우주로 가는 구글, 태양으로 AI 전력난 해결한다…'선캐처' 공개[테크토크]

지구와 달리 전력 병목 없는 우주 데이터센터
인공위성 태양광 패널로 자체 발전 가능해
2027년 선캐처 프로토타입 1·2호기 발사

이달 1일(현지시간) 순다르 피차이 구글 최고경영자(CEO)는 우주 데이터센터 연구 프로젝트 '선캐처(Suncather)'를 공개했습니다. 선캐처는 구글의 인공지능(AI) 반도체 텐서처리장치(TPU)를 탑재한 인공위성으로, 위성에 부착된 태양광 패널로 발전하며 AI 훈련·추론에 필요한 동력을 스스로 공급하는 '우주 데이터센터'입니다. 2년 뒤 1, 2호기 가동 실험에 성공하면, AI 데이터센터 확장의 걸림돌인 전력 확보 문제를 해결할 수 있을 것으로 기대됩니다.

인공위성으로 구성된 우주 데이터센터

인공위성 동체와 태양광 패널. 사진은 기사 중 특정 표현과 관련 없음. 픽사베이

피차이 CEO는 이달 초 폭스 뉴스 등 미국 방송, 구글 자사 홈페이지 등을 통해 선캐처 연구개발(R&D) 단계에 돌입, TPU 컴퓨터를 탑재한 선캐처 인공위성 프로토타입 1, 2호기가 2027년 로켓에 실려 발사될 예정이라고 밝혔습니다. 구글은 위성 두 기를 테스트하며 우주 데이터센터의 실현 가능성을 가늠하고, 향후 1기가와트(GW) 규모 위성망을 구축하겠다는 계획입니다.

선캐처 인공위성은 위성 동체와 연결된 태양광 패널을 통해 전기를 생산합니다. 이 전기는 위성 내부의 TPU 컴퓨터를 구동하고, 위성의 위치 제어 장치 등 자체 시스템에도 동력을 보급합니다. 선캐처는 언제나 태양열을 가장 효과적으로 받을 수 있는 위치인 '태양 동기 궤도'로 이동하며 안정적으로 발전할 수 있습니다.

선캐처는 AI 데이터센터 확장의 가장 큰 병목 중 하나인 전력 공급 문제를 해결합니다. 지상 데이터센터에 전력을 연결하려면 발전소, 전력 저장장치(ESS), 송전망 등 수많은 전력 인프라가 필요하지만, 인공위성은 자체 발전을 하니 필요 없지요. 위성만 계속 쏘아 올릴 수 있다면 지상보다 더 빠른 확장이 가능해집니다.

우주 방사능, 발사 비용, 통신 등 도전 산더미

미 항공우주국(NASA)이 구상한 레이저 기반 우주 통신 구상. 구글의 선캐처 프로젝트도 레이저 통신을 핵심 기술로 활용한다. NASA

물론 선캐처가 성공하려면 해결해야 하는 기술적 난제도 많습니다. 구글은 지난달 '구글 리서치' 보고서를 통해 우주 데이터센터를 실현하기 위해 필요한 선행 기술 목록을 공개한 바 있습니다.

선캐처는 수천, 수만기의 위성을 연결해 한 개의 거대 데이터센터처럼 취급하므로 수많은 인공위성을 동시 통제할 소프트웨어가 필요합니다. 또 우주 방사능을 장기간 견디는 TPU, 고대역폭메모리(HBM)도 만들어져야 합니다. 무엇보다도 위성을 우주로 실어 나르는 발사체 비용이 낮아져야 합니다. 구글은 "자체 조사 결과 2030년대 중반까지 발사 비용이 킬로그램(㎏) 당 200달러 미만으로 내려가면, 우주 데이터센터의 운영 비용은 지상 데이터센터 연간 운영 비용과 경쟁 가능해질 것"이라고 결론 내렸습니다.

현시점 가장 큰 문제는 위성과 위성 사이의 통신, 그리고 위성과 지상 중계국 사이의 통신입니다. 우주 데이터센터는 수많은 위성의 협업으로 이뤄지니, 위성 간 교신을 통해 서로 데이터를 빠르게 옮길 수 있어야 합니다. 또 처리한 데이터를 다시 지상으로 되돌려보내야 실제 사용이 가능하겠지요.

구글은 해결책으로 '레이저 통신'을 실험하고 있습니다. 레이저에 데이터를 실어 위성, 혹은 지상 중계국으로 쏘아 보낸 뒤, 해당 레이저를 다시 컴퓨터 데이터로 바꾸는 방식입니다. 특히 다양한 파장의 레이저를 한데 섞어 데이터 송신 속도를 증폭하는 '멀티플렉싱(Multiflexing)'을 연구 중입니다. 초기 테스트에선 레이저 멀티플렉싱 교신 기술로 초당 800기가와트(Gb)의 데이터 송신을 달성했다고 합니다. 현재 지상 데이터센터의 상호 연결망도 일반적으로 초당 400~800Gb의 속도를 기록합니다.

"문샷 프로젝트는 구글의 전통"

구글의 자율주행 차량 자회사 웨이모. 유튜브 캡처

이 문제를 다 해결했다고 해도, 여전히 위성 수천기를 지구 궤도에 띄우고 동시 제어하는 건 매우 어려울 것으로 예상됩니다. 구글 리서치는 "근본적인 물리학 문제, 극복하기 어려운 경제적 장벽이 남아있다"며 "또 인공위성의 발열 관리, 궤도로 진입한 위성의 장기 안정성 보장은 앞으로도 과제로 남을 것"이라고 경고했습니다. 결국 2027년 발사 예정인 선캐처 프로토타입 1, 2호기가 얼마나 성공적일지가 관건입니다.

다만 선캐처를 추진하려는 구글의 의지는 확고해 보입니다. 구글은 "어려운 과학, 공학 문제를 해결할 '문샷' 프로젝트는 구글의 오랜 전통"이라며 "구글은 미지의 영역으로 남아 있는 과학기술을 실현하기 위해 수많은 도전을 받아들였고, 덕분에 대형 양자 컴퓨터를 만들어냈으며 자율주행 차량도 현실화했다"고 강조했습니다.

임주형 기자 skepped@asiae.co.kr