국내 이동통신 3사가 인공지능 데이터센터(AIDC) 대규모 투자 경쟁에 뛰어든 가운데 향후 수익성 확보 여부에 관심이 쏠린다. 효율적인 전력 운용과 발열 부담을 낮추는 냉각 인프라 구축이 향후 경쟁력을 좌우할 것이란 분석이 나온다.

26일 업계에 따르면, 통신3사는 AI 데이터센터 전력 설비 용량을 2028년까지 약 600MW으로 확장한다. 이는 지난해 10월 기준 추정치(460MW) 보다 약 30% 높은 수준이다. SK텔레콤이 2027년 가동을 목표로 한 울산 AIDC는 장기적으로 40MW에서 1GW 이상까지 확대하겠다는 목표를 제시했다. KT는 매년 최대 100MW 규모의 데이터센터를 구축해 4년 내 500mW까지 전력을 확보할 계획이다. LG유플러스가 내년 오픈 예정인 파주 AIDC는 200MW로 수도권 최대 규모다.

문제는 AIDC 구축에 투입되는 초기 투자 비용이다. AIDC에 탑재하는 고가의 그래픽처리장치(GPU) 서버의 전력 수요는 일반 데이터 센터 서버보다 최대 10배 이상 높은 것으로 알려졌다. 업계에 따르면, CPU 중심의 일반 서버 랙이 7~10KW 수준인 반면 AI 서버 랙은 30~100KW 치솟아 전력 밀도가 높다. 때문에 수전 용량을 확대하고, 변압기 설비를 증설하는 등 대규모 투자가 불가피하다.

특히 효율적인 전력 운용을 위한 냉각 인프라 구축이 수익성을 가를 핵심 변수로 꼽힌다. GPU는 고성능 연산을 수행하며 열을 방출한다. 24시간 중단 없이 가동하기 위해서는 효율적으로 열을 식히는 냉각 기술이 필요한데, 장기적으로 전력비를 절감하는데 핵심적인 역할을 한다.

데이터센터 내 연산 장비에서 열을 제거하는 냉각 기술은 크게 공랭식, 수랭식으로 나뉜다. 공랭식은 찬 공기를 순환시켜 열을 식히는 방식으로 랙당 10~15KW 수준의 저밀도 환경에 적합해 AIDC 활용에는 한계가 있다. 수랭식은 물이나 냉각수를 활용해 열을 식히는 방식인데, 대표 기술인 D2C가 공랭식 대비 냉각 전력 소비를 20~30% 줄일 수 있다. 여기에 차세대 기술로 분류되는 액침냉각 방식이 100KW 이상 초고밀도 환경에 유리하지만 초기 구축 비용이 높은 편이다.

KT는 지난 11월 문을 연 가산 AI 데이터센터에서 AI 연산에 최적화된 액체 냉각 인프라 기술을 선보였다. 고객 수요가 몰리는 수냉식 직접 칩 냉각(D2C) 방식에 집중해 이를 우선 공급할 계획이다. LG유플러스는 지난해 LG전자와 냉각수분배장치(CDU)를 공동 개발해 액체를 활용한 냉각 방식 개발에 집중한다. SK텔레콤은 차세대 냉각 기술을 직접 설계하기 위해 지난해 SK엔무브, 대만 AI 인프라 전문 기업 기가 컴퓨팅과 3자 협약을 맺고 기술 검증을 지속하고 있다.

전력 조달 방식도 변수다. 정부는 AIDC 특별법을 추진하며 전력 연결과 인허가 절차 완화를 검토 중이지만, 원전과 액화천연가스(LNG)를 전력 특례 대상에 포함할지를 두고 부처 간 이견이 이어지고 있다. 업계에선 재생에너지만으로는 24시간 대규모 전력 수요 대응에 한계가 있는 만큼, 발전단가가 낮은 원전과 수요 대응이 빠른 LNG를 함께 활용하는 에너지 믹스를 현실적 대안으로 보고 있다.

업계 관계자는 "AI 데이터센터는 얼마나 안정적으로 전력을 확보하고 효율적으로 운영하느냐가 수익성을 좌우한다"며 "향후 통신 3사의 경쟁력도 전력 조달 능력과 냉각 기술 수준에서 갈릴 것"이라고 말했다.