AI 데이터센터 주변 지표면 평균 2도 상승

대규모 AI 데이터센터(AI 팩토리-Factory)는 예상 이상의 에너지 소비와 환경적 영향을 미치고 있다는 연구 결과가 나왔다.

연구 결과에 따르면, AI 데이터센터(AI Data Center)는 막대한 전력과 물을 소비하며, 주변 지역의 온도를 상승시키는 이른바 ‘데이터 열섬 효과’(data heat island effect)를 일으킨다. 이는 지역 주민들의 삶과 환경에 부정적인 영향을 미칠 수 있으며, 지속 가능한 AI 기술에 대한 논의가 필요성이 강조된다. 또한, 전 세계적으로 데이터센터 건설이 급증하고 있으며, 주요 기술 기업들이 막대한 자본을 투자하고 있다.

AI 데이터센터는 막대한 전력과 물을 소비하기 때문에 일반 ‘서버’보다 더 많은 에너지를 사용한다. 데이터센터 주변 지역의 지표면 온도는 평균 2도, 최대 9도까지 상승되는데, 이를 ‘데이터 열섬 효과’라 한다.

기술 대기업들은 인공지능(AI)을 구동하는 인프라를 구축하기 위해 치열하게 경쟁하고 있다. 하지만 점점 더 많은 증거들이 구글, 아마존, 마이크로소프트(MS)와 같은 대규모 클라우드 서비스 제공업체인 AI 하이퍼스케일러들(AI hyperscalers)이 그 주변 시장도 서서히 뒤흔들고 있음을 시사하고 있다. AI 하이퍼스케일러는 “인공지능 연산을 처리하기 위해 방대한 규모의 데이터센터와 네트워크 인프라를 운영하는 기업”을 말한다.

영국 캠브리지 연구진이 주도한 연구에 따르면, AI 데이터센터 주변 지표면 온도가 평균 섭씨 2도 상승하며, 일부 지역에서는 최대 섭씨 9도까지 상승하는 것으로 나타났다.

* AI 데이터센터는 얼마나 많은 에너지를 사용할까?

생성형 인공지능 오픈AI의 챗지피티(ChatGPT), 구글의 제미나이(Gemini) 또는 앤트로픽의 클로드(Claude)를 사용할 때마다 해당 요청은 24시간 내내 가동되는 특수 컴퓨터로 가득 찬 거대한 시설인 ‘데이터센터’에서 처리된다.

AI 데이터센터는 수천 개의 계산을 병렬로 수행하는 강력한 칩을 사용하며, 대규모 모델을 지속적으로 실행하기 때문에 웹 브라우징에 사용되는 일반 서버보다 훨씬 더 많은 에너지를 소비한다.

국제에너지기구(IEA)에 따르면, 데이터센터는 2024년에 약 415테라와트시(TWh)의 전력을 소비했는데, 이는 전 세계 전력 공급량의 약 1.5%에 해당하며, 지난 5년간 연평균 약 15%씩 증가해 왔다. 이 수치는 2030년까지 거의 두 배에 달하는 945TWh로 증가할 것으로 예상된다.

가장 많은 에너지를 소비하는 시설 중 하나는 하이퍼스케일 데이터센터이다. 이는 주요 기술 기업들이 클라우드 컴퓨팅과 인공지능(AI)을 전 세계적으로 지원하기 위해 구축한 최대 규모의 시설이다. IBM에 따르면, ‘하이퍼스케일 데이터센터’는 일반적으로 최소 5,000대의 서버를 수용하며 최소 930제곱미터(약 277평)의 면적을 차지한다.

하이퍼스케일 데이터센터는 일반적으로 운영(매초 지속적으로)하는데 100~300메가와트의 전력이 필요하며, 이는 수십만 가구에 전력을 공급할 수 있는 양이다.

그 에너지는 엄청난 양의 열(heat)을 발생시키는데, 이 열은 막대한 양의 물을 소비하는 첨단 “액체 냉각 시스템”(liquid cooling systems)을 통해 관리해야 한다.

영국 정부의 ‘디지털 지속가능성 자문 기구’(digital sustainability advisory body) 보고서에 따르면, 100메가와트급 하이퍼스케일 데이터센터 한 곳이 연간 약 25억 리터(6억 6천만 갤런)의 물을 소비할 수 있는데, 이는 80,000명이 1년 동안 필요로 하는 양에 해당한다.

* 세계는 지금 데이터센터 건설 붐

전 세계 AI 데이터센터 건설은 현재 전례 없는 속도로 가속화되고 있으며, 2026년 6월 기준으로 전 세계적으로 11,600개 이상의 데이터센터가 가동될 것으로 예상된다.

대부분의 데이터센터는 미국에 위치해 있으며, 전 세계 데이터센터 위치를 추적하는 크라우드소싱 데이터베이스인 데이터센터 맵에 따르면 ,미국에는 4,300개 이상의 데이터센터가 있다. 미국이 전 세계 데이터센터의 약 37%를 차지하고 있다.

유럽은 영국이 540개 이상의 시설을 보유하며 런던을 중심으로 밀집되어 있는 가운데 두 번째로 큰 허브이며, 그 뒤를 독일(520개 이상)과 프랑스(390개 이상)가 잇고 있다.

아시아 전역에서 중국(360개 이상)과 인도(300개 이상)가 지역을 선도하고 있으며, 동남아시아는 빠르게 확장하고 있으며 데이터 센터 용량 및 클라우드 도입 측면에서 가장 빠르게 성장하는 시장 중 하나이다. 한국에는 현재 운영 중이거나 건설 중인 데이터센터가 약 205개 정도인 것으로 파악되고 있다.

시너지 리서치 그룹(Synergy Research Group)에 따르면, 전 세계 하이퍼스케일 데이터센터 수는 2021년 700개에서 1,297개로 거의 두 배 가까이 증가했다.

* AI 데이터센터는 얼마나 많은 열을 발생시킬까?

영국 케임브리지 대학교, 싱가포르 난양공과대학교 등의 연구진이 수행한 연구에 따르면, AI 데이터센터가 개설된 후 주변 지표면 온도가 평균 2°C(3.6°F) 상승하며, 그 영향은 최대 10km(6마일) 떨어진 곳까지 느껴지는 것으로 나타났다.

이 현상은 ‘도시 열섬 효과’와 유사한데, 인간 활동이 집중된 도시는 주변 농촌 지역보다 더 따뜻해지는 현상이다. 연구진은 NASA 위성 데이터를 사용하여 2004년부터 2024년까지 전 세계 지표면 온도를 측정하고, 이를 전 세계 11,000개 이상의 AI 데이터센터 위치 데이터와 비교분석한 결과라는 것이다.

이 연구는 인구 밀집 지역 외부에 위치한 6,733개 센터를 대상으로, 각 센터가 개장한 후 몇 달 동안의 온도를 동일 위치의 5년 기준 온도와 비교했다. 그랬더니 기온 상승폭은 0.3°C(0.54°F)에서 9.1°C(16.38°F) 사이였다.

이 연구는 데이터센터에서 10km 이내에 거주하는 3억 4천만 명 이상의 사람들이 온도 상승의 영향을 받을 수 있다는 사실을 발견했다. 연구진은 이러한 영향이 “지역 사회와 지역 복지에 상당한 영향을 미친다”며, 환경적으로 지속 가능한 AI에 대한 전 세계적인 논의에 포함되어야 한다고 강조했다.

* 열기(熱氣)를 얼마나 멀리까지 느낄 수 있었나?

대부분의 데이터센터는 인구 밀집 지역에서 떨어진 산업 지역에 위치하지만, 데이터센터에서 발생하는 폐열은 국지적인 ‘데이터 열섬’을 형성할 수 있으며, 연구에 따르면, 이러한 온난화는 최대 10km(6마일) 떨어진 곳에서도 감지될 수 있다고 한다.

그 결과 발생하는 온도 상승은 건강, 에너지 수요 및 전반적인 복지에 영향을 미쳐 인근 지역 사회에 추가적인 부담을 줄 수 있다.

* 2030년까지 5조 3천억 달러(약 8,017조 원) 자본 지출 예상

글로벌 투자은행 골드만삭스는 마이크로소프트, 아마존, 알파벳, 메타 등 4대 하이퍼스케일러 기업의 2025년부터 2030년까지 총 5조 3천억 달러의 자본 지출이 예상된다고 밝혔다.

향후 주요 프로젝트는 다음과 같다.

메타(Meta)의 270억 달러(약 41조 원) 규모 하이페리온 캠퍼스는 루이지애나에 위치해 있다. 마이크로소프트가 위스콘신주에 200억 달러(약 30조 원) 규모의 데이터센터 캠퍼스를 단계적으로 확장하는 계획이다.

또 아마존은 미시시피 데이터센터 인프라에 250억 달러(약 38조 원) 투자. 구글의 프로젝트 스페이드는 미주리주 뉴 플로렌스에 위치한 150억 달러(약 23조 원) 규모의 하이퍼스케일 데이터센터 캠퍼스이다.

텍사스주 아빌린에 위치한 오라클의 스타게이트 프로젝트는 오픈AI 전용으로 설계된 1.2GW에서 2GW에 이르는 대규모 AI 슈퍼클러스터이다.