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[IT뉴스]AI 데이터센터 냉각 전력 10분의 1로…KAIST, '초미세 물길' 냉각 기술 개발

온카뱅크관리자

2026-06-16 11:27:31

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 AI 데이터센터의 전력난을 해결하기 위한 새로운 냉각 기술이 등장했다. Chat GPT 생성이미지.
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 국내 연구팀이 인공지능(AI) 데이터센터 전력 소비를 줄일 수 있는 초고효율 반도체 냉각 기술을 개발해 기존 최고 수준 기술보다 냉각 효율을 10배 높이는 데 성공했다.
 KAIST는 김성진 기계공학과 교수팀과 이익진 AX학과 교수팀이 공동으로 반도체 칩 내부에 머리카락보다 가는 물길을 새겨 냉각수를 여러 경로로 균일하게 흘려보내는 액체 냉각 기술을 개발했다고 16일 밝혔다. 연구결과는 국제학술지 '에너지 전환과 관리'에 15일 게재됐다.
 AI 반도체는 성능이 높아질수록 발열이 급격히 증가한다. 기존 공기로 열을 식히는 공랭 방식만으로는 차세대 AI 반도체에서 발생하는 열을 효과적으로 제거하기 어려워 칩 내부에 냉각수를 직접 흘려보내는 액체 냉각 기술이 주목 받는다.
 연구팀은 냉각수를 머리카락보다 가는 미세 물길로 흘려 열을 제거하는 '마이크로채널' 기술에 여러 경로로 냉각수를 분산 공급하는 '매니폴드' 구조를 결합했다. 냉각수 이동 거리를 줄이면서 여러 지점에 동시에 공급해 냉각 효율을 높였다.  
 기존 매니폴드 마이크로채널 기술은 일부 채널에만 냉각수가 집중된다. 연구팀은 간단한 계산 모델과 전산유체역학 시뮬레이션을 결합한 최적화 기법으로 냉각수가 모든 채널에 균일하게 흐르도록 구조를 설계했다.
 실리콘 반도체 기판에 제작한 냉각 구조를 검증한 결과 냉각 성능을 나타내는 성능계수(COP)가 10만6000을 기록했다. 냉각에 1만큼 에너지를 사용했을 때 10만6000배의 열을 제거할 수 있다는 의미다.
 연구팀은 2020년 국제학술지 '네이처'에 보고된 기존 세계 최고 냉각 수준보다 10배 이상 높은 성능이라고 설명했다. 같은 양의 열을 제거하는 데 필요한 전력을 기존 기술의 10분의 1 수준으로 줄인 것이다.
 연구팀은 상온의 물만 사용해 칩 온도를 100도 이하로 유지하는 데 성공했다. 복잡한 냉각 기술이나 다이아몬드 같은 고가 소재 없이 구현할 수 있고 기존 반도체 생산 공정과 호환되는 공정으로 제작할 수 있어 상용화 가능성도 높다고 평가했다.
 기술은 가로·세로 5mm 크기 실험용 칩에서 검증했지만 연구팀은 현재 AI 데이터센터에 사용하는 그래픽 처리 장치(GPU)·텐서 처리 장치(TPU) 등 대형 AI 반도체에도 적용 가능할 것으로 보고 있다.
 실제 데이터센터에서 냉각수를 흘려 열을 제거하는 금속 냉각판인 '콜드 플레이트'에 적용한 결과 기존 대비 30% 이상 향상된 냉각 성능을 확인했다.
 김성진 교수는 "AI시대에는 반도체 성능보다 열을 얼마나 효과적으로 제어하는지가 경쟁력"이라며 "이번 기술이 AI 데이터센터의 전력 소비를 줄이는 핵심 기술로 활용되기를 기대한다"고 말했다.
 &lt;참고 자료&gt; doi.org/10.1016/j.enconman.2026.121422
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 <img alt="윗줄 왼쪽부터 김성진 교수, 이익진 교수. 아랫줄 왼쪽부터 이영진 조지아공과대 연구원, 이한솔·황철현 박사과정생. KAIST 제공." class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202606/16/dongascience/20260616112405233yfut.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="QbAJcLLxMM" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202606/16/dongascience/20260616112405233yfut.jpg" width="658">
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 윗줄 왼쪽부터 김성진 교수, 이익진 교수. 아랫줄 왼쪽부터 이영진 조지아공과대 연구원, 이한솔·황철현 박사과정생. KAIST 제공.
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 [문혜원 기자 moony@donga.com]
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