새로운 전력 변환 시스템이 막대한 전기를 소모하는 데이터 센터 전력 비용을 크게 절감 할 수 있다.

프린스턴대(Princeton university)와 MIT 연구원은 전력 변환기(power converter)라고 불리는 주요 전자 부품을 재설계해 데이터 센터의 에너지 효율을 높이고 유지 보수를 용이하게하는 방법을 발견했다.

전력 변환기는 개별 컴퓨터 부품의 필요에 맞게 전기의 흐름을 변경한다. 모든 컴퓨터는 전력 공급을 위해 변환기가 필요하다. 연구원들은 특히 전기 소요가 많은 데이터 센터 컴퓨터에 집중하고 있다.

IEEE(IEEE Transactions on Power Electronics)에서 올해와 지난 해 발표 한 논문에서 연구자들은 에너지 효율성을 높이면서 크기를 줄이는 전력 변환기를 설계하는 새로운 접근법 두 가지를 설명한다.

이 두 논문의 주 저자인 민재 첸(Minjie Chen) 프린스턴대 교수(전기공학)는 “데이터 센터에 전력을 공급하기 위해 생산되는 1킬로와트의 전기는 여러번의 변환 단계를 거친다”며 “단계를 줄여 효율성을 높이고 크기를 줄이면 데이터 센터가 더 작고 강력해질 수 있다. 동시에 동일한 수요에 대해 전기 사용량이 적어진다”고 말했다.

현재 변환기는 단일 스테이지 또는 다중 스테이지 중 하나이다. 단일 단계 버전은 저렴하지만 덜 정교하며 데이터 센터와 같은 고성능 시스템에는 사용할 수 없다. 멀티스테이지 컨버터(multi-stage converter)는 더 나은 성능을 제공하지만 복잡성으로 인해 더 많은 비용과 노력이 들게된다.

첸의 접근 방식은 두 버전을 통합, 병합된 멀티스테이지 변환기라는 새로운 유형이다. 새로운 접근법은 멀티스테이지 컨버터의 성능을 유지하지만 비용이 적게 들고 에너지 효율이 높다. 이 방법은 재구성 가능한 부품을 갖춘 모듈식 설계 방법을 사용한다. 이전 버전보다 컨버터가 물리적으로 더 작고 전자적으로 더 정교해질 수 있다.

이를 활용하면 데이터 센터는 주어진 공간에서 서버 수를 3 배가지 확대할 수 있다. 연구원들은 그들의 기술이 상용 장비에 비해 낭비되는 에너지를 25% 줄여 줄 것이라고 추정했다. 데이터 센터에서 제안된 시스템을 광범위하게 채택하면 미국 전기 소비량을 매년 5억 달러 이상 절약 할 수 있다. 화석 연료 소비 측면에서 볼 때, 같은 수치는 매년 도로에서 1백 만대의 자동차를 탈 수 있는 것과 같다.

연구는 아직 실험실 단계다. 실제 비즈니스에 적용하려면 엔지니어가 이 기술에 사용된 고유한 설계 및 제어 방법을 기반으로 새로운 도구 및 개념 세트를 배워야 한다. 첸은 “우리의 설계 방법은 기업이 잘 알고 있는 것과는 크게 다르다”고 말한다.

장기 목표는 전력 관리 방식에 많은 유연성을 허용하는 하드웨어 제작이다. 첸은 태양 전지 패널, 서버 팜 또는 전기 자동차 용으로 다시 프로그램 할 수있는 단일 장치형태의 소프트웨어를 사용해 프로그래밍 할 수 있는 전력 변환기를 목표하고 있다.

이 논문에 참여한 다른 연구자는 콜로라도대 쿠람 아프리디(Khurram Afridi, 현재 Cornell University); 텍사스인스트루먼트(Texas Instruments)의 솜부타 차크라보티(Sombuddha Chakraborty), MIT 데이비드 페럴트(David Perreault) 등이다. 두 논문은 각각 2017년과 2018 년에 ‘IEEE Power Electronics Society’에서 1위와 2위를 수상을 했다.