차가운 우주…하지만 GPU는 식지 않는다? [테크토크]

우주 데이터센터 걸림돌, 복사 문제
우주에서 기존 냉각 체계 작동 안해
특수 방열판, 열 파이프 기술 필수

일론 머스크 테슬라 최고경영자(CEO)가 소유한 우주 기업 스페이스X와 인공지능(AI) 기업 xAI가 합병을 완료했습니다. 머스크 CEO의 '우주 데이터센터' 야심도 현실화에 한 걸음 더 가까워졌지요. 머스크 CEO는 앞으로 우주가 데이터센터를 만들기에 "가장 저렴한 장소"가 될 것으로 예견하지만, 사실 기술적 장벽은 아직 매우 높습니다. 특히 그래픽처리장치(GPU)의 열을 식히는 문제는 앞으로도 스페이스X를 괴롭힐 겁니다.

우주, 데이터센터 만들기에 가장 저렴한 공간 될까

일론 머스크 테슬라 최고경영자(CEO). 로이터연합뉴스

앞서 스페이스X는 지난달 30일(현지시간) 미 연방통신위원회(FCC)에 우주 데이터센터 구축을 위한 위성 발사 허가 신청서를 제출했습니다. GPU가 탑재된 위성을 최대 100만개 발사해 하나의 거대한 데이터센터처럼 구축하겠다는 발상입니다. 신청서에서 스페이스X는 "100만개의 위성 군집은 태양의 모든 에너지를 활용하기 위한 첫걸음"이라고 설명했습니다.

머스크 CEO는 이전에도 '우주 데이터센터'에 대해 긍정적으로 전망한 바 있습니다. 지난해 11월에도 "앞으로 5년 안에 우주는, AI, 양자 컴퓨팅을 실현할 가장 저렴한 공간이 될 것"이라고 주장했지요.

겉으로만 보면 합리적인 발언입니다. 인공위성의 태양광 패널은 밤낮없이 에너지를 생성할 수 있고, 영하 270도 안팎인 우주 공간의 '절대 0도'는 최고의 냉각 환경이니까요. 위성 발사 비용 문제만 해결하면 지상보다 우주가 더 데이터센터 작동 환경에 이상적일 듯합니다.

진공의 역설…우주에서 컴퓨터는 느리게 식는다

그러나 실제로는 우주 데이터센터 작동이 훨씬 어렵습니다. 아이러니하게도 우주는 컴퓨터 칩의 발열 문제를 해결하기에 최악의 장소이기 때문입니다.

스페이스X의 인공위성 페이로드. 스페이스X

지상 데이터센터는 냉각 시스템을 구축해 발열을 해결합니다. 데이터센터 내부 에어컨 장치로 열을 억누르거나, 냉각수로 데이터센터의 열을 식힌 뒤 가열된 물을 재차 냉각하는 순환 체계를 구비하지요.

하지만 우주에선 다릅니다. 우주는 대기가 존재하지 않는 '진공 공간'입니다. 즉, 열에 따른 '대류 현상(뜨거운 액체나 기체는 아래로, 차가운 액체나 기체는 위로 이동하며 열이 전달되는 순환 현상)'이 발생하지 않는다는 뜻입니다. 이 때문에 인공위성 내부에 축적된 열은 바깥으로 빠져나가기 힘듭니다. 대신 우주에서 열은 '복사 현상'을 일으킵니다. 열이 적외선으로 변해 서서히 바깥으로 방출되지요. 쉽게 말해 우주에서도 열이 식긴 하지만, 순식간에 냉각할 수 있는 지상과 달리 서서히 배출하는 방법밖에 없다는 뜻입니다.

이 때문에 미 항공우주국(NASA) 등 각국 우주항공기술 연구 기관은 일찍이 우주선의 발열 관리 문제에 집중해 왔습니다. 현재 인공위성, 우주선의 열 관리는 주로 열 파이프와 방열판으로 이뤄집니다. 열 파이프는 발생한 열을 방열판으로 이동시키고, 방열판은 모인 열을 최대한 빨리 방출해 기체 내부 온도를 항상 일정한 수준으로 유지합니다.

방열판에 집중하는 인공위성 기업들

스페이스X가 개발한 우주선 방열판. 엑스(X) 캡처

우주 데이터센터를 개발하는 기술 기업들의 연구 과제도 위성 내 열 관리에 집중됐습니다. IT 전문 매체 '더 버지'에 따르면, 우주 데이터센터 연구 스타트업 '스타클라우드'의 경우 거대 적외선 패널을 탑재한 인공위성으로 복사를 유도하는 방안을 실험 중입니다. 스타클라우드는 지난해 말 인공위성 내 GPU 컴퓨터를 통해 구글의 AI 모델을 구동하는 테스트에 성공한 바 있습니다.

스페이스X 또한 오랜 시간에 걸쳐 방열판 기술을 축적해 왔습니다. 원래는 우주선이 지구 대기권에 재진입할 때 발생하는 극심한 열을 버티기 위해 개발한 세라믹 타일로, 검은 육각형 모양 패널에 섬유질 충전물을 채워 넣은 형태이지요. 해당 방열판은 섭씨 1400도를 견딜 수 있는 것으로 알려졌습니다.

임주형 기자 skepped@asiae.co.kr