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데이터센터 전력수요, AI가 변화시킨다

일반 리포트 2024년 11월 11일
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목차

  1. 요약
  2. 생성형 AI와 데이터센터 전력 소모
  3. 미래 데이터센터 전력 수요 예측
  4. 데이터센터 건설 증가와 빅테크 기업들의 대응
  5. 에너지 문제 해결 과제
  6. 결론

1. 요약

  • 본 리포트는 생성형 AI 기술, 특히 오픈AI의 챗GPT 및 블룸과 같은 모델이 데이터센터 전력 수요에 미치는 영향을 탐구합니다. 미국 전력연구원(EPRI)에 따르면, 챗GPT는 구글 검색보다 10배 높은 전력을 소비합니다. 이로 인해 데이터센터의 전력 사용이 급증하며, 지속 가능한 운영을 위한 빅테크 기업들의 대응 전략이 부각되고 있습니다. 예를 들어, 마이크로소프트와 오픈AI는 스타게이트 프로젝트를 통해 대규모 AI 데이터센터를 구축해 이러한 수요를 수용하려고 합니다. 또한, 재생에너지원 활용을 통해 데이터센터의 지속 가능성을 높이는 방안이 제시되었습니다. 이는 AI 기술의 발전과 데이터센터의 전력 사용 증가 간의 균형을 맞추려는 노력의 일환입니다.

2. 생성형 AI와 데이터센터 전력 소모

  • 2-1. 생성형 AI의 전력 소비 현황

  • 최근 보고서에 따르면, 생성형 AI의 발전으로 인해 데이터센터 전력 소비가 급증하고 있습니다. 미국 전력연구원(EPRI)은 생성형 AI가 기존의 구글 검색보다 10배 이상의 전력을 소모한다고 분석하였습니다. 오픈AI의 챗GPT는 질문 요청당 2.9 와트시(Wh·시간당 소비 전력)을 소모하며, 이는 구글 검색에서의 0.3 와트시와 비교해 10배 높은 수치입니다.

  • 2-2. 구글 검색과 생성형 AI의 전력 소비 비교

  • 구글 검색에 생성형 AI를 통합할 경우, 검색당 전력 소비가 6.9~8.9Wh로 증가할 것이라고 EPRI는 보고하였습니다. 이는 챗GPT가 사용하는 전력보다도 더 높은 수치입니다. 이러한 전력 소비 비교는 데이터센터의 전력 소모와 효율성 문제를 보다 명확히 드러내고 있습니다.

  • 2-3. 멀티모달 AI의 전력 소모 분석

  • 멀티모달 AI인 블룸은 4Wh의 전력을 소모합니다. 이는 다양한 형식(이미지, 비디오, 오디오)의 데이터 생성 시 필요한 전력이 많다는 것을 보여줍니다. 이러한 높은 전력 소모는 AI 기술이 발전함에 따라 데이터센터의 전력 사용량 또한 급증하고 있음을 의미합니다.

3. 미래 데이터센터 전력 수요 예측

  • 3-1. 미국 데이터센터 전력 사용량 증가 예측

  • 미국 전력연구원(EPRI)에 따르면, 2030년까지 미국 데이터센터의 전력 사용량이 403.9 테라와트시(TWh)에 이를 것으로 예측되고 있으며, 이는 지난해에 비해 166% 증가한 수치입니다. 생성형 AI 기술의 발전으로 인한 데이터센터의 전력 사용량 증가가 주요 원인으로 지목되고 있습니다. 예를 들어, 오픈AI의 챗GPT는 질문 요청 당 2.9와트시(Wh)의 전력을 소비하며 이는 기존 구글 검색의 0.3와트시보다 10배 높은 수치입니다. 이러한 전력 소비 증가 추세는 데이터센터의 전력 사용량을 급격히 증가시키고 있습니다. 향후 데이터센터의 전력 사용은 최소한 29% 증가할 것으로 보이며, 최악의 경우에는 연간 196.3TWh에 이를 수 있습니다.

  • 3-2. 글로벌 데이터센터 전력 소비 비중 변화

  • 골드만삭스는 데이터센터 건설이 급증함에 따라 전 세계 전력 소비에서 데이터센터가 차지하는 비중이 현재 1~2%에서 10년 내에 3~4%로 증가할 것이라고 예측하고 있습니다. 또한 PGIM은 이 비중이 2030년에는 20% 이상으로 급증할 가능성이 있다고 경고하였습니다. 이러한 비중의 증가는 생성형 AI와 데이터센터의 상관관계가 고조됨에 따라 더욱 가속화될 것으로 예상됩니다. AI 슈퍼컴퓨터 및 데이터센터 구축 계획에 따라 마이크로소프트와 오픈AI는 약 1,000억 달러를 투입하여 데이터센터를 구축할 예정이며, 이는 데이터센터의 전력 소비 증가에 큰 영향을 미칠 것으로 보입니다.

4. 데이터센터 건설 증가와 빅테크 기업들의 대응

  • 4-1. AI 데이터센터의 특징과 투자 기회

  • 생성형 AI 기술의 발전은 데이터센터 건설을 촉진하고 있으며, AI 데이터센터는 일반 데이터센터보다 평균 2.5배 더 많은 전력을 소비하는 특성이 있습니다. AI 워크로드 처리를 위해 GPU, ASIC 등의 특수 하드웨어가 필수적으로 요구되며, 이는 NVIDIA, Broadcom 등 부품 공급업체에게 새로운 투자 기회를 제공합니다. 2024년에는 미국 주요 데이터센터 시장에서 사상 최고 수준인 3,500MW의 건설 활동이 예상되며, 유럽에서도 올해 기록적인 273MW의 신규 용량이 건설될 것으로 보입니다. 이러한 수요 증가는 데이터센터 건설 관련 기업, 부품 공급업체 및 청정 에너지 공급업체에게도 긍정적인 영향을 미칠 것입니다.

  • 4-2. 마이크로소프트와 오픈AI의 스타게이트 프로젝트

  • 마이크로소프트(MS)와 오픈AI는 2024년 4월에 약 1,000억 달러(약 134조6000억원)를 투입하여 AI 슈퍼컴퓨터를 포함한 대규모 데이터센터를 구축할 계획을 발표했습니다. 이 프로젝트의 이름은 '스타게이트(Stargate)'로, 향후 6년 동안 추진될 예정입니다. 스타게이트 프로젝트는 특별히 생성형 AI 서비스를 위한 대규모 병렬 컴퓨팅이 가능한 데이터센터를 구축하는 프로젝트로, 기존 데이터센터보다 무려 100배 더 큰 규모로 설계되고 있습니다. 기대되는 전력 소비량은 매우 크며, 데이터센터의 특화된 구조가 요구됩니다. 이러한 투자는 데이터센터의 전력 소모 문제에 대한 대응 전략으로도 해석될 수 있습니다.

5. 에너지 문제 해결 과제

  • 5-1. 재생에너지와 친환경 대응 방안

  • 최근 빅테크 기업들이 AI 기술의 발전과 데이터센터 운영 확대에 따른 전력 소비 증가에 대응하기 위해 재생 가능 에너지원에 대한 투자를 강화하고 있습니다. 마이크로소프트, 구글, 아마존 등은 전력 수요를 충족하기 위해 재생 에너지 투자를 확대하고 있으며, 이는 지속 가능한 데이터센터 운영을 위한 핵심 요소로 자리잡고 있습니다. 특히, 재생 에너지는 전력 소비가 많은 데이터센터의 지속 가능성을 높이는 데 중요한 역할을 하며, 이러한 노력은 탄소 배출 저감을 목표로 하고 있습니다. 예를 들어, 구글은 2030년까지 모든 데이터센터를 탄소중립으로 운영할 계획을 세우고 있고, 마이크로소프트 또한 지속 가능한 에너지 사용을 위해 다양한 노력을 기울이고 있습니다.

  • 5-2. AI 데이터센터의 전력 소비 문제 해결 전략

  • AI 데이터센터는 일반 데이터센터보다 평균 2.5배 더 많은 전력을 소모하는 특성이 있으며, 이로 인한 전력 소비 문제는 데이터센터 운영의 주요 이슈가 되고 있습니다. 미국 전력연구원(EPRI)의 분석에 따르면, 오픈AI의 챗GPT는 질문 요청당 2.9Wh, 멀티모달 AI인 블룸은 4Wh의 전력을 소비하는 것으로 나타났습니다. 이러한 증가된 전력 수요를 해결하기 위해, 기업들은 재생에너지 및 원자력을 포함한 친환경 에너지원에 대한 투자를 확대하고 있습니다. 또한, 스마트 그리드 기술의 도입도 전력 소비 효율성을 높이고 전력 수요 관리를 용이하게 할 것으로 기대되고 있습니다.

결론

  • 리포트는 생성형 AI가 데이터센터의 전력 소비 증가를 야기하고 있다는 점을 강조합니다. 오픈AI의 챗GPT와 같은 모델의 전력 소모는 데이터센터 효율성에 중대한 도전을 제기합니다. 이러한 상황에서 마이크로소프트는 스타게이트 프로젝트를 통해 대규모 투자를 단행하며, AI 데이터센터의 구축을 가속화하고 있습니다. 동시에, 친환경 에너지 도입은 필수적이며, 이러한 전력 소모 문제를 해결하기 위한 핵심 전략이 될 것입니다. 데이터센터의 지속 가능성을 확보하기 위해 재생에너지와 원자력 같은 청정 에너지원의 사용을 늘리려는 노력이 필수적입니다. 특히, AI 기술이 발전함에 따라 데이터센터 효율성을 높이기 위한 스마트 그리드 기술과 같은 혁신적 접근법이 요구되고 있습니다. 미래에는 AI와 데이터센터의 상호작용이 에너지 소비를 최적화하는 방향으로 나아갈 것이며, 이를 위한 구체적인 대책 마련이 필요합니다.

용어집

  • 오픈AI [회사]: 오픈AI는 인공지능 기술을 연구하고 개발하는 회사로, 생성형 AI 모델인 챗GPT를 개발하였습니다. 이 모델은 높은 전력 소모로 인해 데이터센터의 전력 소비 증가에 중요한 영향을 미칩니다.
  • 마이크로소프트 [회사]: 마이크로소프트는 AI 기술과 데이터센터 인프라에 대규모 투자를 진행하고 있는 글로벌 IT기업입니다. 스타게이트 프로젝트를 통해 AI 슈퍼컴퓨터와 데이터센터의 통합을 목표로 하고 있습니다.
  • 스타게이트 프로젝트 [프로젝트]: 마이크로소프트와 오픈AI가 추진하는 대규모 데이터센터 및 AI 슈퍼컴퓨터 구축 프로젝트로, 향후 6년 동안 진행될 예정입니다. 이 프로젝트는 AI 기술 발전을 지원하는 인프라를 제공할 것입니다.

출처 문서