폐쇄 순환식 냉각

한 줄로 말하면

폐쇄 순환식 냉각(closed-loop cooling)은 냉각액을 대기 중으로 증발시켜 날리는 대신 밀폐된 회로 안에서 계속 재순환시키는 방식이야.¹ 물을 계속 채워 넣을 필요가 없어지는 성질 때문에, 데이터센터 회사들이 “이 시설은 물을 얼마나 쓰느냐”는 질문을 받을 때 가장 먼저 꺼내는 답이 됐어.

비유로 이해하기

자동차 라디에이터를 떠올리면 감이 와. 냉각수가 엔진과 라디에이터 사이를 계속 돌 뿐 밖으로 새어 나가지 않지. 반대로 옛날식 증발식 냉각탑은 물을 계속 공기 중으로 날려 열을 식히는 방식이라, 냉각탑 물탱크에 물을 끊임없이 채워 넣어야 해.¹

여기까지가 감을 잡는 비유고, 데이터센터의 회로는 라디에이터 하나가 아니야. 칩 바로 옆을 도는 회로, 랙을 도는 회로, 건물 밖 열교환기까지 가는 회로가 따로 있고 그 사이를 냉각수분배장치(CDU)가 갈라놓아.² 그 다층 구조가 왜 필요한지가 이 개념의 진짜 내용이야.

칩 옆에서 건물 밖까지, 회로가 몇 겹인가

AI 데이터센터는 랙 하나의 전력 밀도가 20킬로와트(kW)를 지나 50kW에 빠르게 가까워지고 있고, 이 정도 열은 기존 공랭 방식의 한계를 넘어서기 시작했어.² 액체는 물이나 다른 유전체(전기가 통하지 않는) 유체의 높은 열전달 성질을 이용해 서버 부품의 열을 훨씬 빨리 빼내는데, 같은 조건에서 공랭 단독보다 3,000배 효과적이라고 서술돼.²

이 액체냉각은 크게 세 갈래로 갈려. 후면 열교환기(RDHx)는 랙 뒤에 붙어 공기를 식히고, direct-to-chip은 콜드플레이트를 통해 칩 표면 바로 위로 냉각액을 흘려보내고, 침지냉각은 서버 자체를 유체에 담가.²

direct-to-chip 안에서도 단상과 2상 두 방식이 갈려. 단상은 냉각액이 콜드플레이트에서 열을 흡수한 채로 CDU까지 흘러가고, 거기서 열교환기가 그 열을 다른 매체로 넘겨 건물 밖으로 내보내.² 2상은 저압 유전체 액체가 증발기 안에서 열을 받아 끓어 기체로 바뀌고, 그 증기가 열을 실어 랙 밖으로 나가.² Johnson Controls는 2025년 10월 2상 direct-to-chip 전문기업 Accelsius에 수백만 달러 규모의 전략적 투자를 발표했는데, Accelsius CEO 조시 클레이먼은 이 방식이 단상 대비 운영비를 35% 아끼고 총소유비용을 8~17% 낮춘다고 말했어.¹

칩 옆에서 시작한 열은 이렇게 냉각액을 타고 CDU까지 흘러간 뒤에야 건물 벽을 넘어 실외로 빠져나가. 밀폐된 회로가 도는 곳은 건물 안쪽이고, 열을 마지막으로 넘기는 지점만 건물 밖과 접촉한다는 게 폐쇄 순환식의 핵심이야.

CDU는 건물 설비 조건에 따라 몇 갈래로 나뉘는데, 냉수 배관이 이미 있는 건물이라면 액체-액체 CDU로 시설의 주 냉수 시스템과 완전히 분리된 별도 냉각 루프를 IT 장비에 공급해.²

침지냉각 유체는 뭘로 채우나

침지냉각은 서버를 유전체 액체에 통째로 담그는 방식인데, 그 액체가 다 같지는 않아. 미국 곡물기업 카길은 이미 90%가 식물성 기름인 침지냉각 유체를 팔고 있고, 다른 제품들은 플루오로카본이나 광유를 써.³ 말레이시아 팜오일위원회(MPOB)는 자국 팜유로 만든 침지냉각 유체 “Sawit EcoTherm”을 개발 막바지 단계에 두고 있고, 널리 쓰이면 데이터센터 업계의 물 수요를 크게 줄일 잠재력이 있다고 밝혔어.³ 말레이시아 사이버자야에는 국영개발사 슬랑고르산업공사가 자금을 댄 65메가와트(MW)급 침지냉각 데이터센터도 계획돼 있어.³ 다만 팜유 생산 자체는 삼림 파괴, 오랑우탄·수마트라코끼리 같은 멸종위기종 서식지 훼손과 연관돼 온 산업이라는 점도 함께 알아 둘 만해.³

왜 중요한가

냉각은 데이터센터 전체 에너지 소비의 30~40%를 차지하고¹, 일부 집계로는 최대 40%까지 잡히기도 해². AI 학습·추론 수요가 랙 밀도를 계속 밀어올리는 와중에, 가뭄이 잦은 지역에서 물 부족과 규제 감시까지 겹치면서 사업자들은 증발식 냉각탑 자체를 없애는 쪽으로 몰리고 있어.¹ 폐쇄 순환식 냉각이 데이터센터 회사들의 표준 답변이 된 건 이 두 압력 — 밀도 한계와 물 규제 — 을 동시에 해결한다고 내세울 수 있기 때문이야. ASHRAE도 공랭과 액체냉각을 함께 쓰는 데이터센터가 공랭 단독보다 총소유비용을 낮출 수 있다고 밝혔어.²

실제 예시

데이터센터 운영사 Edged US의 사례가 이 논리를 구체적으로 보여줘. 2025년 회사는 일리노이주 오로라에 두 번째 시설을 착공했는데, 기존 증발식 냉각 대비 연간 2억 7,700만 갤런 넘는 물을 아끼도록 설계됐어.¹ 이 시설은 자체 개발한 ThermalWorks 액체-칩 직접냉각 시스템으로 랙당 최대 200kW까지 밀도를 지원하면서 물을 쓰지 않는 폐쇄 순환식 냉각을 쓴다고 밝혔어.¹ 2025년 2월 먼저 문을 연 시카고 캠퍼스는 이미 냉각에 물을 전혀 쓰지 않고 있고, 회사는 포트폴리오 전체 평균 설계 전력사용효율(PUE) 목표를 1.15로 잡고 있어. 두 번째 오로라 시설은 2027년 2분기 가동 예정이야.¹

같은 시기 클라우드 업체 OVHcloud도 비슷한 답을 냈어. 하드웨어 재설계와 AI를 결합한 ‘Smart Datacenters’로 냉각 전력 소비를 최대 50%, 물 사용을 최대 30% 줄인다고 밝혔는데, CPU·GPU를 자체 설계한 다이렉트-투-칩 워터블록으로 식히고 데이터센터 전체를 도는 폐쇄 순환 수냉 회로로 열을 내보내.¹ 예측 알고리즘이 랙·냉각모듈·드라이쿨러 데이터를 데이터레이크에 모으고 지역 기상 관측소 정보까지 연결해, 단열 냉각 패드에 넣는 물량을 실시간으로 정밀하게 계산해.¹

헷갈리지 말아야 할 점

“폐쇄 순환식이면 물을 아예 안 쓴다”고 생각하기 쉬운데, 틀렸어. 밀폐된 회로 안에서 도는 냉각액 자체가 물이나 물-글리콜 혼합액인 경우도 많아 — 물이 열을 가장 잘 흡수하지만, 글리콜을 섞으면 열 흡수력은 줄어드는 대신 점성이 높아져 펌프 효율은 오히려 좋아지는 트레이드오프가 있어.² “폐쇄 순환”이 가리키는 건 회로 안에 물이 아예 없다는 게 아니라, 증발식 냉각탑처럼 물을 대기로 날려 보내고 계속 채워 넣는 방식을 안 쓴다는 거야. 그래서 Edged처럼 “냉각에 물을 전혀 쓰지 않는다”고 밝힌 시설은 회로 안 유체 자체를 물이 아닌 다른 유전체 액체로 채운 경우고,¹ 모든 폐쇄 순환식 시설이 이렇게 완전히 무수(waterless)인 건 아니야.

이어서 읽기

이 냉각 방식이 필요한 무대는 GPU 컴퓨팅에 특화된 neocloud 데이터센터고, 그 데이터센터가 전력을 끌어올 때 전력회사와 맺는 계약은 대규모 부하 요금제에서 다뤄.

남은 질문들

• RDHx·direct-to-chip·침지냉각 세 방식이 업계 전체에서 실제로 얼마나씩 도입됐는지 통계 자료를 아직 못 찾았어.
• Edged·OVHcloud가 밝힌 물·에너지 절감치는 두 회사가 스스로 낸 수치야. 제3자 검증 자료가 나오면 갱신할 거야.

각주

1. Data Centre Magazine, Ben Craske, 「How Closed-Loop Cooling Is Reshaping Data Centre Design」(2026-02-20) 기사 ↩︎ ↩︎² ↩︎³ ↩︎⁴ ↩︎⁵ ↩︎⁶ ↩︎⁷ ↩︎⁸ ↩︎⁹ ↩︎¹⁰ ↩︎¹¹

2. Vertiv, 「Understanding direct-to-chip cooling in HPC infrastructure: A deep dive into liquid cooling」 기사 ↩︎ ↩︎² ↩︎³ ↩︎⁴ ↩︎⁵ ↩︎⁶ ↩︎⁷ ↩︎⁸ ↩︎⁹ ↩︎¹⁰

3. Data Center Dynamics, 「Malaysia to launch palm oil-based immersion cooling fluid for data centers」 기사 ↩︎ ↩︎² ↩︎³ ↩︎⁴