에너지 효율성

에너지 효율성이란 에너지를 최대한 적게 사용하여 특정 작업이나 기능을 허용 범위 내에서 수행할 수 있는 시스템 또는 장치의 능력을 의미합니다. 본질적으로, 가장 효과적인 방법으로 에너지를 사용하고 폐기물을 최소화하는 것을 의미합니다. 에너지 효율성이 높은 창이나 집 등 여러 응용 사례가 있지만, NVIDIA 관점에서 에너지 효율성을 이해하기 위해 데이터센터의 맥락에 초점을 맞추겠습니다.

에너지 효율성은 에너지 소비량 대비 완료되는 컴퓨팅 작업량을 극대화하는 것을 의미하며, 일반적으로 "킬로와트시당 작업량"으로 측정됩니다. 이는 전력 효율성과 다릅니다. 

에너지 효율성은 지속 가능한 미래를 구축하는 데 중요하며, 데이터센터의 에너지 사용 최적화는 이러한 노력의 핵심입니다. 여기에는 컴퓨팅 장비 및 시스템의 원활한 작동을 유지하면서 폐기물과 불필요한 에너지 소비를 최소화하는 것이 포함됩니다. 데이터센터의 에너지 효율성을 개선하면 운영 비용을 절감하고 데이터센터가 환경에 미치는 영향을 줄일 수 있습니다. 이러한 목표를 달성하기 위한 전략으로는 보다 효율적인 하드웨어 및 소프트웨어를 사용하고 냉각 시스템을 최적화하는 것이 있습니다. 데이터센터에서 에너지 효율성을 우선하여 고려하면, 미래를 위해 보다 지속 가능하고 탄력적인 디지털 인프라를 구축하는 데 도움이 됩니다.

에너지와 전력은 서로 관련된 수량이지만, 다른 개념입니다. 에너지는 전력 곱하기 시간 값이며, 전력은 시간 단위당 에너지입니다. 

전력 효율성은 에너지 효율성과 관련이 있지만 자동차 속도와 같은 일종의 속도로, 일반적으로 "와트당 작업량"으로 측정됩니다. 

에너지 효율성이 데이터센터를 관리하고 운영하는 데 중요한 이유로는 여러 가지가 있습니다.

1. 비용 절감: 데이터센터는 상당한 양의 에너지를 소비하기 때문에 운영 비용이 상당히 높아집니다. 에너지센터에 에너지 효율적인 관행을 구현하면 에너지 소비를 줄이고 운영 비용을 줄여 전반적인 비용을 대폭 절감할 수 있습니다.
2. 용량 및 확장성: 데이터센터에 전력 상한을 설정하는 시대에는 에너지 효율성을 극대화함으로써 각각의 데이터센터가 최대 전력 예산 내에서 더 많은 컴퓨팅을 수행할 수 있습니다.
3. 평판 및 규정 준수: 고객과 이해관계자는 데이터센터가 환경에 미치는 영향을 점점 더 많이 걱정합니다. 에너지 효율적인 관행을 채택하는 기업은 유틸리티 비용의 불확실성과 연관된 위험을 최소화하면서 평판을 개선할 수 있습니다.
4. 환경에 미치는 영향: 전 세계 탄소 배출량의 거의 75%는 에너지의 생산 및 소비에서 비롯됩니다. 대부분의 전기 에너지가 화석 연료를 연소하여 생성되기 때문입니다. 460테라와트시의 연간 전력 소비량에서 데이터센터는 소량에 불과한 약 2%를 차지합니다. 그러나 데이터센터의 전기 사용 비중은 거의 3배가량인 5%까지 늘어날 것으로 예상됩니다. 데이터센터의 에너지 효율성을 개선하면 탄소 발자국을 줄일 수 있습니다.

아래는 데이터센터 운영자가 에너지 효율적인 데이터센터 전략을 최적화하고 예산을 책정하기 위해 채택할 수 있는 다양한 비용 및 솔루션의 몇 가지 예입니다. 궁극적으로 최상의 접근 방식은 각 데이터센터의 특정 요구와 제약 조건에 따라 달라집니다.

• 초기 장비 비용: 에너지 효율성이 높은 하드웨어로 업그레이드하려면 상당한 양의 초기 투자가 필요할 수 있습니다.
• 직원 교육: 에너지 효율성을 개선하기 위해 새로운 소프트웨어나 프로세스를 구현하려면 직원 교육이 필요할 수 있습니다.
• 유지 관리 비용: 일부 에너지 효율적인 기술은 최적의 성능을 보장하기 위해 지속적인 유지 관리를 필요로 합니다.
• 포팅 비용: 효율이 높은 가속 하드웨어를 도입하려면 기존 CPU 기반 애플리케이션을 변경해야 할 수 있습니다.
• 데이터센터 구축: 재생 에너지에 액세스할 수 있고 주변 온도 및 습도가 고효율 냉각 솔루션을 사용하는 데 적합한 데이터센터 위치를 선택하는 등, 장기적 효율이 높은 자본에 대규모로 투자하면 큰 유익을 발생시킬 수 있습니다.
• 클라우드로의 전환: 사용량 기준 지불 방식(PAYG)은 더 비싸지만, 전력 사용 효율(PUE)이 매우 높으며 대부분의 클라우드 서비스 공급업체는 재생 에너지 기반 인스턴스를 제공합니다.

• 가상화: 이 기술을 사용하면 하나의 물리적 서버에서 여러 개의 가상 서버를 실행할 수 있으므로 필요한 총 서버 수가 줄어들고 전반적인 에너지 효율성이 개선됩니다. 그러나 가상화가 모든 워크로드에 적합하지는 않다는 점에 유의해야 합니다.
• 에너지 효율적인 하드웨어: 더 효율적인 서버, 스토리지 시스템, 네트워킹 장비를 사용하면 에너지 소비를 상당히 줄일 수 있습니다.
• 냉각 최적화: 열기 통로 차폐 및 냉기 통로 차폐, 변속 팬, 직접 액랭 등의 냉각 전략을 구현하면 냉각 효율을 개선하고 에너지 사용을 줄일 수 있습니다.
• 재생 에너지: 태양열, 풍력, 지열, 수력 발전과 같은 재생 에너지를 사용하거나 구매하면 화석 연료 의존도를 줄이고 에너지 비용을 낮출 수 있습니다.
• 에너지 효율적인 관행: 서버 통합, 로드 밸런싱, 에너지 인식 스케줄링, 자동 전력 관리 등의 모범 관행을 도입하면 대규모 하드웨어 업그레이드 없이도 에너지 효율성을 개선할 수 있습니다.

탄소 배출을 줄이고 운영 비용을 낮추려면 데이터센터의 에너지 효율성을 개선하는 것이 중요합니다. 단기 솔루션을 찾고 있든, 장기 솔루션을 찾고 있든, 시작하기 위해 구현할 수 있는 전략은 다양합니다.

• 가속 컴퓨팅에서 실행할 수 있는 워크로드를 가속 플랫폼으로 재배포합니다.
• 지자체 전력 회사와 저탄소 또는 무탄소 전력 옵션에 대해 협상합니다.
• 가속 컴퓨팅으로 현재 데이터센터를 강화하고 데이터센터가 지원하는 경우 액랭식을 사용합니다.
• 탄소 상쇄 크레딧을 구입하여 오염을 유발하는 에너지 형태의 소비를 완화합니다.
• 인상된 가격으로 고객에게 저탄소 또는 무탄소 제품(정량적 탄소 추정치 포함) 옵션을 제공합니다.

• 가속화되지 않은 워크로드를 전면 수정하거나 포팅하여 가속 컴퓨팅 플랫폼에 배포합니다.
• 재생 가능 자가 발전(풍력, 태양열)과 오프피크 에너지 저장 기술에 투자합니다.
• 온보드 Arm® 기반 CPU와 함께 스마트 네트워크 인터페이스 카드(SmartNIC)를 배포하여 데이터 처리 및 이동 관련 에너지 효율성을 극대화합니다.

• 앰비언트 쿨링을 위해 데이터센터를 최북단 또는 최남단 지대로 이전합니다.
• 액랭식 인프라로 데이터센터를 구축합니다.
• 100% 재생 에너지를 사용할 수 있는 위치에 데이터센터를 구축합니다.