반도체 발열 문제가 IT 업계의 최대 화두로 떠오르고 있다. 스마트폰부터 PC, 데이터센터의 서버에 이르기까지 발열 관리는 기업의 생존과 직결되는 핵심 과제가 되고 있다. 특히 AI 시대를 맞아 고성능 컴퓨팅에 대한 수요가 급증하면서 발열 관리의 중요성은 그 어느 때보다 커지고 있다.

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발열 문제는 최신 스마트폰에서도 여실히 드러났다. 지난해 출시된 아이폰15 프로는 예상치 못한 발열 이슈로 논란의 중심에 섰다. 애플이 자체 개발한 실리콘 칩은 그동안 낮은 발열로 정평이 나 있었지만, 새로운 칩인 A17 프로 탑재 후 발열 문제가 불거졌다. 소비자들은 해외 유튜브를 통해 발열 문제를 접하면서 우려의 목소리를 높였고, 이는 애플의 이미지에도 타격을 주었다.

애플은 결국 소프트웨어 최적화를 통해 문제를 해결했다. 새로운 아이폰을 설정할 때 AP가 최대 성능으로 작동하면서 발생하는 발열을 OS 최적화로 제어한 것이다. 이는 하드웨어뿐만 아니라 소프트웨어 측면에서도 발열 관리가 중요하다는 것을 보여주는 사례가 됐다.

삼성전자도 발열 문제를 피해 가지 못했다. 갤럭시 S22에 탑재된 퀄컴의 최신 칩이 발열 문제를 일으키자, 삼성은 성능을 제한하는 '게임 최적화 서비스(GOS)'를 도입했다. 이는 소비자들의 거센 반발을 불러왔고, 결국 퀄컴이 삼성 파운드리에서 TSMC로 생산기지를 옮기는 결정적 계기가 되었다. 기업의 경쟁력이 발열 관리 능력과 직결된다는 것을 보여주는 대표적 사례다.

발열 문제는 데이터센터에서 더욱 심각한 양상을 보이고 있다. 엔비디아의 차세대 AI용 GPU인 '블랙웰'은 한 랙에 72개의 GPU와 36개의 CPU가 집적되는 구조다. 이는 기존 8개 GPU 구성과 비교할 때 발열량이 대폭 증가할 수밖에 없는 구조다. 특히 블랙웰 서버는 공간 효율을 높이기 위해 부품들을 조밀하게 배치했기 때문에, 열 관리가 더욱 까다로워졌다.

엔비디아는 이러한 발열 문제를 해결하기 위해 수랭식 냉각을 사실상 필수로 요구하고 있다. 마치 자동차 엔진의 냉각 시스템처럼, 물을 순환시켜 열을 식히는 방식이다. 서버 제조사들은 각자의 방식으로 수냉 파이프를 설계하고 있으며, 이는 새로운 경쟁력의 척도가 되고 있다.
전통적인 공랭식 냉각으로는 더 이상 한계에 도달했다는 평가가 지배적이다. 이에 따라 데이터센터들은 수랭식 냉각 시스템 도입을 서두르고 있다. SK와 같은 기업들은 한발 더 나아가 서버를 액체에 직접 담그는 '액침 냉각' 기술도 연구하고 있다. 다만 엔비디아는 아직 액침 냉각에 대한 보증을 제공하지 않고 있어, 상용화까지는 시간이 더 필요할 것으로 보인다.

우리나라도 국가 슈퍼컴퓨터 구축 과정에서 수랭식 냉각 시스템 도입을 검토하고 있다. 당초 2023년 가동 예정이었던 슈퍼컴퓨터는 2026년 1월로 일정이 미뤄졌지만, 처음부터 수랭식 시스템을 갖추어 미래를 대비한다는 계획이다.

데이터센터의 발열 관리는 전력 소비와도 직결된다. 냉각에 필요한 전력 소비를 줄이는 것이 운영 비용 절감의 핵심이 되고 있다. 수랭식 시스템은 초기 투자 비용이 높지만, 장기적으로는 전력 소비를 줄일 수 있다는 장점이 있다. 전문가들은 "전기 사용량 감소는 곧 발열량 감소와 직결된다"고 설명한다.

발열 문제는 데이터센터 입지 선정에도 영향을 미친다. 소음과 전자파 등의 문제로 주거지역 인근 데이터센터 설립이 어려워지고 있는 가운데, 수랭식 냉각 시스템은 소음 저감에도 도움이 될 것으로 기대된다. 실제로 네이버는 주민 반대로 인해 아파트 인근 데이터센터 설립 계획을 철회한 바 있다.

최근에는 PC 시장에서도 변화의 바람이 불고 있다. 애플이 출시한 맥 미니는 작은 크기에도 불구하고 뛰어난 성능과 발열 관리 능력을 보여주며 주목받고 있다. 팬이 없는 무소음 PC도 점차 증가하는 추세다. 발열 관리 기술의 발전이 제품의 형태까지 바꾸고 있는 것이다.

새로운 냉각 기술의 발전은 IT 산업의 미래를 좌우할 핵심 변수로 떠오르고 있다. 전문가들은 "발열 문제 해결 없이는 IT 기기의 성능 향상도 한계에 부딪힐 수밖에 없다"고 지적한다. 특히 AI 시대를 맞아 고성능 컴퓨팅에 대한 수요가 급증하면서, 효율적인 열 관리 기술 확보는 기업의 생존을 좌우할 핵심 경쟁력이 될 전망이다.

일각에서는 바다 속에 데이터센터를 건설하는 등 혁신적인 냉각 방식도 제안되고 있다. 다양한 형태의 열 관리 기술이 연구되면서, 이 분야의 스타트업들에게도 새로운 기회가 열릴 것으로 기대된다. 발열과의 전쟁은 IT 산업 전반에 걸쳐 계속될 전망이며, 이는 새로운 기술 혁신의 동력이 될 것으로 보인다.



백종민 기자 cinqange@asiae.co.kr
강희종 기자 mindle@asiae.co.kr
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