안녕하세요 3D시스템즈입니다.
최근 AI의 폭발적인 성장은 GPU와 데이터 센터라는 두 가지 핵심 인프라에 대한 전례 없는 수요를 만들어냈습니다. 하지만 고성능 컴퓨팅(HPC)의 심장부에는 아직 해결해야 할 엄청난 숙제가 있습니다. 바로 열(Heat)인데요. 칩의 복잡도가 높아지고, 클록 속도가 빨라지며, 전력 밀도가 증가하면서 기존의 일반적인 냉각 방식으로는 더 이상 고성능 AI 인프라를 안정적으로 유지하기 어렵게 되었습니다.
고성능 컴퓨팅 전문 매체인 HPCwire에 3D시스템즈의 수석 솔루션 리더 Scott Green이 왜 3D 프린팅이 AI 데이터 센터의 열 폭주를 잡는 핵심 솔루션인지에 대한 통찰을 소개하였습니다. 그 일부를 발췌하여 공유합니다.
3D시스템즈의 LN2 쿨러
반도체 장비를 만드는 과정(노광, 증착 공정 등)은 물리학의 최전선이라 불릴 정도로 극한의 정밀도를 요구합니다. 이 장비들은 온도 변화, 진동, 부식 저항 등 까다로운 제조 조건을 충족해야 합니다. 하여, 이 조건들을 충족시키기 위해 반도체 자본 장비 시장은 15년이 넘게 적층 제조(Addictive Manufacturing, AM)를 활용해 왔습니다. 적층 제조는 냉각 방식을 혁신하여 칩 생산 속도 뿐만 아니라 칩의 품질과 성능까지 향상시키는 핵심 동력이 되었습니다.
1. 형상만으로 유체 흐름을 완벽 제어
AM으로 열교환기를 제작할 때 가장 흥미로운 점은 별도의 게이팅(Gating)이나 조립 없이 오직 '기하학적 형상'만으로 유체의 흐름, 균형, 속도를 제어할 수 있다는 것입니다. 또한 접합부나 추가 조립 과정 없이 더 복잡한 유체 루프 전략 구현이 가능합니다. 그리고 직렬 냉각 루프 대신, 대량 병렬 냉각 실현(Mass Parallel Cooling)도 가능합니다.
2. 지능형 냉각 분배 장치(CDU) 구축
냉각수 분배 장치(Coolant Distribution Unit)에서도 AM은 큰 기회를 제공합니다. 더 작은 열교환기를 만들어 여러 개의 병렬 열교환 회로를 구성할 수 있습니다. 또한, GPU의 데이터를 모니터링하여 필요에 따라 냉각 균형을 실시간으로 조절하고 재분배할 수 있습니다. 이는 곧 필요한 영역에 정확히 필요한 만큼의 냉각 제공이 가능하다는 의미입니다.
3. 누수 없는 일체형(Monolithic) 구조와 고성능 재료
AM은 여러 부품을 접합해야 했던 기존 방식과 달리, 누수 방지 기능을 갖춘 일체형 열교환기를 생산할 수 있어, 부품을 접합해야 하는 필요성이 크게 줄어듭니다. 특히, 레이저 분말 베드 융합(Laser Powder Bed Fusion, LPBF)과 같은 직접 금속 3D 프린팅 기술은 최근 5년 동안 R&D 발전을 통해 알루미늄, 스테인리스강, 티타늄은 물론, 순수 구리(Pure Copper) 같은 고전도성 재료에서도 거의 100% 밀도의 부품 생산을 가능하게 했습니다. 이로써, AM으로 생산된 열교환기는 전통적인 방법으로 만든 제품보다 성능을 4배에서 5배까지 높일 수 있다는 강점이 있습니다.
3D시스템즈의 구리 소재 열 교환기
Scott Green은 AM 기술을 비즈니스에 도입하려는 기업이라면, AM으로 달성한 부품 성능과 이전에 전통적인 방법으로 달성했던 성능을 반드시 벤치마킹하여 그 가치를 입증해야 한다고 강조했습니다.
"현재 우리는 하드웨어 혁명의 초입에 있습니다. 양자 컴퓨팅, TPU의 상용화, 그리고 AI로 완전히 피벗한 GPU의 활용도를 보았을 때, 다음 과제는 이 새로운 GPU와 데이터 센터의 수명을 보장하는 것입니다. 앞으로 전력 밀도와 열 폐기물은 지속적으로 증가할 것입니다. 향후 10년 동안 AM 기반의 열 관리 솔루션은 열적으로 의식하는 전략(Thermally Conscious Strategy)'을 AI 기술에 적용하여, 궁극적으로 AI 인프라의 안정성을 확보하고 잠재력을 최대한 발휘하게 만들 것입니다. 열효율이 핵심 가치로 인정받는 미래 AI 시대는 AM으로 구축된 열 안정성의 토대 위에 세워질 것입니다."
저희 3D Systems는 이미 고성능 컴퓨팅 고객과 협력하며 엔비디아 GPU 쿨러를 한 시간 내에 설계하는 등 AI 냉각 분야에서 독보적인 경험을 쌓았습니다. 이러한 전문성을 바탕으로 복잡한 시뮬레이션 없이도 데이터 센터의 열 관리 과제를 빠르고 효율적으로 해결하여 고객의 성공을 지원할 준비가 되어 있습니다.
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