생성형 AI 시대의 데이터센터 전력 소모와 대응 현황 분석

1. 요약

• 이 리포트는 생성형 AI 시대에 따른 데이터센터의 전력 소모 증가 현황과 이에 대한 산업 대응 전략을 분석합니다. 이를 통해 생성형 AI 기술이 데이터센터의 전력 소모를 어떻게 증가시키는지, 주요 기업들이 어떻게 이에 대응하고 있는지를 구체적으로 다루고 있습니다. 주요 결과로서, 생성형 AI는 기존의 구글 검색보다 훨씬 더 많은 전력을 소비하며, 오픈AI의 챗GPT는 질문 요청 당 2.9Wh, 블룸은 4Wh의 전력을 소비한다는 점이 강조됩니다. 또한, 주요 빅테크 기업들은 전력 수요 대응을 위해 AI 슈퍼컴퓨터와 대규모 데이터센터 건설에 대규모 투자를 진행하고 있으며, 재생에너지와 원자력과 같은 친환경 에너지를 활용하는 방안을 모색하고 있습니다.

2. 생성형 AI와 데이터센터 전력 소모

• 2-1. 생성형 AI 기술 개요

• 생성형 AI 시대로 접어들면서 전력 수요가 급증하고 있습니다. 특히 미국 전력연구원(EPRI)은 ‘파워링 인텔리전스: 인공지능과 데이터 센터 에너지 소비 분석’ 보고서를 통해 생성형 AI가 기존의 구글 검색보다 훨씬 더 많은 전력을 소비한다는 내용을 밝혔습니다.

• 2-2. 일반 검색 vs 생성형 AI 전력 소모 비교

• 오픈AI의 ‘챗GPT’는 질문 요청 당 2.9와트시(Wh·시간당 소비 전력)의 전력을 소비하며, 이는 구글 검색의 0.3와트시에 비해 10배 높은 수치입니다. 또한, 오픈소스 멀티모달 AI인 ‘블룸’은 4Wh의 전력을 소모하고 있으며, 이러한 멀티모달 AI는 이미지, 비디오, 오디오 등을 생성하는 데 더 많은 전력을 필요로 합니다. EPRI는 구글이 생성형 AI를 접목할 경우, 검색 당 전력 소비가 6.9~8.9Wh로 증가할 것이라고 관측하였습니다.

• 2-3. 멀티모달 AI 전력 소모

• 2023년 기준으로, 2030년 미국의 데이터센터 전력 사용량은 403.9테라와트시(TWh)에 이를 것으로 예측되고 있으며, 이는 지난해 대비 166%, 즉 2배 증가하는 수치입니다. 만약 성장률이 다소 낮아질 경우에도 전력 사용량은 29% 증가하여 연간 196.3TWh에 이를 것이라 전망됩니다. 골드만삭스는 데이터센터 건설이 증가하면서 데이터센터의 전력 사용 비중이 향후 10년 내에 현재의 1~2%에서 3~4%로 증가할 것으로 예상했습니다. 또한, PGIM는 2030년까지 데이터센터가 전 세계 전력 소비에서 차지하는 비중이 현재 2%에서 20% 이상으로 증가할 것이라고 경고했습니다.

3. 데이터센터 전력 소모 증가 예측

• 3-1. 미국 데이터센터 전력 사용량 증가 예측

• 미국의 데이터센터 전력 사용량은 급증할 것으로 예측되고 있습니다. 전력연구원(EPRI)은 2030년까지 미국 데이터센터의 전력 사용량이 403.9 테라와트시(TWh)에 이를 것이라고 전망하였습니다. 이는 지난해와 비교해 166%, 즉 2배 증가하는 수치입니다. 더 낮은 성장을 가정하더라도 전력 사용은 29% 증가하여 연간 196.3TWh에 이를 것으로 보입니다.

• 3-2. 데이터센터 전력 비중 변화

• 골드만삭스의 보고서에 따르면, 현재 데이터센터는 전세계에서 소비되는 전력의 1~2%를 차지하고 있으나, 10년 후에는 이 비중이 3~4%로 증가할 것이라고 관측하고 있습니다. 특히 PGIM은 데이터센터가 차지하는 비중이 2030년까지 현재의 2%에서 20% 이상으로 급증할 것이라고 경고하였습니다.

• 3-3. 데이터센터 건설 증가와 전력 소모

• 생성형 AI 기술 발전과 함께 데이터센터 건설이 급증하고 있으며, 2024년에는 미국 주요 데이터센터의 건설 활동이 사상 최고 수준인 3,500MW를 넘을 것으로 예상됩니다. 유럽에서도 올해 기록적인 273MW의 신규 용량이 건설될 것으로 보입니다. 기존 데이터센터 또한 AI 하드웨어로 개조되고 있으며, 이는 데이터센터의 전력 소비를 증가시키는 원인이 되고 있습니다.

4. 주요 기업들의 데이터센터 대응 전략

• 4-1. 빅테크 기업들의 전력 확보 전략

• 생성형 AI 시대로 접어들면서 전력 수요가 급증하고 있는 상황입니다. 미국 전력연구원(EPRI)의 보고서에 따르면, 생성형 AI는 기존의 구글 검색보다 훨씬 더 많은 전력을 소모하고 있으며, 특히 오픈AI의 '챗GPT'는 질문 요청 당 2.9와트시(Wh)를 소비하여 구글 검색의 0.3와트시에 비해 10배 더 많은 전력을 사용하고 있습니다. 이러한 전력 증가의 배경 속에서, 빅테크 기업들은 전력 확보를 위한 다양한 전략을 모색하고 있습니다.

• 4-2. 마이크로소프트와 오픈AI의 대규모 투자

• 지난 4월 마이크로소프트(MS)와 오픈AI는 1,000억 달러(약 134조6000억원)를 투입하여 AI 슈퍼컴퓨터를 포함한 대규모 데이터센터를 구축할 계획을 밝혔습니다. 이 프로젝트는 '스타게이트(Stargate)'라는 이름으로 불리며, 향후 6년 동안 추진될 예정입니다. 이들 데이터센터는 현존하는 데이터센터보다 무려 100배 더 큰 규모로, 생성형 AI 서비스를 지원하기 위해 필요한 대규모 데이터 검색이 가능한 병렬 컴퓨팅 환경을 제공합니다.

• 4-3. AI 전용 데이터센터의 필요성과 특징

• 생성형 AI의 발전은 기존의 일반 데이터센터로는 감당할 수 없는 전력 소모를 필요로 합니다. 특히 멀티모달 AI인 '블룸'은 4Wh를 소모하며, 이미지, 비디오, 오디오 등 다양한 데이터를 생성하는 데 있어 더 많은 전력이 요구됩니다. EPRI는 구글이 AI를 검색에 통합할 경우, 검색 당 전력 소비가 6.9~8.9Wh로 증가할 수 있다고 보고했습니다. 따라서, AI 전용 데이터센터는 고성능 AI 반도체를 장착하고, 대규모 데이터 검색과 처리를 처리할 수 있는 기능을 갖춘 특수한 구조를 갖출 필요성이 더욱 커지고 있습니다.

5. 데이터센터 건설과 투자 기회

• 5-1. 데이터센터 건설 활동 증가

• 생성형 AI 기술 발전은 다양한 분야에서의 활용으로 데이터센터 및 디지털 인프라 확충이 필요해지고 있습니다. 특히, AI 모델의 학습 및 운영에 필요한 막대한 컴퓨팅 자원으로 인해 데이터센터 건설이 증가하고 있으며, 2024년에는 미국 주요 데이터센터 시장에서 사상 최고 수준인 3,500MW의 건설 활동이 예상되고 있습니다. 유럽에서도 올해 기록적인 273MW의 신규 용량이 건설될 것으로 보입니다.

• 5-2. AI 하드웨어 수요와 산업 영향

• AI 데이터센터는 일반 데이터센터보다 평균적으로 2.5배 더 많은 전력을 소비하고 있으며, AI 워크로드를 처리하기 위한 GPU와 ASIC 등 다양한 특수 하드웨어의 필요성이 커지고 있습니다. 이러한 수요 증가는 GPU 제조업체 및 반도체 기업에 성장 기회를 제공하고 있으며, 기존 데이터센터도 AI 하드웨어로의 개조가 진행되고 있습니다.

• 5-3. 투자 기회와 그에 따른 변화

• 데이터센터 건설 증가는 건설 관련 기업, 부품 공급업체 및 청정 에너지 공급업체에게 새로운 사업 기회를 제공합니다. 또한, 재생에너지 및 원자력 등의 친환경 에너지원 활용에 대한 투자도 증가하고 있으며, 기지국 및 AI 기기 투자 또한 증가할 것으로 예상됩니다. AI 데이터센터의 건설과 관련된 모든 변화는 관련 기업들의 수익 증대에 기여할 것으로 보입니다.

6. 재생에너지와 친환경 대응 방안

• 6-1. 데이터센터 전력 문제와 친환경 에너지 활용

• 생성형 AI 기술 발전은 데이터센터에 막대한 전력을 소모하게 하고 있습니다. AI 모델의 학습과 운영에는 기존 기술에 비해 평균 2.5배 더 많은 전력이 필요하며, 챗GPT 같은 AI 모델은 일반적인 구글 검색보다 10배 더 많은 전력을 소비합니다. 이로 인해 미국 주요 데이터센터 시장의 전력 공급 수요는 전년 대비 19.2% 증가하였습니다. 특히, 데이터센터는 현재 전 세계 전기 사용량의 1~1.5%를 차지하고 있으나, 2030년에는 5%를 초과할 것으로 예상되고 있습니다. 이러한 전력 소모 문제를 해결하기 위해 데이터센터 기업들은 재생에너지와 원자력 같은 친환경 에너지원을 활용할 계획을 세우고 있습니다.

• 6-2. 재생에너지 및 원자력 발전소 건설

• AI 데이터센터는 그 전력 소비량이 일반 데이터센터에 비해 매우 높기 때문에, 재생에너지 및 원자력 발전소의 건설이 필요합니다. 데이터센터의 전력 수요 증가에 대응하기 위해 기업들은 재생에너지 및 원자력 발전소 건설 등과 같은 에너지 부문 투자를 확대하고 있습니다. 이와 같은 노력은 전력 공급 문제 해결에 기여하며, 데이터센터 운영의 지속 가능성을 높이는 기반이 될 것입니다.

• 6-3. 에너지 부문 투자 확대

• 데이터센터의 건설 증가는 에너지 부문에 대한 투자를 직접적으로 촉진하고 있습니다. 미국에서는 2024년 데이터센터 건설 활동이 사상 최고 수준인 3,500MW를 초과할 것으로 예상되며, 이는 건설 관련 기업, 부품 공급업체, 청정 에너지 공급업체 등에게 새로운 사업 기회를 제공하고 있습니다. 이러한 투자 확대는 AI 하드웨어 수요 증가에 따라 GPU 제조업체와 반도체 기업에 큰 성장 기회를 마련하고 있습니다.

7. 결론

• 이번 리포트를 통해 생성형 AI 기술이 데이터센터 전력 소모 증가에 미치는 영향을 명확히 파악할 수 있었습니다. 전체적으로 생성형 AI는 기존 기술보다 높은 전력 소모를 유발하며, 이에 따라 데이터센터의 전력 사용량이 크게 증가할 것으로 예측됩니다. 마이크로소프트와 같은 주요 기업들은 이러한 상황에 맞춰 대규모 투자와 효율적인 전력 관리 방안을 적극적으로 도입하고 있습니다. 그러나 데이터센터의 전력 소모 증가와 이에 따른 에너지 문제는 여전히 중요한 과제로 남아 있으며, 이를 해결하기 위해 지속 가능한 에너지 사용 방안이 필요합니다. 고성능 AI 반도체와 재생에너지의 활용은 효율적인 전력 소모 관리와 친환경 데이터센터 운영의 핵심 요소로 자리 잡을 것입니다. 향후에는 관련 산업이 지속적으로 연구와 투자를 통해 이러한 문제를 해결하고, 데이터센터 운영의 지속 가능성을 확보하는 방향으로 발전해 나가야 합니다.

8. 용어집

• 8-1. 생성형 AI [기술]

• 생성형 AI는 텍스트 생성, 이미지 생성 등 다양한 데이터를 생성할 수 있는 인공지능 기술로, 기존 AI 기술보다 훨씬 많은 전력을 소모한다는 특징이 있습니다.

• 8-2. 데이터센터 [인프라]

• 데이터센터는 수많은 컴퓨터 서버와 네트워크 장비를 통해 인터넷 서비스와 대규모 데이터 처리를 지원하는 시설로, 생성형 AI 시대에 더욱 중요한 역할을 하고 있습니다.

• 8-3. 고성능 AI 반도체 [제품]

• 고성능 AI 반도체는 생성형 AI의 학습 및 운영에 필요한 막대한 컴퓨팅 자원을 제공하는 핵심 부품으로, 데이터센터의 성능과 전력 효율성을 결정짓는 중요한 요소입니다.

• 8-4. 재생에너지 [기술]

• 재생에너지는 데이터센터 운영에 필요한 전력을 친환경적으로 공급하기 위해 사용되는 에너지원으로, 지속 가능한 데이터센터 운영에 필수적인 요소입니다.

• 8-5. 마이크로소프트 [회사]

• 마이크로소프트는 AI 및 생성형 AI 기술 발전에 주도적인 역할을 하며, 대규모 AI 슈퍼컴퓨터와 데이터센터 구축을 위해 막대한 투자를 진행하고 있는 주요 기술 기업입니다.

9. 출처 문서

• 3일에 1개씩 생긴다는 ‘이것’…“압도적인 전력 없으면 AI 발전 불가능” [홍키자의 빅테크]https://v.daum.net/v/20240629183300397
• 3일에 1개씩 생긴다는 ‘이것’…“압도적인 전력 없으면 AI 발전 불가능” [홍키자의 빅테크]https://v.daum.net/v/20240629183300397?f=p
• 생성형 AI 붐, 데이터센터 건설 촉진 및 투자 기회 확대 불러 - 글로벌이코노믹https://m.g-enews.com/article/Global-Biz/2024/07/2024071214474581fbbec65dfb_1