Nvidia wants to cut data center water use, but that’s not the same as fixing AI’s water problem

엔비디아가 선언한 '데이터 센터 수자원 문제의 종식'

최근 엔비디아(Nvidia)는 데이터 센터 안에서 사용되는 물을 사실상 거의 없앨 수 있는 획기적인 온수 냉각 시스템(Warm-water cooling system)을 발표했어요. 엔비디아의 최고지속가능성책임자(CSO)인 조쉬 파커(Josh Parker)는 한 인터뷰에서 다음과 같이 말하며 자신감을 드러내기도 했습니다.

"데이터 센터의 수자원 소비 문제는 이제 거의 해결되었습니다."

하지만 이는 전체 수자원 문제의 절반만 본 것에 불과해요. 테크 기업들이 인공지능(AI) 데이터 센터를 가동하기 위해 점점 더 많은 화석 연료 전력을 선택하는 한, 이러한 수자원 절감 효과는 데이터 센터 건물 안에서만 멈출 수밖에 없기 때문입니다.

데이터 센터 내부만 측정하는 엔비디아의 한계

가장 핵심적인 문제는 엔비디아가 데이터 센터의 물 사용량을 측정하는 방식에 있습니다. 엔비디아는 기본적으로 데이터 센터 경계선 내부에서 쓰이는 물만 계산하고, 그 경계선 밖에서 발생하는 물 소비는 완벽히 배제하고 있어요.

물론 시설 자체의 기술력만 두고 보면 엔비디아의 약속은 꽤 설득력이 있습니다. 이 새로운 시스템은 폐쇄 루프(Closed-loop) 냉각 방식으로 작동합니다. 최초에 냉각수를 한 번 채우면 시설이 수명을 다할 때까지 계속 재순환하기 때문에, 칩을 냉각하는 과정에서 새로운 물을 소비하지 않아요. 기후가 우호적인 지역에서는 데이터 센터 내부의 물 사용량을 100%까지 줄일 수 있다는 것이 엔비디아 측의 설명입니다.

엔비디아의 새로운 '온수 냉각 시스템' 작동 방식

이 영리한 냉각 시스템은 다음과 같은 원리로 작동합니다.

• 섭씨 45도(45°C)의 냉각수 주입: 사람 기준으로는 뜨겁게 느껴지지만, 컴퓨터 칩에게는 충분히 차가운 온도입니다.
• 섭씨 55도(55°C)로 토출: 냉각수가 서버를 통과하면서 열을 흡수해 이 온도로 빠져나옵니다. 하드웨어로부터 엄청난 양의 열을 성공적으로 빼앗아 오는 것이죠.
• 수동 방열판 활용: 이 정도 온도 차이가 나면 대부분의 지역 기후에서 물을 증발시켜 식히는 '증발식 냉각'이나 심지어 송풍팬을 돌리지 않고도, 외부 공기만을 이용한 수동 방열판으로 열을 식힐 수 있습니다. 송풍팬이나 거대한 냉각기가 필요 없는 데이터 센터는 물을 덜 쓸 뿐만 아니라 전력 효율성도 훨씬 높고 소음도 극적으로 줄어듭니다.

데이터 센터 경계선 '밖'에 숨겨진 물 발자국

하지만 데이터 센터가 외부 전력 공급 없이 스스로 작동할 수는 없습니다. 문제는 수많은 발전소 자체가 엄청난 양의 물을 소비하는 주범이라는 점입니다.

실제로 전력 생산과 반도체 제조 과정에서 소비되는 물은 데이터 센터 내부 물 사용량의 2배에서 3배에 달합니다. 즉, 엔비디아가 데이터 센터 내부의 물 소비를 완벽히 해결하더라도, 이는 AI 데이터 센터가 유발하는 전체 물 발자국의 겨우 4분의 1에서 3분의 1 수준만 해결한 것에 불과해요.

미국 지질조사국(USGS)에 따르면, 화석 연료 발전소는 미국 내에서 가장 많은 물을 소비하는 시설 중 하나로, 냉각수를 증발시키는 방식으로 하루에만 약 27억 갤런의 물을 소비합니다.

각 전력원별 전력 생산 시 소비되는 수자원의 양은 다음과 같습니다.

발전원별 전력 생산 시 수자원 소비량 비교

국제에너지기구(IEA)에 따르면 현재 데이터 센터 전력의 약 절반은 화석 연료 발전소에서 공급받고 있습니다. 또한 수력 발전은 데이터 센터 전력의 약 10%를 공급하고 있는데, 물을 직접 소모하진 않더라도 댐 저수지에서 증발해 사라지는 수량이 1kWh당 6.8리터에 달해 무시할 수 없는 수준입니다. 최근 주목받는 지열 발전의 경우 기술 방식에 따라 물 소모량이 크게 달라지며, 펠보(Fervo) 같은 혁신 스타트업들은 다른 용도로 쓰기 어려운 '오염된 수자원(Degraded water)'을 주로 사용하겠다고 약속하기도 했습니다.

반면 풍력과 태양광은 패널이나 발전기를 만들고 청소하는 데 쓰이는 수량을 모두 합쳐도 물 소비량이 극도로 적습니다.

전력망의 화석 연료 의존도가 해결되지 않는다면

물론 재생에너지가 차지하는 비중이 점점 늘고는 있지만, IEA는 2030년까지 증가할 데이터 센터 전력 수요의 40% 이상을 여전히 천연가스와 석탄이 담당하게 될 것이라고 경고합니다.

이러한 화석 연료 전력 의존도를 전면적으로 개혁하지 못한다면, 엔비디아가 아무리 뛰어난 기술로 데이터 센터 '내부'의 물을 아낀다 한들, AI가 지구 곳곳의 물을 빨아들이는 근본적인 문제는 결코 해결될 수 없을 것입니다.