킥 앤 드롭 솔레노이드 밸브로 데이터센터 냉각 에너지 80% 절감

그레인 웨인하우스, 북유럽 산업용수 지역 비즈니스 개발 매니저

오늘날 고밀도 데이터센터에서 칩 직접 액체 냉각은 고성능 프로세서, AI 워크로드, 클라우드 인프라에서 발생하는 열을 관리하는 데 필수적입니다. 이러한 시스템의 핵심은 정밀한 유량 제어로 서버 과열을 방지하고 무중단 가동 시간을 유지하는 빠른 응답의 솔레노이드 밸브입니다.

중요하지만 솔레노이드 밸브의 지속적인 통전은 상당한 에너지 수요와 운영 비용을 초래합니다. 수천 대의 서버가 24/7 가동되는 환경에서 밸브 효율의 작은 개선도 상당한 절감과 지속 가능성 향상으로 이어집니다.

킥 앤 드롭(Kick & Drop) 코일 기술은 이 과제를 해결합니다. 밸브 작동을 위한 고전력 '킥'과 위치를 유지하기 위한 저에너지 '드롭' 단계를 사용해 밸브 전력 소비를 최대 80%까지 줄여주며, 운영자가 효율 목표를 달성하고 탄소 발자국을 낮추는 데 기여합니다.

효율적인 데이터센터 냉각의 중요성 증대

효과적인 열 관리는 신뢰할 수 있는 데이터센터 운영의 근간입니다. 정밀한 냉각 없이는 서버가 과열되어 성능 저하, 장비 수명 단축, 가동 중단 위험 증가로 이어집니다.

칩 직접 냉각은 많은 현대 시설에서 선호되는 방식이 되었습니다. 이 방식에서는 서버 마이크로칩에서 발생한 열이 각 프로세서에 장착된 콜드 플레이트로 직접 전달됩니다. 물-글리콜 혼합물이 이 플레이트를 순환하며 강제 대류로 열을 제거합니다.

가열된 냉각수는 매니폴드를 통해 칠러나 열교환기로 흐르며 냉각된 후 다음 사이클을 위해 콜드 플레이트로 돌아옵니다.

적절한 냉각수 유량 유지가 필수적입니다. 솔레노이드 밸브는 CPU의 끊임없이 변하는 수요(밀리초 단위로 아이들에서 풀 로드로 전환)에 맞춰 신속한 응답을 제공하므로 선호됩니다. 전기적 제어로 온도 센서 신호에 자동 응답할 수 있고, 컴팩트한 설계로 콜드 플레이트 매니폴드의 제한된 공간에도 적합합니다.

에너지 과제 이해

일반적인 엔터프라이즈 서버에는 마더보드당 1~2개의 CPU와 최대 8개의 GPU가 있으며, 각각 전용 냉각이 필요합니다. 더 고급 시스템에는 수십 개의 프로세서가 탑재되어 각각 자체 콜드 플레이트와 밸브 배치를 가집니다.

랙당 수백 대, 시설당 수천 대로 확대되면 밸브 수가 상당해져 에너지 소비가 운영 지출과 지속 가능성 성과의 핵심 요인이 됩니다.

기존 솔레노이드 밸브는 단일 코일을 사용해 연속적인 자기장을 생성, 밸브를 이동시키고 위치를 유지합니다. 위치를 유지하려면 리턴 스프링과 유체 압력을 지속적으로 상쇄해야 하므로 24시간 내내 통전 상태여야 합니다.

킥 앤 드롭 기술의 작동 원리

버커트(Bürkert)의 킥 앤 드롭 기술은 밸브당 에너지 수요를 최대 80%까지 줄이는 더 스마트한 코일 설계로 이 비효율을 제거합니다.

단일 에폭시 코일 내에 두 개의 코일 권선이 직렬로 내장되어 있습니다. 연속 전력 대신 약 500ms 만에 밸브를 신속히 이동시키는 고전압 '킥'(작동 단계)을 가합니다. 이는 급격한 온도 변화를 따라잡기에 충분히 빠릅니다.

위치 결정 후 두 번째 권선이 '드롭' 단계를 개시해 훨씬 낮은 전압과 훨씬 적은 에너지로 플런저를 유지합니다. 과여자된 인러시 권선은 매우 높은 시동 전력을 생성해 에너지의 약 85%를 플런저의 빠른 이동에 사용하고, 밸브를 열린 상태로 유지하는 데는 약 15%만 사용합니다.

이 과여자는 기존 설계보다 최대 200% 더 높은 작동 전력을 제공해 더 높은 작동 압력을 허용합니다.

연중무휴 가동하는 데이터센터에서는 누적 절감 효과가 큽니다. 수백~수천 개의 밸브가 있는 대규모 설치에서 에너지 소비를 최대 80% 줄이면 운영 비용과 탄소 배출을 눈에 띄게 절감할 수 있습니다.

버커트는 킥 앤 드롭 에너지 및 CO₂ 계산기를 제공해 에너지 절감과 탄소 감축 잠재력을 추정할 수 있게 합니다.

향상된 내구성 및 열 성능

에너지 절감 외에도 킥 앤 드롭 기술은 미션 크리티컬 냉각의 핵심 요소인 내구성을 높여줍니다.

에너지 수요 감소는 발열을 줄여 밸브 어셈블리 전반의 열 관리를 개선합니다. 매체 가열이 제한되고 최대 도달 온도가 55°C로 제한되어 정수 시스템에서의 석회화 위험을 완화합니다.

낮은 작동 온도는 주요 부품의 열 응력을 줄여 수명을 연장하고, 유지보수를 줄이며, 과열 관련 고장을 최소화합니다.

킥 앤 드롭과 비례 제어 비교

펄스 폭 변조(PWM)는 솔레노이드 밸브를 켜고 끄며 평균 전류를 제어하는 대안적 방법입니다. PWM은 연속 통전 밸브 대비 에너지 소비를 줄일 수 있지만, 추가 하드웨어, 복잡성, 진동, 가청 소음을 유발해 장기 신뢰성과 작업 쾌적성을 저해할 수 있습니다.

반면 킥 앤 드롭은 단순성과 견고성을 유지하면서 급속한 스위칭의 단점 없이 빠른 응답을 제공합니다.

칩 직접 냉각을 위한 통합 매니폴드 솔루션

밸브는 냉각 시스템의 일부일 뿐입니다. 매니폴드 통합은 성능에 큰 영향을 미칩니다.

버커트 엔지니어링 팀은 콜드 플레이트 및 냉각 인프라와 직접 통합되는 맞춤형 매니폴드를 설계해 컴팩트한 풋프린트와 정밀한 피팅을 제공합니다. 밸브와 매니폴드를 단일 공급업체로 통합하면 제품 개발이 간소화되고 프로젝트 복잡성이 줄어들며 배포가 가속화됩니다.

고성능 데이터센터의 미래 지원

글로벌 데이터센터 시장은 AI, 클라우드 컴퓨팅, HPC, 증가하는 디지털 수요에 힘입어 급속히 확장되고 있습니다. 프로세서 밀도가 높아지고 워크로드가 까다로워짐에 따라 효율적인 열 관리는 점점 더 중요해지고 있습니다.

칩 직접 냉각은 차세대 인프라에 필요한 정밀한 열 제거를 제공하며 이러한 수요를 충족하는 데 핵심 역할을 할 것입니다. 솔레노이드 밸브 기술은 고부가가치 프로세서를 급격한 부하 변동으로부터 보호하는 빠르고 자동화된 유량 제어를 제공하며 필수불가결합니다.

운영자는 에너지 사용 절감과 지속 가능성 목표 달성에 대한 압박이 커지고 있습니다. 냉각 루프의 모든 구성 요소 효율을 높이는 것이 무엇보다 중요합니다. 킥 앤 드롭 기술은 신뢰할 수 있고 환경적으로 책임 있는 데이터센터 운영에 필요한 속도, 저전력 소비, 내구성을 제공합니다.

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