차세대 AI 데이터센터를 위한
CDU 센싱·제어 솔루션과 액체 냉각 기술
최근 인공지능과 클라우드 서비스가 빠르게 발전하면서 데이터센터의 규모도 지속적으로 커지고 있습니다. 기존에는 공기를 이용한 냉각 방식이 주로 사용되었지만, AI 서버의 발열이 급격히 증가하면서 공랭 방식만으로는 안정적인 온도 관리가 어려워지고 있습니다.이에 따라 최근에는 냉각수를 이용해 열을 직접 제거하는 액체 냉각(Liquid Cooling) 기술이 차세대 데이터센터의 핵심 기술로 주목받고 있습니다. 액체 냉각 시스템에서 냉각수를 안정적으로 공급하고 관리하는 핵심 장비가 바로 CDU(Coolant Distribution Unit)입니다.
CDU는 온도·압력·유량·누수센서의 신호를 측정하고, 펌프와 밸브, 냉각팬 등을 제어해 냉각 시스템이 안정적으로 운전될 수 있도록 지원합니다. 특히 냉각장치의 고장이 데이터센터 전체의 서비스 중단으로 이어질 수 있기 때문에 정확한 센싱과 안정적인 제어, 이중화 및 원격 관리 기능이 중요합니다.
성장하는 데이터센터 액체 냉각 시장
AI 서버와 고출력 전력장비의 발열이 증가하면서 국내에서도 CDU와 액체 냉각 기술에 관한 관심이 높아지고 있습니다. LG전자는 엔비디아 CDU 인증을 위한 테스트용 제품 개발을 완료했으며, 오텍캐리어도 글로벌 캐리어와 CDU 사업을 추진하고 있습니다. 이와 함께 데이터센터 액체 냉각 시장이 향후 10년 안에 약 6배 성장할 것이라는 전망도 나오고 있습니다. 이러한 시장 변화에 따라 데이터센터 CDU 및 냉각장치 제조사뿐만 아니라 서버·랙·BMC 시스템 제조사와 데이터센터 시스템 통합업체에서도 관련 센싱·제어 기술에 관한 검토가 확대될 것으로 예상됩니다.
ADI CDU 데모 시스템
ADI는 CDU의 동작 원리를 이해하고 관련 센서 및 제어 기술을 시연하기 위해 별도의 CDU 데모 시스템을 제작했습니다. 해당 데모 시스템은 탱크, 펌프, 누수센서, 밸브, 유량계, 압력센서, 온도센서, 콜드플레이트, 라디에이터 및 팬으로 구성되어 있습니다. 실제 센서와 냉각 부품을 연결해 냉각수가 순환하는 과정과 각 장치가 제어되는 모습을 확인할 수 있습니다. 데모 시스템에 적용된 ADI Control Board는 10cm × 10cm 크기의 소형 보드로 설계됐으며, 다양한 산업용 센서의 신호 측정부터 펌프·밸브·팬 제어, 전원 보호, 절연 및 통신 기능을 지원합니다.
CDU에 적용되는 ADI 솔루션 소개
[1] 냉각팬 제어 및 상태 감시
[MAX31790]은 PWM으로 냉각팬의 속도를 제어하고, Tach 신호를 통해 팬의 회전 상태와 고장 여부를 감시합니다. ADI의 CDU 데모 시스템에서는 MAX31790 6개를 사용해 최대 36개의 팬을 관리하는 구성이 제시됩니다.
[2] 온도 측정
[LTC2984]와 [MAX31856]은 히터와 온도센서의 신호를 디지털 데이터로 변환합니다. 이를 통해 냉각수와 콜드플레이트, 장비 내부의 온도를 측정할 수 있으며, 예시 구성에서는 최대 8개의 열전대 입력을 지원합니다.
[3] 전력 상태 감시
[LTC2948]은 시스템의 전압과 전류, 전력 상태를 감시하기 위한 전력 모니터링 부분에 활용됩니다.
[4] 센서 신호 측정 및 펌프·밸브 제어
[AD74416H]는 프로그래밍 가능한 ADC/DAC 입출력을 통해 온도·압력·유량·누수센서 등의 아날로그 신호를 측정하고, 펌프와 밸브를 제어합니다.
[ADuM341E]와 [ADuM342E]는 센서와 통신 인터페이스에 필요한 절연 기능을 제공합니다.
[5] 전원 보호 및 시스템 안정성 확보
[LTC4381], [LT8301], [MAX16058]은 전원 이상 감시와 과전류 보호, 보드 교체 및 MCU 자동 재시작 기능을 지원합니다. 이를 통해 냉각 시스템의 안정성을 높이고, 이상 발생 시 보다 신속하게 대응할 수 있습니다.
ADI Control Board의 주요 특징
ADI CDU 데모 시스템에 적용된 Control Board의 주요 특징은 다음과 같습니다.
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* 10cm × 10cm 크기의 소형 보드 설계 |
ADI CDU 솔루션의 강점
현재 CDU 제어에는 산업용 외산 PLC가 많이 사용되고 있습니다. ADI의 CDU 데모 시스템과 Control Board는 센서 입력과 장치 제어, 절연, 전원 및 통신 기능을 하나의 레퍼런스 설계로 구성한 것이 특징입니다. 센서 입력과 펌프·밸브·팬 제어, 절연, 전원, GUI 및 Redfish가 하나의 설계로 제공되기 때문에 개발시간을 단축할 수 있습니다. 또한 여러 종류의 센서 보드와 제어 보드를 처음부터 개발해야 하는 부담을 줄여 개발비용 절감에도 도움을 줄 수 있습니다.
10cm × 10cm 크기의 보드에 다채널 아날로그·디지털 입출력을 통합해 시스템 크기를 줄일 수 있으며, 자동 진단과 Watchdog, Hot Swap 및 이중화 기능을 통해 고장 확인과 보드 교체도 보다 편리하게 진행할 수 있습니다. RTD, 전압, 전류루프, PWM 및 RS-485 등 다양한 산업용 인터페이스를 하나의 플랫폼에서 지원하며, Redfish를 이용해 데이터센터 BMC와 연동할 수 있습니다. 최대 5.7kV의 절연 성능과 과전류 보호, Secure Boot 및 암호화 기능을 지원한다는 점도 주요 특징입니다.
주요 적용 분야
ADI의 CDU 센싱·제어 솔루션은 다음과 같은 분야에 적용할 수 있습니다.
| * AI 서버 및 데이터센터 랙의 직접수냉식·액침냉각식 CDU * 전기자동차 초급속 충전기, 충전건 및 충전 케이블 냉각 * ESS 배터리 및 전력변환장치 냉각 * 반도체 System Level Tester의 온도 제어 * 산업용 고출력 LED 조명의 열관리 * 대용량 DC 전자부하 및 저항부하 장비 * 액체 냉각 방식의 고출력 AC/DC 전원 모듈 |
특히 기존 공랭식 냉각만으로 온도 관리가 어렵거나, 온도·압력·유량·누수센서를 동시에 측정해야 하는 경우에 활용할 수 있습니다. 또한 펌프와 밸브, 다수의 팬을 하나의 제어기에서 통합 관리해야 하는 경우, PLC 또는 개별 MCU 기반 시스템의 보드 수와 배선이 복잡한 경우에도 검토할 수 있습니다. 장비를 정지하지 않고 보드를 교체할 수 있는 Hot Swap 기능이 필요하거나, 냉각장치의 고장에 대비한 이중화가 필요한 경우, BMC와 Redfish 기반의 원격 상태 감시 및 제어가 필요한 경우에도 적용할 수 있습니다.
CDU 데모를 통해 확인하는 ADI 센싱·제어 기술
ADI의 CDU 데모 시스템은 실제 센서와 냉각 부품을 연결해 냉각수의 상태를 측정하고, 펌프·밸브·팬을 제어하는 과정을 확인할 수 있도록 구성됐습니다. 돌아오는 10월 진행되는 웨비나에서는 데이터센터 액체 냉각 기술과 CDU의 동작 원리를 살펴보고, ADI의 주요 센싱·제어 솔루션을 소개합니다. 또한 CDU 데모 영상을 통해 ADI 솔루션이 실제 냉각 시스템에서 어떻게 활용되는지 간접적으로 체험하는 시간을 마련하고자 합니다. 데이터센터 CDU 및 냉각장치 제조사, 서버·랙·BMC 시스템 제조사, 전기차 충전기와 ESS 제조사, 반도체 검사장비 및 고출력 전원장비 제조사 관계자 분들의 많은 참여 부탁드립니다.
▶ 웨비나 신청 바로가기 : https://www.e4ds.com/webinar_detail.asp?idx=1028
