모습이 더 가능성이 큽니다.

일부 운영사는 전력망 AC를 유지하면서 AI 랙 가까이에서 변환하는 방식을 택할 수 있습니다. 다른 운영사는 변환 지점을 시설 경계 쪽으로 옮길 수 있습니다. 적합한 에너지 경제성을 갖춘 신규 캠퍼스는 현장 직류 발전을 검토할 수 있습니다.

따라서 데이터센터 리더에게 더 큰 변화는 단순히 AC에서 DC로 옮겨가는 것이 아닙니다. 발전, 배전, 변환, 저장, 보호, 컴퓨팅 인프라를 하나의 시스템으로 설계해야 할 필요성이 커지고 있다는 점입니다.

AI는 전기 아키텍처를 전략적 자본 결정으로 만들고 있습니다. 랙 밀도가 계속 높아지는 가운데, 전력이 어디서 오고 프로세서에 어떻게 도달하는지를 선택하는 일은 시설 비용, 배치 속도, 장기 운영 경제성에 실질적인 영향을 미칠 수 있습니다.