(일러스트=챗GPT로 생성된 이미지)

[위즈경제] 이정원 기자 =전 세계적으로 인공지능(AI) 산업에 대한 투자가 급속히 확대되면서, 이를 뒷받침할 대규모 데이터센터의 전력 소비 급증이 예고되고 있다. 이에 따라 전력 공급과 냉각 효율 확보, 부지 마련 등 데이터센터 운영 인프라 전반에 걸친 구조적 제약이 부각되는 가운데, 해저·우주·지하 등을 활용한 '공간 확장형 데이터센터'가 새로운 대안으로 부상하고 있다.

KB경영연구소가 지난 8일 공개한 '데이터센터의 공간 확장, 해저-우주-지하의 새로운 가능성' 보고서는 세계적인 AI 분야 투자 확대와 함께 요구되는 대규모 데이터센터 구축 과정에서 나타날 한계를 짚고, 해저·우주·지하 등 공간 확장을 통한 새로운 가능성에 대해 분석했다. 

보고서에 따르면 국제에너지기구(IEA)는 글로벌 데이터센터의 전력 소비량이 2024년 415TWh(테라와트시)에서 2030년에는 일본의 연간 전력 소비량인 945TWh까지 급증할 것으로 내다봤다.

이와 함께 높아진 전력 수요는 냉각 시스템 가동 비용 증가로 이어지고, 대규모 부지 확보 어러움과 물 부족 문제까지 겹치며 데이터센터 운영의 복합적인 부담으로 작용할 우려도 제기된다. 

실제로 서버 '랙(rack)' 당 전력 밀도는 200kW에 육박하고, 이에 따른 냉각 비용은 전체 운영 비용의 40~45%를 차지할 것으로 예상된다.

*랙(rack): 서버를 넣는 표준 캐비닛

특히 기존 공기 냉각 방식은 데이터센터의 발열량 증가에 따라 냉각 비용 상승이 불가피하며, 이로 인한 비효율성 문제가 대두되고 있다. 

1MW(메가와트)급 시설의 냉각탑 일일 냉각수 소비량은 1200~2000톤 규모에 달하는데, 네덜란드·아일랜드·프랑크푸르트 등 주요 데이터센터 클러스터에서는 물 부족으로 신규 인허가를 중단하거나 제한되는 사례도 발생하고 있다.

아울러 수천 개 서버를 갖춘 대규모 데이터센터인 하이퍼스케일 데이터센터는 수십만 ㎥ 규모의 부지가 필요하며, 도시 및 산업 인프라가 집적된 국가의 경우 대규모 부지 확보에 어려움을 겪을 가능성이 크다.

이러한 상황에서 전력·냉각·인허가·규제 환경의 제약을 극복하는 새로운 해법으로 해저와 우주, 지하 공간을 활용하는 전략이 부상하고 있다. 

우선 해저로 데이터센터의 공간 확장이 이뤄질 경우, 해수의 일정한 수온과 높은 열 전달 특성을 활용해 냉각 효율을 크게 높일 수 있다. 

앞서 마이크로소프트는 지난 2018년부터 2년간 스코틀랜드 앞바다에서 수중 데이터센터 프로젝트인 '나틱(Natick)'을 진행했다.

서버가 탑재된 수중 모듈을 북해 수심 약 36m에 설치한 결과 고장률이 지상 데이터센터 대비 8분의 1수준에 불과한 것으로 나타났다.

아울러 해저 환경은 진동과 산소 노출, 오염 물질 등 지상 환경에서 발생하는 다양한 고장 요인을 최소화할 수 있고, 상대적으로 짧은 구축 기간과 냉각 효과로 인해 냉각 비용 절감 등 경제적 측면의 이점도 크다.

다만, 유지보수의 어려움, 장비 인양 비용, 부식 대응 기술, 해저 생태계와의 조화 등 해결해야 할 기술적·환경적 과제가 존재한다. 

우주 환경의 경우, 극저온 환경에서 비롯된 고효율 냉각과 태양광 발전을 통한 전력 소비량을 지상 대비 10분의 1수준으로 줄일 수 있을 것으로 기대된다.

우주의 극저온 환경(평균 온도 -270℃)은 지상 대비 냉각 에너지 소모량을 최대 95%까지 줄일 수 있으며, 태양광 발전 효율도 월등히 높다는 장점이 있다. 

또한 부지 확보에 전체 투자 비용의 10~15%가 투자되는 지상 데이터센터와 달리, 우주에서는 부지 비용이 발생하지 않아 규제·지역 사회 제약 등의 영향에도 자유롭다. 

그럼에도 불구하고 발사 및 유지보수 비용, 데이터 전송, 지연, 우주 파편 충돌 등 복합적인 기술 난제는 여전히 해결해야 될 과제로 남아 있다.

마지막으로 지하 데이터센터 구축은 폐광 등의 공간을 활용해, 두꺼운 암반을 기반으로 일정한 온도를 유지하고 높은 냉각 효율과 보안성을 확보할 수 있다. 

광산·산업 시설을 활용해 지하 공간을 데이터센터로 개조하면, 일정한 온도·습도 유지가 가능해 공조 설비의 냉각 가동률을 크게 낮출 뿐만 아니라 건설 비용의 절감도 가능하다. 

하지만, 습도 관리, 환기·배기 시스템 구축, 광케이블 지하 설치 비용 등은 실질적인 제약 요인으로 지적된다. 

이처럼 다양한 공간 활용은 데이터센터 공간의 패러다임이 기존의 지상 중심 단일 거점에서 벗어나 해저·우주·지하 등으로 확장되는 분산형 구조로 재편될 가능성을 시사한다. 

이에 따라 기업은 단일 공간에서 여러 기능(고성능 AI 학습, 높은 보안, 저지연 서비스 등)을 수용하려는 접근보다 목적에 따라 최적화된 공간 선정을 위한 전략이 요구된다. 

나아가 향후 데이터센터의 공간 확장은 급증하는 AI 연산 수요를 대응하고 새로운 인프라 전략이자, 국가와 기업의 디지털 경쟁력을 결정짓는 핵심 요소로 자리 잡을 가능성이 크다. 

보고서에 따르면 한국은 폐광 자원, 해저 케이블망, 우주 기술 역량 등 공간 확장형 데이터센터 분야에서 전략적 우위를 확보할 수 있는 잠재력이 높은 것으로 평가됐다.

정부는 최근 AI 데이터센터 인프라 확장을 위해 2030년까지 4천억 원 규모의 AI 서버·인프라 개발 사업을 승인했으며, 이 사업에는 데이터센터 냉각 기술도 포함됐다.

이와 함께 지하 및 해저 데이터센터 시범 사업, 우주 데이터 저장 기술 연구, 재생에너지 연계 전력 기술 개발 등 단계별 로드맵 마련이 필요하다는 분석도 함께 제기됐다.

이와 같은 흐름 속에서 AI 기술의 고도화와 함께 대중의 관심과 활용도도 빠르게 확산되고 있다.

실제로 올 한 해 한국인이 가장 많이 사용한 앱은 '챗GPT'로 나타났다.

실시간 앱·결제 데이터 분석 기업 와이즈앱·리테일이 한국인 스마트폰 이용자를 조사한 결과, 2025년 1월 대비 11월 사용자가 가장 많이 증가한 앱은 '챗GPT'였으며, 성장률 196.6%를 기록했다.

아울러 챗GPT는 지난 11개월 동안 한국인이 가장 많이 사용한 앱으로도 이름을 올렸으며, 월평균 사용자는 1672만 명에 달했다.