엔비디아의 차세대 AI 칩셋 ‘블랙웰’이 강력한 성능을 자랑하지만, 발열 문제가 주요 이슈로 떠오르고 있습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 한국의 반도체 및 냉각 기술이 주목받고 있습니다. 엔비디아가 고대역폭메모리(HBM)에 이어 수랭식 냉각 시스템까지 한국에서 공급받게 되면 AI솔루션 시장에서의 한국의 위상이 더욱 높아질 것으로 기대됩니다. 이번 글에서는 블랙웰의 발열 문제와 이를 해결할 수 있는 한국 기술의 가능성을 살펴보겠습니다.
엔비디아 블랙웰, 발열 이슈
엔비디아가 발표한 차세대 AI 칩셋 ‘블랙웰’은 이전 세대보다 월등한 성능을 자랑하지만, 높은 연산 능력만큼이나 발열 문제도 커지고 있습니다. 블랙웰은 AI 연산을 가속화하는 GPU로, 데이터센터와 고성능 컴퓨팅(HPC) 시장을 겨냥하고 있습니다. 하지만 성능이 향상될수록 칩에서 발생하는 열도 증가하여 냉각 기술이 필수적인 요소로 떠오르고 있습니다.
블랙웰 GPU의 주요 특징은 고성능 연산 능력이 AI 학습 및 추론 속도를 향상시키고, 이로인해 기존 대비 전력 소비량이 많아집니다. 이로 인해 효과적인 열 관리 없이는 성능 저하 가능성이 있습니다. 젠스 황 엔비디아 CEO는 25년 2분기 컨퍼런스콜에서 블랙웰을 액체 냉각 기반으로 설계하여 데이터센터 소모 전력을 줄이겠다고 선언하기도 했습니다.
특히, 고성능 칩은 과열되면 스로틀링(Throttling) 현상이 발생하여 성능이 급격히 저하될 수 있습니다. 따라서 엔비디아는 이를 해결하기 위해 여러 냉각 솔루션을 검토하고 있으며, 이 과정에서 한국의 반도체 및 냉각 기술이 중요한 역할을 할 것으로 예상됩니다.
블랙웰이 한국에 기대하는 냉각 방식
발열 문제를 해결하기 위해 글로벌 반도체 업계는 다양한 방법을 시도하고 있으며, 한국 기업들이 이 분야에서 두각을 나타내고 있습니다. 발열 문제를 해결하기 위해 반도체 업계에서는 다양한 냉각 방식을 도입하고 있습니다. 대표적인 냉각 방식은 공랭식 냉각, 수랭식 냉각, 액침 냉각이 있습니다. 엔비디아는 수랭식과 액침 냉각 방식을 모두 사용할 것으로 전망되며 수랭식 액체 냉각 방식을 생산하고 개발하는 한국 기업을 모색 중인것으로 기대됩니다.
공랭식 냉각은 히트싱크와 팬을 이용하여 공기를 순환시켜 칩셋의 열을 식히는 방식으로 비용이 저렴하고 구현이 쉽습니다. 대부분 IT 기업들이 사용하는 방식이기도 합니다. 하지만 블랙웰과 같은 고성능 칩에서는 발열 관리가 제한적이라는 단점이 있습니다. 반면, 수랭식 냉각 방식은 냉각수를 이용해 칩셋의 열을 빠르게 흡수 및 방출하는 방식으로 공랭식보다 냉각 효율이 뛰어나고 소음이 적다는 것이 특징입니다. 다만 유지보수가 필요하고 비용이 상대적으로 높습니다. 마지막으로 액침냉각 방식은 서버 전체를 특수 냉각액에 담가서 발열을 효과적으로 제거하는 방식으로 냉각 효율이 가장 높으며, 대형 데이터센터에서 효과적 입니다. 하지만 초기 투자 비용이 크고 특정 환경에서만 적용 가능합니다.
한국 반도체 업계의 첨단 냉각 기술에는 액체 냉각 시스템, 첨단 방열 소재 등이 있습니다. 액체 냉각 시스템은 삼성과 SK하이닉스는 데이터센터용 고성능 반도체를 위한 액체 냉각 기술을 연구 중이기도 하며 국내 연구소에서 고효율 방열 필름 및 열전도율이 높은 첨단 방열 신소재를 개발 중이기도 합니다.
냉각 방식과는 별개로 반도체 패키징 기술로 발열을 억제하고 있기도 합니다. TSV 기술을 이용하여 반도체 칩을 3D 구조로 적층하여 전력 소모를 줄이고 발열 문제를 개선하였으며, 한국 기업들이 개발하는 고효율 서멀 그리스 및 서멀 패드가 블랙웰의 냉각 성능을 향상시킬 가능성도 있습니다.
냉각 기술 보유 한국 기업
엔비디아는 자체적으로도 발열 문제를 해결하기 위한 다양한 방법을 모색하고 있지만 한국의 HBM 기업과 협업하고 있는 것에 더하여 냉각 기술을 보유한 한국 기업과 협력할 가능성이 높습니다.
고대폭 메모리(HBM)를 공급, 패키징 기술을 가지고 있는 삼성전자가 향후 엔비디아와 어떻게 협력할지에 대한 기대도 있습니다. 차세대 AI반도체 메모리 개발 및 냉각 기술에 앞장서고 있는 SK하이닉스와의 지속적인 협업도 중요하게 보아야 합니다.
현재 협력하고 있는 HBM 부문에 더하여 냉각 시스템으로 블랙웰 발열 문제를 해결해야 하는 엔비디아가 국내에서 현재 물색하는 파트너사는 수랭식인 DLC 장비, 솔루션 기업입니다. 수랭식을 개발하는 한국 기업에는 에이알시스템, 삼화에이스, 피케이아이, 귀뚜라미범양 등이 있습니다.
특이 에이알시스템은 글로벌 액침냉각 시스템 기업으로 알려져 있는 'GRC'의 한국 공급 파트너사이기도 합니다. 삼화에이스는 글로벌 1위 액침냉각 기업인 '서브머'의 한국 공금 파트너사로 협력하고 있스빈다. 반도체 제조업체인 피케이아이는 '리쿼드스택'의 한국 공급 파트너사이며 데이터센터 분야로 사업을 확장시키는 단계입니다. 귀뚜라미범양은 네덜란드 아스페리타스의 국내 협업사 입니다.
한국 기술로 블랙웰 발열 문제 해결 가능할까?
엔비디아의 블랙웰 칩셋은 강력한 성능을 제공하지만, 발열 문제 해결이 중요한 과제로 떠오르고 있습니다. 이 문제를 해결하기 위해 한국의 반도체 및 냉각 기술이 중요한 역할을 할 것으로 예상됩니다.
에이알시스템, 삼화에이스, 피케이아이, 귀뚜라미범양 등 한국 기업들은 고성능 냉각 기술을 발전시키고 있으며, 엔비디아와의 협력을 통해 블랙웰의 발열 문제를 해결하는 데 기여할 가능성이 큽니다. 향후 글로벌 반도체 시장에서 한국의 역할이 더욱 커질 것으로 기대됩니다. 엔비디아 블랙웰의 발열 문제, 과연 한국 기술로 해결될 수 있을까요? 앞으로의 발전을 지켜보겠습니다!