인공지능(AI) 확산으로 데이터센터의 전력 소모와 발열이 폭증하면서 기존 공랭식 냉각 방식이 한계에 다다르고 있다. 이에 따라 물이나 특수 냉각액을 활용해 열을 직접 제거하는 ‘액침냉각(액랭식)’ 기술이 차세대 데이터센터의 핵심 인프라로 급부상하고 있으며, 일본과 한국을 비롯한 글로벌 기업들이 앞다퉈 시장 선점에 나서고 있다.

일본 요미우리신문에 따르면, 일본 반도체 대기업 키옥시아는 최근 데이터센터용 액침냉각 대응 저장장치를 공개했다. 반도체와 접하는 금속판에 미세한 구멍을 뚫고 냉각액을 흘려보내는 방식으로, 기존 공랭식 대비 열 제거 효율을 크게 높인 것이 특징이다. 키옥시아는 이미 미국 고객사에 샘플 출하를 시작했으며, 이르면 오는 10월 양산에 돌입할 계획이다. 일본 기업들의 움직임도 빨라지고 있다. 파나소닉홀딩스는 지난 3월 냉각액 순환장치 수주를 시작했고, 후지전기는 6월 액침냉각 장치를 출시했다. 전자부품업체 TDK는 액침냉각에 필요한 미세 금속 가공 기술을 확보하기 위해 미국 벤처기업을 최대 640억 엔에 인수하기로 했다.

액침냉각 기술이 주목받는 이유는 명확하다. 첫째, 공랭식의 물리적 한계다. 기존 데이터센터의 공랭식 냉각 용량은 랙당 20~30kW 수준으로 알려져 있다. 그러나 최신 AI GPU는 엔비디아 블랙웰(Blackwell)에서 125kW, 차세대 베라 루빈(Vera Rubin NVL72)에서는 190~230kW에 달하는 전력 밀도를 요구한다. 팬과 공조 장비로 공기를 순환시키는 방식으로는 이 같은 열을 감당하기 어렵다.

둘째, 액체의 높은 열전달 효율이다. 물 등 액체는 공기보다 열전도율이 20배 이상 높아 칩과 직접 접촉해 열을 빠르게 제거할 수 있다. 이는 고밀도 AI 서버를 안정적으로 운영하는 데 필수적이다. 실제로 데이터센터 전체 전력 소비의 30~40%가 냉각에 사용되는 만큼, 액침냉각은 전력 효율 개선과 운영비 절감 측면에서도 큰 이점을 제공한다. 팬과 공조 설비를 최소화할 수 있어 냉각용 전력 사용량을 크게 줄일 수 있기 때문이다.

셋째, 생성형 AI 확산으로 ‘AI 팩토리’ 시대가 도래하면서 GPU 수천~수만 개를 동시에 운용하는 초대형 데이터센터가 등장하고 있다는 점도 액침냉각 도입을 가속하고 있다. 안정적인 고성능 추론과 학습을 위해서는 열관리·전력효율·운영비·서비스 품질을 모두 고려해야 하는데, 액침냉각은 이 모든 요소를 충족시키는 기술로 평가된다.

시장조사업체 트렌드포스는 AI 반도체 가운데 액침냉각을 적용한 제품 비중이 2023년 6%에서 2027년 59%로 급증할 것으로 전망했다. 글로벌 데이터센터 업계가 공랭식에서 액침냉각으로 급격히 전환하고 있음을 보여주는 수치다.

한국 기업들도 발 빠르게 대응하고 있다. LG CNS는 국내 최초로 대규모 액침냉각 기반 데이터센터 구축에 나섰고, LG전자는 엔비디아 인증을 받은 600kW급 CDU(냉각수 분배장치)를 선보이며 글로벌 시장 공략에 속도를 내고 있다. 삼성전자는 액침냉각 기술을 확보하기 위해 해외 공조 기업을 인수하고 생산라인을 확충하고 있으며, GS칼텍스는 국내 최초로 액침냉각용 절연유를 개발해 공급을 시작했다.

AI 시대의 도래는 데이터센터의 냉각 기술 패러다임을 근본적으로 바꾸고 있다. 공랭식의 시대가 사실상 저물고, 액침냉각이 새로운 표준으로 자리 잡는 가운데 일본과 한국 기업들의 기술 경쟁은 더욱 치열해질 전망이다. AI 인프라의 핵심 요소로 떠오른 액침냉각 기술이 글로벌 데이터센터 시장의 판도를 어떻게 바꿀지 주목된다.