개요 본논문은배전효율성이냉각전력요구량과총전력소비량에미치는효과를분석하고 AC와 DC 배전방식의효율이최대일때두배전방식의계량적효율을세부적으로비교하고있다. 최신고효율 AC와 DC 배전구조는실질적으로서로동일한효율을지닌것으로보이므로 DC 배전구조로의전환이보다나은효율을보장하지는않는

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서훈 제
5 years ago
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1 데이터센터를위한고효율 AC 대 DC 배전의계량적비교 Neil Rasmussen 글 James Spitaels 백서 #127 Access to interactive APC TradeOff Tool

2 개요 본논문은배전효율성이냉각전력요구량과총전력소비량에미치는효과를분석하고 AC와 DC 배전방식의효율이최대일때두배전방식의계량적효율을세부적으로비교하고있다. 최신고효율 AC와 DC 배전구조는실질적으로서로동일한효율을지닌것으로보이므로 DC 배전구조로의전환이보다나은효율을보장하지는않는다. 본논문은다음 APC 백서의내용에근거하고있다. 데이터센터 AC vs. DC 배전 데이터센터를위한전력효율모델링 2

3 머리말 데이터센터의효율향상에대한탐구는데이터센터의전력및냉각기술혁신의분위기를고취시켜왔다. 에너지효율성과관련하여데이터센터의전력구조를기존의 AC 방식에서 DC 방식으로전환해야한다는것은광범위하게논의되어온제안중의하나이다. 대중지와전문지를보면 DC 배전의장점을뒷받침하는상당수의논문들이있으며, Intel, APC, Sun Microsystems 와같은회사들은기술시범프로젝트들에참여해왔다. 현실적으로데이터센터에서사용될수있는배전방식은 AC 배전방식두종류와 DC 배전방식세종류로기본적으로총다섯종류이다. 이다섯가지방식에대한설명과분석은관련백서제63권 ( 에수록된 ) 데이터센터를위한 AC vs. DC 배전 에서볼수있다. 이출간문헌에수록된논문에서일반적으로지지되는주요연구결과는다섯가지배전방식들중두가지, 즉 AC 방식하나와 DC 방식에서최대전력효율성을보인다는것이다. 데이터센터에서전력기술에큰변화는없겠지만, 이두가지방식중의하나가향후데이터센터의배전관련업무를위해선택될가능성이매우높다. 이논문에기술된 AC 배전장치의성능효율값은오늘날구입할수있는실제장비에비추어보면즉시구현가능한수치이다. 오늘날사용가능한상업적 DC 배전장치가없기때문에 DC 배전장치의효율값은가장최근의샘플데이터, 예상값, 계산을토대로한다. 이논문에사용된모든효율값에대한인용문과참고자료는연구결과를독립적인실험하여검 증하도록제시된다. 배전효율의변화는데이터센터의전체전력소비에영향을미치지만, 그영향은두가지요소로인해수학적인복잡 성을갖는다. 1. 배전효율의변화는난방부하에영향을주어결과적으로냉난방전력소비량에영향을미친다. 2. 연구에따르면데이터센터의상당량의전력부하는전력배선장치를통해전력을공급받지않는다. 이논문은이러한효과를상세하게설명하고, 어떻게하여전력배선효율성의개선이계량적측면에서총전력소비량의감소를야기하는지를보여준다. 3

4 배경 오늘날데이터센터의시설은열악한설계와구식배전기술로인해매우비효율적으로운영되고있다. APC 는냉각장치를제외한데이터센터의운영에있어전력장치의효율성이 30 % 이하까지감소하는것을확인했다. 이것은비효율적운영이불가피하다는이유로전력에너지가엄청나게낭비되고있다는것을잘보여준다. 주로다음요인들로인해비효율성이발생하는것으로확인된다. 비효율적 IT 장비의파워서플라이 비효율적변압기기반의배전장치 (PDU) 비효율적 UPS 시스템 위의모든손실을배가하는장치설계등급에훨씬못미치는부하에서의운영 지난 3년동안 IT 장비의전원공급장치와 UPS 장치의효율성은크게개선되었다. 이것은오늘날설치된 AC 배전장치가 5년전에설치된것보다대체로훨씬더효율적임을의미한다. 또한확장모듈형 UPS 장치는부하에적절한 UPS의용량을설정하고간편하게용량을조절할수있게해주어예전에전체시스템을적절히활용하지못해서발생했던비효율성을개선하여효율성을높여준다. 변압기기반의 PDU는북미의많은시설에서여전히상당한자원손실을보이지만북미이외의지역에서는그렇지않다. 본문서에서분석한 AC 배전방식은유럽의표준인 400/230 V 배전을토대로하고있다. 미국데이터세터의 415/240 V AC 배전사용에대한자세한내용은 APC 백서 #128, 개선된고밀도배전의사용을통한데이터센터효율성개선참고 DC 배전방식은다음세가지전제에근거하여더높은효율성을달성하기위한하나의방안으로제안되어왔다. 1. AC UPS 장치보다고효율인 DC UPS 장치를설치하는게가능할수있다. 2. 배전장치 (PDU) 에서변압기를제거함으로써전력손실을감소시킬수있다. 3. AC 입력설계의효율을향상시킬뿐만아니라, IT 장비파워서플라이자체의효율도증가시킬수있다. 본논문은이러한모든개념들을검토하고계량화함으로써다음사항을밝힐것이다. 최신 AC UPS 장치는이전 AC UPS 장치와비교하여에너지손실에있어 5분의 1밖에되지않으며, 효율성이보다높은 DC UPS 장치의개발가능성은희박하다. PDU의변압기는비효율성에크게기여하지만북미이외의지역에서는사용되지않으며새로운고효율 AC 배전구조에는사용되지않는다. IT 장비의파워서플라이에 DC 전원을인가합으로인하여효율이향상된다고하는것은처음추정했을때보다실제적용시더낮은것으로증명되고있다.. 출간된많은논문들이 AC 방식에서 DC 방식으로전환한다면효율이 10% 에서 30% 까지향상될것이라고주장하고있다. 그러나새로운서버기술성능을 10년전에개발된서버의성능과비교하지않는것처럼, 이론적인 DC 배전효율성을구형 AC 배전장치의효율성과비교하는것은부적절하다. 과거와미래의대안들을서로비교하는것보다현재와미래의대안들을서로비교하는게중요하다. 4

본논문의자료는오늘날최적의 AC 배전장치를통해얻을수있는효율성이이론적인미래의 DC 배전장치를통해얻는것과본질적으로같다는것과대중지에인용된대부분의효율성은잘못된것이며, 부정확하다는것을증명하고있다. 실질적으로이주제에관한기타기사들과논문들과는달리, 본논문은모든계량적데이터와관련된인용문과참고자료를명시하고있다.

5 본논문의자료는오늘날최적의 AC 배전장치를통해얻을수있는효율성이이론적인미래의 DC 배전장치를통해얻는것과본질적으로같다는것과대중지에인용된대부분의효율성은잘못된것이며, 부정확하다는것을증명하고있다. 실질적으로이주제에관한기타기사들과논문들과는달리, 본논문은모든계량적데이터와관련된인용문과참고자료를명시하고있다. 두가지고효율배전방식 서문에서는두가지선택적배전장치들이미래의고효율데이터센터를건설하기위한대안으로제시되었다. 한가지는북미와일본이외의지역의실질적인모든데이터센터에현재사용되고있는 400/230 V AC 배전장치를토대로한다. 다른한가지는 DC 전원을수용하기위해조정된 IT 장치에전력을제공하는개념적 380 V DC 배전장치를기본으로한다. 이장치들은그림 1과그림 2에서볼수있다. 그림 1- 북미이외의지역에서일반적으로사용되고있는고효율 AC 배전 IT 부하 그림 1은첫번째대안을보여준다. 이것은북미와일본이외의지역에서사용되는일반적은 AC 배전장치이다. 오늘날북미의표준배전장치에는 UPS 전압으로 480 V AC 가사용되며, 그림에서처럼 480 V 에서 280/120 V AC 배전방식으로전환하기위한 PDU 변압기와같은추가블록이있을수있다는것에유의해야한다. 이그림에서 UPS 출력전압을 230 V 에서 IT 부하에공급하기때문에전압을낮출필요가없고이로인해서 PDU 변압기와같은손실은제거된다. 5

6 그림 2 이론적인고효율 DC 배전 IT 부하 그림 2는두번째대안을보여준다. 이것은 380 V DC 를공급하게되는하나의이론적인방식이다. 380 V DC 전압으로작동되도록고안된 IT 장비가이러한방식이가능하게하기위해사용될필요가있다. 백서에서 300, 380, 400, 575 V 와같은다양한다른 DC 공급전압을사용하는이장치가제시되어왔다. 그러나백서에서제안된공통된의견은약 380 V 를선호표준으로밝히고있으며, 본논문에서의분석은이 380 V DC 배선장치를토대로한다. 380 V DC 와 400 V DC 는본질적으로같은장치를의미하는두개의다른이름임을유의해야한다. 분석사전검토 이어지는섹션에서모델의일반구조와이모델을지지하기위해계량화될데이터에대한지식이있으면도움이된다. 세가지전력경로세그먼트그림 3은고효율배전방식을사용할때일반데이터센터의기본적인전력경로를보여준다. 주제가되고있는두가지배전방식에는필요하지않은 PDU는사용되지않았다는점에유의해야한다. 전력경로는 3개세그먼트로구분된다. UPS 배전배선 IT 장치의전력공급기 (PSU) 모델관련효율성데이터본논문의다음섹션에서는이세가지전력경로의각부분을위한효율성데이터를검토하고계량할것이다. 아래의그림 3에있는각각의부하의효율그래프의결과에의한함수로써효율데이터를측정하는것을목적으로한다. 이효율데이의합산은기존전력배열 ( 환경 ) 과이론적인전력배열의효율성을비교하기위해사용될수있다. 이모델의기준케이스는 50 % 부하에서의효율값을사용할것이기때문에 50 % 의부하점이효율곡선에표시된다. 그림 3 데이터센터전력경로 : 세가지부분, 세가지효율곡선 6

율성IT 장치 배전배선 전력공급장치 효율율성효부하부하부하 성효각부분의효율곡선은다음섹션에서검토할것이다. 부하율 50% 일때 데이터는배선시스템내에서의장치들의효율이고정되어있지않고부하에따라변화한다는것을분명하게보여주고있으며이는하나의효율값으로나타내기보다는효율곡선으로보여지는것이정확하다는것을알수있다.

7 율성IT 장치 배전배선 전력공급장치 효율율성효부하부하부하 성효각부분의효율곡선은다음섹션에서검토할것이다. 부하율 50% 일때 데이터는배선시스템내에서의장치들의효율이고정되어있지않고부하에따라변화한다는것을분명하게보여주고있으며이는하나의효율값으로나타내기보다는효율곡선으로보여지는것이정확하다는것을알수있다. 따라서배전시스템내에서의효율에대한어떠한계산도전력경로의각부분에작용하는실제작동부하를고려하지않는다면불완전하다. 배전효율성이라는주제에대한대부분의이전연구들은굉장히중요한부분인부하의변화가효율의변화에미치는효과에관련된정보를제공하지않고있다. 본논문에서일반적인시설을대표할수있는하나의부하기준선을선택하여어떻게효율성이부하에따라변화하는지를설명할것이다. 기준작동부하를정하면 AC 와 DC를비교하는평가기준이제시됨으로써초기의논의가단순화되지만, 효율값이부하에따라변화하는하나의곡선임을보여주는실제모델에제약을두지는않는다. 7

실제시설에서운전부하 ( 용량의일부 ) 는전력경로의세가지각부분에서다를것이며, 상호작용모델에서는역동 적으로변화할수도있을것이다. ( 그림 9 참조 ) 다음 AC 와 DC 배전방식의설명및비교에서는부하율기준을 50 % 로설정할것이다. 이것은데이터센터의세가지모든부분에서작용하는한계범위내이다.

8 실제시설에서운전부하 ( 용량의일부 ) 는전력경로의세가지각부분에서다를것이며, 상호작용모델에서는역동 적으로변화할수도있을것이다. ( 그림 9 참조 ) 다음 AC 와 DC 배전방식의설명및비교에서는부하율기준을 50 % 로설정할것이다. 이것은데이터센터의세가지모든부분에서작용하는한계범위내이다. ( 위의그림 3) 여기서는어떻게 50 % 의부하가데이터센터의각세부분에영향을미치는지를살펴볼것이다. UPS 이중이아닌 (Non-redundant (1N)) 시스템에서 50 % 는일반적인부하작용점이다. 이중 (Redundant (2N)) 시스템에서 50 % 는최대부하작용점을나타낸다. ( 즉, 최대부하를 2UPS에서분담 ) 배전배선 UPS 부하에서와비슷하게, 50 % 는이중이아닌 (1N) 배선에서는현실적인작동부하이다. 이중화전원공급 (2N) 시스템에서는 50% 의부하율이최고높은부하율이다. ( 실제미국전기규약에서는부하율을 80% 로제한하고있으며, 이는이중전원입력일경우부하율이 40% 로제한됨을의미한다.) 여하튼, 배선에서의운전부하는전체적인운전시스템에서차지하는비율이매우낮음에주의를기울여야한다. 왜냐하며배선효율은 99~100% 사이의매우높은효율을가지고있기때문이다. IT 전력공급 IT 장비는하나혹은두개의내장전력공급장치를가지고있다. 하나의전원공급기를가지고있는 IT 장치에서의 50% 운전부하율은전체범위에서중간지점이다. ( 일반적으로이상적인부하율, 서버가동시간의많은부분이이지점내에서소모 ) 그리고이중전원공급기를가지고있는서버에서의전원공급기의최대운전부하율은 50% 이다. ( 풀부하시 2개의전원공급기가나누어전원을공급 ) 이세부분에대한실제효율곡선으로인해차후에드러나듯이 50% 부하근방에서는작용부하효율성의차이는그렇게크지않기때문에이지점의정확한위치는그렇게중요하지않다. UPS 효율성 AC 배전구조에는우선 AC 배전버스를생성하는 UPS가있으며, DC 구조에서는때로는 DC 장치혹은정류기로불리는 DC UPS가 DC 배전버스를생성한다. AC UPS의경우, 성능을검증받은제품들이 - 효율성관련설명서를포함하고있든혹은그제품들의성능이측정가능하든간에 - 현재시장에출시되어있다. 불행하게도 APC 는출간된많은설명서들이부정확하고실제성능을잘나타내고있지않다는것을알게되었다. 우리는이분석의목적을위해독립된실험실에서측정되어검증된효율성평가를받은 UPS만을사용하여얻은효율성데이터를사용할것이다. 8

9 그림 4 는시중에서구입할수있는다양한 AC 와 DC UPS 시스템의효율성을보여준다. 그림 4 여러상업적 AC 와 DC UPS 시스템의효율성 AC 와 DC UPS 효율성비교 편의를위해, 위의그래프를도표 1 로요약하였다. 도표 1 그림 4 의 UPS 효율성데이터요약 9

10 부하 10

11 효율모델을위한 AC UPS 효율값 1,000kVA APC Symmetra MW Delta Conversion UPS는 50% 부하에서 96.2% 의정격효율성을가지며, 160kVA Symmetra PX Double Conversion UPS는 50% 부하에서 95.7% 의정격효율성을가지며, 40kVA APC Smart UPS VT Double Conversion UPS는 50% 부하에서 96.3% 의정격효율성을지닌다. 모두 TÜV 실험실에서검증되었다. 1 이들등급은경제적혹은바이패스모드에서가아니라온라인출력변압기에의해재생되고컨디셔닝된출력으로완전히입출력분리상태에서얻은것이다. 이분석은 50% 부하에서 96.2% 의 AC 효율성으로 Symmetra MW를사용하여행할것이다. 75kW SatCon 변압기는캘리포니아에너지국에의해확증된것으로 95.8% 의정격효율성을보인다. 2 ( 이것을포함 한많은인버터들은정류기와같은동작을할수있으며작동중에는동일한효율을가지기때문에이것은또한 DC UPS 로도간주될수있다.) 나머지두곡선은 2005 LBLN 연구에서측정된것으로전통적인 Double Conversion 방식 UPS 의효율을보여준다. 3 효율모델을위한 DC UPS 효율값 DC UPS의경우배터리백업기능이있는 380 V DC 배전시스템의요구를충족시키는어떠한상업적제품도찾아볼수없다. 완벽하게해결되지않는하나의중요한기술적문제는 380V 로조정된배선에단자전압이변화하는배터리를어떻게연결하냐는것이다. 그러나 Intel은수많은 DC 전력공급자와함께연구하여 97% 라는예상효율값을제시하며설계제안을발간하였다. 4 Netpower Labs는 350 V DC UPS를개발하여이의효율값을 96% 로발표했다. 5 LBNL은원형 DC UPS를개발하여이의효율값을 94% 로발표했다. 6 이세가지보고된효율성, 즉 94%, 96%, 97% 중에분석결과서우리는분석을위해중간값을선택할것이다. 자료가부하백분율을구체적으로나타내고있지않기때문에 Netpower Labs의 DC UPS가보이는 96% 효율성은가장좋은사례에서계산된값일가능이있다는것에유의해야한다. 50% 부하에서는효율이 96% 보다낮을가능성이크다. 모델을위한기준값 50% 부하에서의효율 11

배전배선효율성 AC 혹은 DC UPS 와 IT 부하간의배선은전력손실을가져온다. 이손실은작용전류, 배선규모, 배선길이에따라달라진다. 한데이터센터는수백, 심지어는수천개의다른배선을사용하기때 문에각배선에서발생하는전력손실은전체전력손실을계산하는데추가되어야한다.

배선전력손실에대한일반설계값은최대부하인상태에서 1% 의부하전력이다. 배선에있어전력손실은부하의제곱에비례하여변한다. 부하값이반으로줄때마다, 배전전력손실은 4분의 1쯤줄어든다. 50% 부하데이터센터에서는배전효율이 99.5% 가된다.

12 배전배선효율성 AC 혹은 DC UPS 와 IT 부하간의배선은전력손실을가져온다. 이손실은작용전류, 배선규모, 배선길이에따라달라진다. 한데이터센터는수백, 심지어는수천개의다른배선을사용하기때 문에각배선에서발생하는전력손실은전체전력손실을계산하는데추가되어야한다. 그림 5 배전배선을위한효율곡선 배전배선효율 율성배선 최대부하에서 1% 부하효일반적인시설에대한배선전력손실을측정하는것은가능하다. 배선크기는회로용량평가에의해영향을받으며평균배선길이는대체적으로잘알려져있다. 배선전력손실에대한일반설계값은최대부하인상태에서 1% 의부하전력이다. 배선에있어전력손실은부하의제곱에비례하여변한다. 부하값이반으로줄때마다, 배전전력손실은 4분의 1쯤줄어든다. 50% 부하데이터센터에서는배전효율이 99.5% 가된다. 이러한이유때문에배전전력손실은 대부분의데이터센터에서무시된다. 분석결과배전전력손실이 DC와 AC 시설에서는서로동일하다는것을유의해야한다. 구리의사용량에미세한차이가있을수는있지만, 효율성은동일하다. 배선전력손실은 AC와 DC 시스템의효율성에있어어떠한차이도초래하지않는다. 모델을위한기본값 50% 의부하에서효율성 AC 배전배선 99.5% DC 배전배선 99.5% 12

13 IT 장치의파워서플라이효율성 현대의 IT 장치는하나또는그이상의내부파워서플라이가있으며이파워서플라이는 AC 전원을 12V dc 전원으로변환하는역할을하며, 변환되어진전원은 IT 장비내부에있는 Card 및전자장치에전원을공급하게된다.* 이러한 PSU( 파워서플라이 ) 는전체적인배전시스템의효율을향상시키기위한방안으로생각되어진다. 과거의서버에서는 PSU 의효율성이 50% 부하에서약 75% 였다. ( 그림 6 참조 ) 하지만가장최근 의설계는넓은운전부하의범위에거쳐 Sun Microsystem ( 그림 7) 과 Hewlett-Packard ( 그림 8) 가발표한전력공급효율데이터에따르면현재일정하게 90% 이상의효율성을보이고있다. 그림 6 로렌스버클리국립연구소 (Lawrence Berkeley National Laboratory) 의과거서버 PSU 의효율성 7 * IT 장치내의배전시스템에서는각각의모드에전원을공급하기위하여파워서플라이의 12V DC 출력을개별보드의전원카드나하위의전원장치들에공급하여보드들이사용하는 1.1V, 3.3V, 5V 와같은전원을보드에공급하게된다. 13

14 그림 7 Sun Microsystems 서버에장착되어있는파워서플라이의입력부하에따른효율변화와다양한입력전압에따른효율변화그래프 8 그림 8 Hewlett-Packard 서버에장착돠어있는파워서플라이의입력부하에따른효율변화와 다양한입력전아베따른효율변화그래프 9 부하 14

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Sun Microsystems의예에서는 50% 부하율에서 AC 배전방식 (IT 장치의파워서플라이 ) 의효율성이 89.5% 이며 Hewlett-Packard의예에서는같은조건에서 91% 가된다. 400/230V AC 전원을공급받아 230V 서버를동작시키게되는향후대부분의서버들이이러한파워서플라이를지니고있다면아마두샘플의평균이 90.

25% 의효율에더해져서 DC 파워서분석결과플라이의효율을 91.75% 로산출해서계산할것이다. 본논문의후반부에서보다상세하게분석될것이다. 모델기준값 50% 부하률에서의효율성 AC IT 전력공급 90.25% DC IT 전력공급 91.75% 2008 년초에 94% 에이르는훨씬더고효율의파워서플라이가사용될것으로예상된다.

16 Sun Microsystems의예에서는 50% 부하율에서 AC 배전방식 (IT 장치의파워서플라이 ) 의효율성이 89.5% 이며 Hewlett-Packard의예에서는같은조건에서 91% 가된다. 400/230V AC 전원을공급받아 230V 서버를동작시키게되는향후대부분의서버들이이러한파워서플라이를지니고있다면아마두샘플의평균이 90.25% 정도의효율이될것이며이를 AC 파워서플라이효율의기준으로사용될것이다. Sun Microsystems 의파워서플라이의효율성을보여주는그림 7은 380V DC 에대한효율곡선도함께보여준다. 이곡선은약 50% 부하율에서 220 V AC 효율곡선보다약 1.5% 정도향상되었음을보여준다. 이 1.5% 의효율향상율은 많은연구에서언급되어왔으며 AC 효율기준값인 90.25% 의효율에더해져서 DC 파워서분석결과플라이의효율을 91.75% 로산출해서계산할것이다. 본논문의후반부에서보다상세하게분석될것이다. 모델기준값 50% 부하률에서의효율성 AC IT 전력공급 90.25% DC IT 전력공급 91.75% 2008 년초에 94% 에이르는훨씬더고효율의파워서플라이가사용될것으로예상된다. 이파워서플라이에관한데 이터는아직일반에게보급되지는않아본연구에서언급할수없다. 이파워서플라이에 380 V DC 의전력을공급함 으로써효율향상률이약 1% 까지감소될것으로예상한다. 전체전력경로의효율성비교 전력경로의전체효율성은위에서언급한 UPS, 배선, IT 파워서플라이의효율에좌우된다. 도표 2와같이이것은단순한산술이다. 도표 2 고효율 AC 와 360 V DC 배선방식을비교하여 50% 부하률에서전체배전효율계산 배전배선 IT 전력공급전체효율성 따라서고효율 DC 시스템은고효율 AC 시스템보다배전효율에있어 1.25% 더높다. 이분석은모든전력경로부분에서 50% 의작용부하가발생한다는전제를두고있다. 50% 부하률에서상대적으로평평한형태의효율곡선을얻을수있듯이약 50% 의부하범위에서효율의변화는그다지크지않다. 16

17 이효율의차이는배전시스템에한한것이며, 데이터센터의전체전력소비량에미치는효과는더심도있는분석을 요구하기때문에다음섹션에서설명하겠다. 데이터센터의전체소비량에미치는영향 배전시스템의백분율로환산된어떠한효율성증가도데이터센터의백분율로환산된전체절약전력량의동일한증가로는직접산출되지않는다. 배전시스템에서발생하는손실을줄이게되면전체적인데이터센터에서의열발생도부분적으로줄어들게되므로이로인해서냉각에들어가는에너지도감소하게된다. 따라서배전에서절약된전력량 (watt) 은전체데이터센터에서의전력량을줄이는데있어서배전절감이상으로전체시스템에서실질적으로절약될것이다. 그러나 1% 의배전효율증가는데이터센터의전체효율 1% 로산출되지않는다. 실제로 1% 의배전효율증가는실제로 1% 보다작은전체효율증가로나타난다. 배전방식변화로인한전력소비량의감소에대한실제계산 P 는 AC 시스템의 1 로나타낼수있는기본전력소비량이며, P 는배전효율변화이후의전력소비량이다. 위의수 식에서기타다른값들은도표 3 에서일반값들과함께정의된다. 도표 3 전력부하감소계산을위해사용한변수들 변수설명일반적값 Δη PD 배전효율변화입력변수 IT P 백분율로나타낸, IT 부하로인해소비되는데이터센터의전체소비전력 (%) 45% PD P 기준배전으로인해소비되는데이터센터의총전력 (%) 5% ACP P 부하에따라변화하는냉난반기의전력손실로인해소비되는데이터센터의총전력 (%) 25% L P 조명부하로인해소비되는데이터센터의총전력 (%) 2% ACF P 냉난방기의고정전력손실로인해소비되는데이터센터의총전력 (%) 23% 이값들이위의데이터센터의총전력감소방정식에대입될때, 배전효율변화로부터총소비전력량의변화결과는 0.75 에서 1 이된다. 즉, 1% 의배전효율변화는 0.75% 의전체전력감소를야기한다. 데이터센터에서소비전력의총 변화는배전효율의변화보다작다. 17

18 이연구결과는데이터센터의전력소비량의상당부분이 ( 특히냉각시스템 ) 배전시스템을통과하지않는다는것을이해한다면, 배전전력손실을감소시키는것이냉각전력손실의고정요소에영향을주는것이아니라단지냉각전력손실 ( 냉각부하에따라변화하는손실 ) 의비례적구성요소에영향을줄뿐이라는것을이해한다면그리놀라운것이아니다. 이계산이이전섹션에서설명한 AC와 DC 배전효율결과에적용될때, AC 방식으로부터 DC 방식으로변환함으로써얻은 1.25% 의배전효율향상이전체전력소비량에있어 0.94% 의감소를초래한다는것이밝혀진다. 이연구결과는다른연구에서사용된정보와직접적으로모순된다는것을유의해야한다. 많은피상적분석들이 380 V DC로의변환에의해절약되는전력량 (watt) 이데이터센터의총전력량에대해 두배혹은네배의절감효과 를낳는다는의견을제시하고있다. 실제로배전과관계없이절약되는유일한전력량은비례손실, 즉부하에따라변화하는냉각손실전력의일부분이다. 효과적으로설계된현대데이터센터에서는배전에서절약되는전력량 1 watt는단지데이터센터의총전력량에서 1.2watt만을절약하게된다. AC 대 DC 효율계산기 그림 9에서 APC TradeOff Tool은다른조건에서의전력경로의효율백분율과전체입력전력감소율백분율을결정한다. 전력경로효율과전체입력전력손실감소에다양한전력경로요소의효율성을변화시킴으로써나타타는영향은이도구를사용하여탐구할수있다. 전통적인 AC 전원의데이터센터는일반적인효율값을가지는 AC UPS, PDU 그리고 208V AC IT 파워서플라이를사용하는전통적인데이터센터를보여준다.. 가장좋은예인 AC의경우는최신고효율 AC UPS, PDU, IT 전력공급장치를갖춘신데이터센터를잘보여준다. 400 V AC의경우가장좋은예인 AC와동일한현대적인구성요소를사용하지만, PDU와관련변압기손실이없으며 208 V AC보다 0.5%( 그림 8에서보이는초록색과노란색곡선사이의차이 ) 의효율이점이있는 230 V AC에서작동하는 IT 전력공급장치를전제로한다. 380 V DC의경우는 PDU를사용하지않으며, 그림 7에서볼수있듯이 208 V AC보다 1.5% 의효율혜택을지닌이상적 DC UPS와 IT 전력공급장치를사용한다. 모든경우에동일한배선효율성이가정된다. 이효율성측정계산표에서효율에영향을미치는모든주요한변수들은슬라이더를끌어조정가능하다. 이도구는본논문에서기술한것처럼 50% 부하율을토대로한모든변수들에대한기본값에서시작할수있다. 계산기도구에서제시되는 개체열부하당냉각손실 기본값은일반적인 50% IT 부하에대한값이다. 100% 에가까운 IT 부하에서작용부하를모델링할때사용자는매뉴얼에따라 단위열부하당냉각전력의손실 을하향조정하여완전부하에서의냉각효율증가를반영해야한다. 18

효율성380 V DC 감소율이모델은입력전력감소계산에있어 2% 의조명부하를전제로한다. 네트워크작동센터와같은추가적고정부하 가존재할경우입력전력손실감소백분율은어떠한조건에서도낮아질것이다. 그림 9 배전구조의비교를위한 AC vs. DC 계산기도구 데이터센터의 AC vs.

19 효율성380 V DC 감소율이모델은입력전력감소계산에있어 2% 의조명부하를전제로한다. 네트워크작동센터와같은추가적고정부하 가존재할경우입력전력손실감소백분율은어떠한조건에서도낮아질것이다. 그림 9 배전구조의비교를위한 AC vs. DC 계산기도구 데이터센터의 AC vs. DC 계산기가 데이터센터의다양한 AC 와 DC 배전구조의효율에미치는효과 도구에관하여입력효율 구형 AC UPS 의효율 배전방식에따른전력경로의효율 최신 AC UPS 의효율 DC UPS 의효율 AC PDU 의효율배선효율구형 AC 전력공급장치의효율최신 AC 전력공급장치의효율 DC 입력에의해방지되는전력공급손실개체열부하당냉각전력의손실고정냉각전력손실의분수율 증가효율구형 AC 와관계하는데이터센터의총전력감소전력구형 AC 와관계하는전력경로증가효율 구형 AC 가장좋은 AC 의예 415 V AC 380 V DC 가장좋은 AC 의예 415 V AC 380 V DC 가장좋은 AC 의예 415 V AC 19

20 북미에대한특별고찰 일반적으로북미데이터센터의배전효율은변압기기반의배전장치를계속사용함으로인해다른지역데이터센터의효율보다더낮다. 북미에서는 UPS 전력이 IT 부하로의배전을위해전압을 3단계 208/120 V AC까지 PDU 변압기로낮추는 3단계 480/277 V AC에서일반적으로작동한다. 대조적으로북미이외대부분의지역에서는어떠한전압감소변압기도사용하지않고부하에직접제공되는 3단계 400/230 V UPS 전력을사용한다. 전압감소변압기는특히설치된전압감소변압기의평가등급이 UPS 의평가등급보다일반적으로훨씬더크므로대부분의설계에서상당한전력손실이발생한다는것을잘보여준다. 이것은변압기가충분히활용되고있지않다는것을의미한다. 게다가고밀도데이터센터에서는변압기가상당한바닥면적을차지하며상당한바닥하중부하를일으키는큰요인이기도하다. 이문제에대한자세한논의및북미에서의 415/240 V AC 배전시스템사용에대한자세한내용은 APC 백서 #128, 개선된고밀도배전의사용을통한데이터센터효율성개선참고. 북미의몇몇시설에서기존의 480/277 V 전력을 400/230 V 표준전력으로조정하기위해서는자동변압기의설치가반드시필요할수있다. 여기서자동변압기를사용한다는것은변압기의 kva 평가등급이 17% 를넘지않는고효율의변압기를의미한다. 자동변압기가필요한북미의시스템에관한한, 배전시스템의효율은자동변압기의전력손실로인해감소될것이다. 이로인해북미의몇몇 AC 배전시스템의효율은약 1% 쯤감소될것이다. 그러나 OEM 제조업자들사이에는북미의 480/277 V 시스템에이미존재하는전력공급장치의입력범위를확장하여 277 V AC를포함시키자는논의가있다. 이것이성공한다면자동변압기의필요성이없어질뿐만아니라그림 8의전력공급효율곡선에나타나있듯이 ( 빨간곡선과노란곡선사이의차이 ) 즉전력공급효율의상당한증가로인해 AC 배전시스템은 380 V DC 시스템과거의동일하거나그것보다약간더높은전반적인효율을지닐수도있다. IT 부하변화가효율에미치는효과 본논문에서전력경로의효율비교는 50% 의 IT 부하에대해산출되었다. 배전시스템의효율은 ( 전체데이터센터의효율은 ) IT 부하함수에따라변화한다. 효율성과 IT 부하의관계는 APC 백서 #113, 데이터센터에대한전기효율성모델링에나온대로정확하게모델링될수있다. 본논문에서효율비교는 IT 장비내의파워서플라이의효율을포함하고있다. 총 IT 부하가실제데이터센터에서변화하는이유는주로기존의 IT 장비에가해지는부하의변화보다도 IT 장비의변화량때문이다. 그결과, 데이터센터에서총 IT 부하의변화는 UPS에가해지는부하에반영되지만일반적으로독립파워서플라이의작용부하와는관계가없다. 전력이 UPS로부터나와배선을거쳐 IT 전력공급장치를통해 IT 부하까지흐르기는하지만, 이것이모든이장비들이동일한백분율평가등급, 즉동일한작용부하에서작동하고있다는것을의미하지는않는다. 총전력은일반적으로수천개의 IT 장비들속으로흘러들어간다. 20

21 5% 전력용량에서작동하는데이터센터를고찰해보자. UPS 가 5% 의작용부하, 즉 5% 의전력용량에서작동한다는 것을타당하게여길수있다. 하지만이것은개별하류 IT PSU 에가해지는작용부하에대해서어떠한설명도하지 못한다. UPS 에가해지는 5% 의작용부하는다음과같은요인으로인해발생할수있다. 100% 의정격입력전력에서작동하는소수의 IT 장비들 5% 의정격입력전력에서작동하는 IT 장비 (20 배의개수 ) 1% 의정격전력에서작동하는 IT 장비 (100 배의개수 ) UPS에가해지는 5% 의작용부하는그것이공급하는모든 IT 장비들의총작용부하와긴밀하게연관되어있지만, IT 장비의개별작용부하는서로상관하지않으며, UPS에가해지는 5% 의작용부하와도역시관계하지않는다. 이것은부하와상관없이배선이효율에거의영향을미치지않기때문에데이터센터의전력경로의세부분중에서 IT 부하가변함에따라데이터센터의총효율변화에가장큰영향을미치는것은바로 AC 혹은 DC에서의부하에따른 UPS 효율변화이다. 위와같은이유로인해 IT 부하변화가효율에미치는영향은미미하며, AC 혹은 DC가변화하는 IT의작용부하에서조금이라도더효율적라고할수있는근거도없다. 따라서 IT 부하가본논문의분석과결과에미치는영향은그렇게중요하지않다. 연구결과의신빙성 DC와 AC의배전시스템의효율을측정하기위해사용된수학적계산식은논란의여지가없다. 또한어떠한배전장비도 100% 의효율을지닐수없다는사실도분명하다. 이것은이론적으로가능한 DC 구조의효율이득은출판물에서통용되어온숫자들에훨씬못미친다는것을분명히보여준다. 본논문은다음효율분석에상당한영향을미치는세가지주요값들을제시한다. 1. AC UPS 시스템효율 2. DC UPS 시스템효율 3. IT 전력공급장치 (PSU, 파워서플라이 ) 를 DC 운영으로변환시킴으로가능한효율성향상 이세가지값들의불확실성은효율비교결과에영향을미친다. 따라서이값들이크게변화할가능성이있는지를심화된연구혹은새로운기술을통해얻을수있는결과로간주하는일은가치가있다. 21

22 AC UPS 효율 AC UPS 효율과관련하여본논문에서사용된값은제3자에의해확증된효율성능을지닌오늘날사용되는실제제품을토대로한다. APC에서곧시장에출시될, 동일한혹은조금이라도더나은효율성능을얻을수있게해주는다른제품들을알고있다. 분명히훨씬효율이떨어지는많은구형 AC UPS 제품들이아직도판매되고있기때문에고효율데이터센터를구축하려면고효율 UPS의사용을보증해야한다. 이때향후몇년동안은최상급의 AC UPS 효율에있어극적인향상을기대하지는않는다. DC UPS 효율 DC UPS 효율과관련하여본논문에서사용된값들은제조자의주장을토대로하였지만, 데이터센터의고효율배전을위한어떠한 DC UPS도제시하지않았다. DC UPS가 AC에서 DC 방식으로변환시킨다는것, DC UPS가조정된출력을제공한다는것, 그리고 DC UPS가전력인자로인해수정된입력을주요시설에제시한다는것은틀림없다. 이러한제한하에 96% 보다더높은효율을얻게해주는 DC UPS 시스템을구축할수있다는생각을할수는있지만, 증명된것은아무것도없다. 현재, DC UPS와유사한실제상업적장비의가장좋은예는광전지유틸리티상호인버터 (photovoltaic utility-interactive inverter) 이며, 이것은효율성이최적화되었으며기술적으로는역전류 (reverse power flow) 로작동하는 DC UPS 장치이다. 캘리포니아에너지국에서인용하고있는데이터를검토해보면최상의성능인 96% 일때 50% 부하에서 94% 정도의효율을보인다는것을알수있다. 이것은 DC UPS 모델의추정효율인 96% 가타탕함을확실히확인시켜준다. 그럼에도불구하고 APC에서의연구는 DC UPS 시스템의효율을 96% 이상까지향상시킬수있다는것을보여준다. 그결과최적화된 DC UPS는거의상용화되어있는 AC UPS 만큼의큰효율을제공할수있다고생각할수있다. 이러한최적화가가능하다면최상의 DC와 AC의배전시스템은 DC로의변환에서야기되는 IT 전력공급상에서의효율이득 (efficiency gain) 이유일한차이점이기는하지만본질적으로동일한효율을지니게된다. IT 전력공급을 DC 방식으로변환하여얻을수있는효율향상 IT 전력공급 (PSU, 파워서플라이 ) 시스템을 380 V DC 입력으로변환하면효율이증가한다는것에는일반적으로이의가없다. 본논문은새로운 AC 전력공급장치들이넓은부하범위에걸쳐 90% 이상의효율값을얻을수있다는것을보여준다. 실제로 2008년에출시될것으로예상된몇몇모델들은이미 94% 라는최고의효율값을얻는데성공하고있다. 이것은 DC 전력공급장치가 100% 효율을보인다할지라도 DC 전력공급장치들에있어최대이론적효율증가는겨우 6% (100% - 94% = 6%) 밖에되지않는다는것을의미한다. 본논문에서이러한분석의목적을위해 1.5% 의향상율이 Sun Microsystems의연구결과에근거하여사용되었다. 이러한향상율이얻어졌다는사실이 1.5% 의효율증가를기대할수있는지혹은어떤가능한향상율이얻어질수있는지와같은물음에답을줄수는없다. 다음논의에서는이론적근거를제공하여전력공급장치가 DC 작동방식으로변환되었을때의효율증가율을결정할것이다. 22

PSU 는다음두가지주요기능을한다. 연산회로를유입되는전력공급으로부터안전하게분리시키는기능 유입 AC 전력을조정된 12 V DC 로변환시키는기능 DC 배전을사용한다고해도안전하게절연시킬필요성과조정된 12 V DC를제공해야하는필요성은여전히남아있다. 그러나 AC에서 DC로변환하는 PSU의몇몇회로들은 DC 배전이사용될때필요하지않을수있다.

23 PSU 는다음두가지주요기능을한다. 연산회로를유입되는전력공급으로부터안전하게분리시키는기능 유입 AC 전력을조정된 12 V DC 로변환시키는기능 DC 배전을사용한다고해도안전하게절연시킬필요성과조정된 12 V DC를제공해야하는필요성은여전히남아있다. 그러나 AC에서 DC로변환하는 PSU의몇몇회로들은 DC 배전이사용될때필요하지않을수있다. Sun Mycrosystems에의한최근출간물은 PSU를 AC로부터 DC 입력작동방식으로전환하였을때잠재적효율증가를얻을수있다는계량적통찰을보여준다. 그림 10에서 PSU 서버내에서의전력활용에대한상세한분석을볼수있다. DC로인한제거 (Eliminated with DC) 이라고쓰여있는항목들은 PSU를 DC로변환한다면분명히나타나지않을손실들이다. DC로인한감소 (Reduced with DC) 라고써있는항목은백피드방지에대한필요성으로인해감당하지않을수없는손실이다. 그러나이손실은 PSU를 DC 방식으로변환한다면최대약 50% 쯤감소될수있다. 그림 10 DC 입력으로변환함으로써제거또는감소가가능한손실을보여주는서버전력공급장치 (PSU) 내에서의손실분석 12 DC 로인한감소 DC 로인한제거 emi 필터입력브리지입력 pfc 펫 (fet) 부스트다이오드 Pfc 초크총브리지펫변압기, 총브리지 펜 (2 개 ) 바이어스 pcb 의정적손실진동제어장치의손실 출력다이오드 출력초크 오링펫 출처 : Sun Microsystems 그림 10 에서 PSU 의약 20% 의손실이 DC 로의변환에의해사라질수있다는것을알수있다. 이감소된손실이 전력공급의효율을얼마나증가시키는지를결정하기위해다음계산식이사용된다. 23

24 η 이 AC 전략공급효율이면, η' 은 DC 입력방식으로의변경이후에나타나는효율이다. PSLR 은 DC 변환으로인한 전력공급손실감소량이다. 전력공급효율이가장좋은 91.5% 이고 DC 방식으로의변환을통해전력공급손실의 감소가발생한다고가정한다면효율향상률은 1.58% 가된다. 효율증가가전력공급의초기효율에의해크게영향을받음을유의하는것은중요하다. 따라서 DC로의변환으로부터얻는증가효율은보다낮은효율을지닌전력공급장치에서보다높을가능이있다. 그러나미래의고효율데이터센터에서는효율적인전력공급장치들이필수불가결하며겨우 1.5% 쯤되는효율증가가가능하다고가정해야만한다. 현재의 IT 장비에서 PSU의효율성이 90% 이상이라고가정하면이계산식을통해 IT 장비로의전력공급을 DC 방식으로변환시킴으로써얻는효율증가는약 1.6% 쯤될것으로예상된다. 이연구결과는 DC/DC 전력공급은일반적으로 AC/DC 전력공급보다 1 3% 더효율적이다 라고주장한 Sun Microsystems에의한최근발표의결론과일치한다. 이것은또한로렌스버클리국립연구소에실행된 DC 전력공급형데이터센터실험프로젝트로부터얻은결과인약 2% 의향상율과일치하기도한다.14 신빙성개요 AC와 DC 배전시스템의비교에서사용된수치값은상당히믿을만하다. DC와 AC UPS 효율값은사용된효율값에서 1% 이하쯤변화할것으로예상된다. 배선손실은극히소량이기때문에중요하지않다. 전력공급효율은 4% 이상정도향상되어 AC와 DC 시스템에이득을줄것으로예상된다. AC에서 DC로의변환으로부터얻는효율증가는 90% 의효율을지닌전력공급장치에서약 1.6% 쯤으로제한되고, 94% 의효율을지닌전력공급장치에서는약 1% 쯤으로제한된다는것을알수있다. 이분석결과를토대로하면 DC 시스템이 AC 시스템에비해몇퍼센트의추가효율을가져올수있다는것을생각할수있다. 이조건이성립된다면, 이것은본연구의기본사례와비교했을때 DC 방식의배전이득을약 1.5% 까지증가시키고이에상응하게 1.1% 의데이터센터총소비전력을감소시킬것이다. 그러나북미의 AC 시설의효율을약 1% 쯤향상시킬수있는 277 V AC라는표준전력공급으로의변환가능또한존재한다. 이것이가능하다면, 이는 AC와 DC 배전방식을동일한위치에효과적으로위치시킬수있다. 24

다른출판물들은어떤방식으로잘못된효율값을얻게되었는가? 본연구의결과는출판된많은논문들의주장과극히차이를보인다. 효율증가값을언급하는대부분의출판논문들 은로렌스버클리국립연구소에의해발행된한보고서에서행해진진술을회상케한다. 로렌스버클리국립연구소 의보고서는다음과같은결론을제시하고있다. 이러한경우에 28% 를웃도는향상율이일반데이터센터에서가능하다.

25 다른출판물들은어떤방식으로잘못된효율값을얻게되었는가? 본연구의결과는출판된많은논문들의주장과극히차이를보인다. 효율증가값을언급하는대부분의출판논문들 은로렌스버클리국립연구소에의해발행된한보고서에서행해진진술을회상케한다. 로렌스버클리국립연구소 의보고서는다음과같은결론을제시하고있다. 이러한경우에 28% 를웃도는향상율이일반데이터센터에서가능하다. 이것은증명된것처럼 DC 배전시스템이오늘날데이터센터에서발견되는일반 AC 시스템보다 28% 이하의전력에너지사용이가능할것이다. 데이터센터의 HVAC 부하가 IT 부하와일반적으로거의동일하기때문에, 이것은배전과변환에서나타나는 28% 의효율향상이시설의총효율성수준을 28% 까지향상시킨다는것을의미한다. 문제는광범위하게인용되는위의진술이독자를잘못인도하여새로운시설에서 DC 방식의사용이 AC 방식보다시설효율을총 28% 쯤향상시킨다는것을믿게한다. 여기서 28% 의총시설효율향상은이보고서보다 30 배정도더높은것이고, 분명히잘못된것이다. 로렌스버클리국립연구소의보고서중탭 ES3에서볼수있듯이 28% 라는수치는 IT 장비의전력공급이 DC 시설에서 19% 쯤더효과적일것이라고전제함으로써얻어진다. DC 시설은분명히새로운전력공급장치를나타내는경우가아니다. 로렌스버클리국립연구소의보고서의내용자체는 2% 이상의새로운전력공급효율증가를주장하지않는다. 28% 라는수치는또한상용화된 AC UPS 시스템보다 11.2% 가적은효율인 85% 의 AC UPS를전제로한다. 게다가위의진술은시설의총효율수준을감소시키는냉각장치에서의고정손실을설명하지못한다. 위의부적절한가정들로인하여로렌스버클리국립연구소의보고서에 28% 라는수치가나타났으며반면본논문은데이터센터의전력소비에있어 DC 이득이겨우 0.94% 밖에되지않는다는것을밝힌다. 로렌스버클리국립연구소의보고서에인용된계산들이 UPS와전력공급효율에대한적절한값에맞추어조정된다면그보고서의결론은본논문과일치할것이다. 상충되는결과들을주의하시오. 본논문과는상당히다른결론에대해가정상의오류, 관련된효과, 혹은과장된절대계량값을확인해야만한다. 주의사항 96% 초과의 DC UPS 효율 96% 미만의 AC UPS 효율 AC 와 DC 작동방식사이에나타나는 2% 이상의전력공급효율차이 변압기가없는 400/230 V 이외의 AC 배전과비교 제 3 자에의해확증되지않은효율데이터 백분율로환산된전력경로상의전력절약율을초과하는데이터센터의총전력절약율이가능하다는주장 ( 몇몇의고정손실로인해백분율로환산된총절약율은항상전력경로의절약율보다적을것이다.) 배선손실에있어 AC 와 DC 간의상당한차이 ( 배선손실은본질적으로양쪽모두동일하다.) AC 와 DC 조건상의모든각부분에있어가장잘알려진효율들의통합불가능 DC 배전을다른효율향상율혹은 IT 부하감소방식과혼합시키는연구들 특히규모가큰시설에서절대값, 즉달러, 와트, 혹은서버에나타나는절약율 이부정확한가정과분석적왜곡으로인해잘못된결론을내림으로써 DC 배전의장점을과장할가능이있다. 25

26 결론 기존데이터센터의배전시스템에있어상당한손실이존재하며, 새로운데이터센터에서또한가능하다면기존의 데이터센터에서이러한손실을줄이는것은모든데이터센터의운영자들의관심사항이다. 오늘날건설된데이터센터에있어현실적으로 AC 배전을사용하지않을수없다. 이것은보안규정, 배전장치그리 고 380 V DC 입력방식을사용하는 IT 제품이아직존재하지않기때문이다. 대부분의고객들은새로운고효율 AC 설계를할수있으며해야한다. 그리고오늘날초고효율배전을실현시키기위한솔루션이사용가능하다. 향후고객들과판매자들은 DC 방식이 AC 방식에대한현실적인대안이될것인지를고려해야만한다. 올바르게설계된최신고효율 AC 배전시스템이지닌효율은무엇보다도너무높기때문에대안으로제시되는 DC 방식이상당한향상율을가져올여지는거의없다. 이론적인 380 V DC 구조의결과는가능한최선의데이터를사용하여데이터센터의전력소비율을겨우 0.94% 밖에줄이지못한다는것을알게되었다. ( 도표 2 참고 ) 배전시스템에서약 1% 의향상율을얻는게목적이라면, 북미에서는이를이루는가장빠른방법은배전표준을 380 V DC 가아니라 277 V AC 로변환하는것이다. 277 V AC 배전은 380 V DC 와같은효율을낳고, 기존장비와표준을 사용하며, 혼합환경에서사용하기가더용이하고, 거의즉각적으로설치할수있다. 효율증가를조금이라도얻는다면그것은가치가있는일이다. 그러나십년에걸쳐 1% 도되지않는효율증가를위해 IT, 공학, 시설, 그리고전력산업을크게변화시킨다는것은정당한것처럼보이지않는다. 특히전력총소비량에서약 20% 인거의 20배나되는효율증가를데이터센터의냉각시스템개선에집중함으로써얻을수있는가능성이다분히있을때는더욱그러하다. 실제로냉각시스템설계나작동환경을아주조금만이라도조정한다면데이터센터의전력소비에있어많은변화들을야기할수있으며, 이에비하면데이터센터를 AC 방식에서 DC 방식으로변환시킴으로써가능한것들을무시할만하다. 실제로모든일반논문들은로렌스버클리국립연구소의한보고서에서불행히도잘못된진술에의존하고있기때문 에 DC 방식의경우를크게과장하게된다. 본문서는이러한잘못된내용들을설명하고정정한다. 오늘날작동되고있는, 심지어는건설중인데이터센터중, 배전총효율이최적화되지않은데이터센터가많이있다는것은사실이며, 이것은데이터센터가사용하는총전력의 10% 의낭비를초래할것이다. DC 배전방식은이러한낭비에너지를절약하기위해제안되어왔지만, 이의구현에는오랜시간이걸릴수있다. 다행히도실질적으로같은효율이득을얻을수있으면서지금당장구현할수있는, 보다새로운 AC 방식이있다. 데이터의체계적으로검토한결과, DC 배전방식이이문제에대한잘못된해답이라는입장을밝힌다. 26

27 저자소개 Neil Rasmussen는 APC의설립자및최고기술담당이사이다. 또한핵심네트워크에대한전력, 냉각및랙인프라에투자되는세계최대의 R&D 예산에대한기술지침을수립하고있다.Neil은현재고효율의모듈화된확장가능한인프라솔루션에대한연구를주도하고있으며, APC-MGE InfraStruXure 시스템의수석설계자이다. Neil 은 1981 년에 APC 를설립하기전에 MIT 에서 Tokamak Fusion reactor 에대한 200MW 전력공급의분석을연구 해전기공학학사및석사학위를받았다. Neil 은 1979 년부터 1981 년까지 MIT 런던연구소에서플라이휠에너지저 장시스템및대양전력시스템에대한연구를했다. James Spitaels는 APC-MGE의자문엔지니어이다. 그는 Worcester Polytechnic Institute에서전기공학학사및석사학위를받았다. 이회사에서 16년동안근무하면서그는 UPS, 통신제품, 아키텍처및프로토콜, 장비인클로저, 그리고배전제품을개발해왔으며, 복합제품개발팀을관리해왔다. 그는 UPS와전력시스템에대한 4개의 US 특허권을가지고있다. 27

28 관련 APC 백서 #63 데이터센터를위한 AC vs. DC 배전 #113 데이터센터를위한전력효율모델링 #128 개선된고효율배전을이용한데이터센터효율성향상 기타참고문헌 1 Symmetra MW - TÜV Test Report Number _010, September 26, Symmetra PX - TÜV Test Report IS-EGN-MUC/ed, June 12, Smart-UPS VT - TÜV Test Report No _008, November 11, SatCon data from California Energy Commission report. 3 Lawrence Berkeley National Labs report: High Performance Buildings: Data Center Uninterruptible Power Supplies (UPS) December 2005, Figure A. Pratt and P. Kumar, Evaluation of Direct Current Distribution in Data Centers to Improve Energy Efficiency The Data Center Journal, March Netpower Labs Presentation by Stefan Lidstrom, DC Data Center Stakeholders Meeting, organized by Lawrence Berkeley National Labs, July 12, 2007, composite PDF page 31 of 67, slide Lawrence Berkeley National Laboratory: Page 5 of Executive Summary DC Power for Improved Data Center Efficiency January 2007, Table ES Lawrence Berkeley National Laboratory: High Performance Buildings: Data Centers Server Power Supplies December, Sun Microsystems Presentation by Mike Bushue, DC Data Center Stakeholders Meeting, organized by Lawrence Berkeley National Labs, July 12, Hewlett-Packard Presentation by Paul Perez, Uptime Institute Symposium, March 5, Intel Day 2007 presentation, Data Center Energy Efficiency Intel Day by Guy AlLee, Milan Milenkovic, and James Song, June Intel white paper, Air-Cooled High-Performance Data Centers: Case Studies and Best Methods by Doug Garday and Daniel Costello, November Sun Microsystems Presentation by Mike Bushue, DC Data Center Stakeholders Meeting, hosted by Lawrence Berkeley National Labs, July 12, 2007, composite PDF page 19 of 67, slide

29 13 Sun Microsystems Presentation by Mike Bushue, DC Data Center Stakeholders Meeting, hosted by Lawrence Berkeley National Labs, July 12, 2007, composite PDF page 19 of 67, slide Lawrence Berkeley National Laboratory: Page 6 of Executive Summary DC Power for Improved Data Center Efficiency January Lawrence Berkeley National Laboratory: Page 6 of Executive Summary DC Power for Improved Data Center Efficiency January

실험 5

실험 5 실험. OP Amp 의기초회로 Inverting Amplifier OP amp 를이용한아래와같은 inverting amplifier 회로를고려해본다. ( 그림 ) Inverting amplifier 위의회로에서 OP amp의 입력단자는 + 입력단자와동일한그라운드전압, 즉 0V를유지한다. 또한 OP amp 입력단자로흘러들어가는전류는 0 이므로, 저항에흐르는전류는다음과같다.