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개요
2007년 12월 일본 경제산업성은 지구온난화 문제에 대처하기 위한 방법으로, 아마리 아키라(甘利明) 대신의 주최로 전자정보 분야 산업계 리더들과 함께 그린 IT 이니셔티브(Initiative) 회의를 개최했다. 이에 따라 산업계는 학계의 협력을 받아 당시 마치다(町田) 전자정보기술산업협력회 회장을 회장으로 하는 그린 IT 추진협의회를 2008년 2월에 발족하여 산·학·관의 큰 방향성과 추진 방향을 계획했다.
한편 경제산업성이 2008년도부터 5년간 ‘그린 IT 프로젝트’로 그린 IT기술 연구를 중핵으로 한 개발을 기획함으로써 신에너지·산업기술종합개발기구(이하 NEDO)가 산학계와 지혜를 모아 연구 개발을 진행하고 있다. 이번 장에서는 NEDO에 의한 그린 IT 프로젝트의 개요를 보고함과 동시에 향후 추진 계획에 대해 정리했다.
그린 IT 이니셔티브 회의와 프로젝트
이니셔티브 회의에서는 지구온난화 문제에 대응하기 위해서는 IT의 역할이 상당히 중요하다는 인식 아래‘환경보호와 경제성장이 양립되는 사회 ’구축을 위해 두 가지 나아갈 방향을 표명했다. ‘IT의 에너지 절감’과‘IT를 활용한 에너지 절감’이다.
에너지 절감을 실현하기 위해서는 IT기술 활용이 꼭 필요하며, 특히‘Cool Earth - 에너지 혁신 기술계획’에서 채택된 HEMS, BEMS 등의 에너지 매니지먼트 기술, 고도의 도로 교통시스템(ITS) 등에 있어서는 핵심 기술이 된다. 한편 이런 IT화 자체가 소위 에너지 문제, 나아가서는 환경문제의 큰 원인이라는 지적도 있다. 이것을 미리 예측하여 조금이라도 그 대책에 맞춰 해결하려는 것이 상기의 ‘IT에너지 절감’이다.
‘IT 에너지 절감’은 꼭 필요하지만, 광범위하고 시대에 맞춰 크게 변화한다. 경제산업성과 NEDO는 먼저 IT 에너지 절감 해결을 위한 실마리로 크게 3개의 기술 과제를 채택하여 2008년부터 추진하고 있으며 2009년부터는 과제를 더욱 명확히 하여 확대 · 추진 할 예정이다.
2008년의 기술 과제는 다음과 같다.
① 그린 네트워크 시스템 기술 연구 개발
② 차세대대형유기EL 디스플레이기반기술개발
③ 초고밀도 나노 비트 자기 기록 기술 개발
여기서 ①은 데이터센터, 네트워크 시스템 전체를 파악하여 발본적인 에너지 절감을 이룰 수 있도록한다. ②와 ③은 늘어나는 IT기기의 에너지 삭감에 이바지하는 선진 기술 개발을 목적으로 한다.
한편 2009년 이후에 구체화되는 기술 과제로는 다음과 같은 것이 있다.
④ 최고의 에너지 절감을 실현하는 광화(光化), 모든 것이 솔리드스테이트(Solid-State)화된 컴퓨터 아키텍처(Computer Architecture) 기술 개발
⑤ 공급 신뢰도와 에너지 절감에 있어 비약적인 향상 및 혁신을 가져오는 전원 시스템 기술 개발
⑥ DC화된 에너지 절감형 사회 인프라 연구 개발(DC 개발과 DC 가전, DC 정보 기기의 통합 등)
⑦ 휴대전화로 대표되는 고속 통신망과 마이크로맨머신(Micro Man-Machine), 멀티 코어 프로세서 기술, 배터리 백업 기술
앞으로도 에너지 절감을 위한 기술 과제는 계속 발표되어 정리, 전략적으로 통합·구체화되리라 전망된다.
그린 IT 프로젝트
1. 그린 네트워크 시스템 기술 연구 개발
이 장에서는 그린 네트워크 시스템 기술 연구 개발을 중심으로 설명한다.(<그림 1> 참조) 그림과 같이 IT 사회에 있어 중심이 되는 것은 데이터센터, 각 기업 내 서버룸(각 가정에서도 서버가 설치된다)과 그것을 결합하는 네트워크다. <그림 2>와 같이 인터넷 내 정보 유통량은 2006년을 기점으로 하면 2025년에는 약 200배가 되어 고기능화 등의 기술 진전을 고려한다고 해도, 이것을 지탱하는 IT기기에 의한 소비전력량은 <그림 3>과 같이 2025년에는 2006년에 비해 5배, 2050년에는 무려 12배가 될 것으로 추정된다. 따라서 지금부터 에너지 절감을 위한 기술을 개발하여 향후 증가를 조금씩이라도 지탱할 수 있도록 한다.
이 연구에 있어서는 우선‘에너지 이용 최적화 데이터센터 기반 기술’과‘혁신적 에너지 절감 네트워크 라우터(Router) 기술’로 크게 둘로 나누어 추진한다.
2. 에너지 이용 최적화 데이터센터 기반 기술
앞서 언급한 연구 개발 중 우선 에너지 이용 최적화 데이터센터 기반 기술을‘데이터서버의 최적 구성과 진화하는 아키텍처 개발’, ‘최적 발열(拔熱)방식 검토와 시스템 구성 개발’,‘ 데이터센터의 전원 시스템과 최적 직류화 기술 개발’,‘ 데이터센터의 모델 설계와 종합 평가’4항목으로 나눠 설명한다. <그림 4>는 이러한 에너지 이용 최적화 데이터센터 기반 기술을 나타냈다.
⑴ 데이터서버의 최적 구성과 진화하는 아키텍처 개발
광화(光化)는 멈추지 않으며 그 영향은 아직 미지의 것이 많다고 알려져 있다. 예를 들어 NEDO 에너지 절감 기술 개발부에서 에너지 사용 합리화 기술 전략적 개발의 1테마인‘에너지 절감 초고속 인터커넥트(Interconnect)를 실현하는 광도파로(光導波걟) 기술’의 연구 개발(일본 IBM 2005년~2007년) 성과에서는 빛을 사용하는 부분은 전기 · 빛의 변환에 의한 소실을 포함해도 1/2이 된다는 보고가 있다.
여기에는 보드 내, 보드 사이, CPU와 스토레지(Storage) 사이 등에서 멈추지 않고 에너지 절감 측면에서 컴퓨터 아키텍처를 의논·창조하여 스토레지의 솔리드스테이트화 등 에너지 절감 관련 기술추이와 함께, 가까운 미래에서 먼 미래까지 여러 가지 단계의 아키텍처를 상정한다. 이 중에는 단기~장기에 걸친 기술 과제를 정리하여 구현화한 것도 있다. 2008년에는 기술 동향 조사 및 중요한 개별요소인 스토레지의 에너지 절감 기술 개발에 착수 할 계획이다.
⑵ 최적 발열(拔熱) 방식 검토와 시스템 구성 개발
반도체 소자의 고기능화에 따른 미세화 때문에 전력 집중은 피해야 하므로, 기능 유지를 위해서는 집중 전력 소비 즉, 열을 제거할 필요가 있다.
여기에는 간단한 열 설계 기술뿐 아니라 소자, 기판 제조 기술, 반(盤)·광체(筐體) 설계 및 제조 기술 등 제조업체의 노하우를 포함한 기술 검토가 필요하다. 또한 국소적으로 발생한 열을 최종적으로 밖으로 방출하지 않고 재이용하는 등 열의 효율적인 이송(移送) 기술, 혁신적인 재이용 기술 등도 기대된다.
⑶ 데이터센터의 전원 시스템과 최적 직류화 기술 개발
지금까지 컴퓨터용 전원은 신뢰성 시대에서 코스트를 최우선으로 하는 시대가 됐다고 할 정도의 상황이다. 그 때문에 혁신적인 기술 개발을 방해하고 지금과 같이 방대한 전력소비를 두렵게 하는 한 가지 원인이 되고 있다.
한편 통신업계에서는 높은 신뢰성을 위해 -48V직류 인프라를 구축했지만 여전히 닫혀 있는 세계였다. 그런데 지금에 와서는 통신과 컴퓨터의 융합이 진행되고 최종 전력 소비에서는 기본적으로 직류이기 때문에 전원 시스템 직류화에 대한 논의가 활발해지고 있다. 또한 대전력이 요구되면 고압으로 하여 송전에 관계된 손실을 막겠다는 기대감과 기기 코스트 균형에 대한 논의가 이루어지고 있다. 전원은 ⑴항의 아키텍처와는 떼려야 뗄 수 없는 관계이므로 같이 검토해 봐야 한다.
또한 혁신 기술의 도입도 기대되고 있다. 혁신 기술의 예로는 NEDO 에너지 절감 기술 개발부가 에너지 사용 합리화 기술 전략적 개발의 1테마인‘정보통신기기용 저손실 전원기반기술 개발(산업 기술종합연구소 2006년~2008년)’에서 차세대 소자 가능성을 논의하고 있는 것을 들 수 있다. 이것을 사용해 스마트 전원, 수요 측과 통신하면서 손실을 최소한도로 지탱하는 구조 등이 연구되고 있다. 또한 고압, 대전력용으로는 차세대 디바이스로, SiC를 사용해 소자 개발도 기대되고 있다.
⑷ 데이터센터의 모델 설계와 종합 평가
앞의 ⑴항에서부터 ⑶항까지를 종합하여 최종적으로 데이터센터 모델 설계와 종합 평가한다. 이를 테면 단기적, 장기적인 두 개의 세대 모델 데이터 서버와 주변 장치 및 전원을 시험 제작하고, 이런 가상적 운용에 기초한 전력 소비를 기본으로 데이터센터의 소비전력을 산정 평가하여 향후 5년간 ‘그린 IT 프로젝트’목표인 에너지 30% 절감을 실증한다. 또한 장기적인 모델로는 그 성능비 등도 고려하여 폭넓은 에너지 절감성에 대해 논의할 예정이다.
현재 PUE(Power Usage Effectiveness)로 불리는 목표 즉‘데이터센터 전체의 에너지 소비량/IT 장치의 에너지 소비량’이 해외에서 논의되고 있지만, 에너지 절감의 본질은 이처럼 단순히 하나의 목표로 나타낼 것은 아니다. 예를 들어 고성능인 데다 낮은 발열량의 데이터 서버로 리뉴얼하는 순간 냉방 고정부하 때문에 PUE는 나빠진다. 성능 지표, 처리 성능, 보증 정지 시간 등의 전원계를 포함한 신뢰성 및 전력소비, 외부로의 방출, 열의 재이용 등을 포함하는 환경 평가 지표, 위치와 점유 면적 · 체적 등 그 검토 과제는 광범위하고 심도 깊을 것으로 생각된다.
3. 혁신적인 에너지 절감 네트워크 라우터(Router) 기술
이 장에서는 ‘IT사회를 전망한 정보 흐름과 정보량 조사 연구’ , ‘ 정보의 다이내믹한 흐름 측정과 분석 툴 및 에너지 절감형 라우터 기술 개발’ , ‘ 사회 인프라로서의 네트워크 모델 설계와 종합 평가’이 세 가지 요소에 대해 설명한다. <그림 5>에는 혁신적인 에너지 절감 네트워크 라우터 기술에 대해 나타냈다.
⑴ IT사회를 전망한 정보 흐름과 정보량 조사 연구
이것은 사회생활을 배경으로 중·장기적인 네트워크 이용 형태 및 정보량을 예측하여 차세대와 그 다음 세대에 있어야 할 네트워크 시스템, 기기, 구성에 대한 요소 사양을 조사 검토한다.
슈퍼 하이비전 클래스(Super High-Vision Class)의 영상 정보 배신(配信), 콘텐츠 배신과 리얼타임 처리와의 관계 등 어느 정도 미래를 전망하는 요소사양에서부터 향후 연구 과제의 정리와 양방성까지 논의한다.
⑵ 정보의 다이내믹한 흐름 측정과 분석 툴 및 에너지 절감형 라우터 기술 개발
트래픽량에 맞춰 동적(動的)으로 네트워크 라우터 성능 증감에 꼭 필요한 네트워크상을 유통하는 정보량 다이내믹한 관측, 예측 기술과 함께 전송 성능 제어 기술을 확립하기 위해 다음과 같은 요소 기술을 개발한다.
① 트래픽 관측·예측·최적 성능 예측 기술
라우터 입·출력 트래픽량, 네트워크 트래픽량을 동적·고속으로 관측하는 기술, 관측 트래픽량에 기초하여 네트워크 라우터의 트래픽량을 동적·고속으로 예측하는 기술, 예측 트래픽량에 기초하여 라우터의 최적 운송 성능을 예측하는 기술 등
② 전력 가시화 기술
네트워크, 라우터 소비전력의 리얼타임, 애버리지, 피크 등의 정보 취득 정보, 서버 라우터간 인터페이스 기술, 유저 인터페이스 기술 등
③ 데이터 유량 적응형 성능 제어 기술
여러 대의 엔진을 준비하여 엔진 성능을 다단계로 증감하는 기술로, 전력 절감 모드를 실현하는 멀티 엔진의 라우터 아키텍처, 회로 기술, 성능 증감에 기인한 통신 품질 노화를 방지하는 통신품질확보기술등 2008년부터는 <그림 6>과 같이, 현재 일정하게 전력소비되는 라우터에 있어 필요한 트래픽량에 대해 충분한 전송 성능을 확보함으로써 결과적으로 소비전력이 최소가 되도록 억제 기술과 통신 품질 노화가 없는라우터개발에착수한다.
⑶ 사회 인프라로서의 네트워크 모델 설계와 종합 평가
사회 인프라로서의 혁신적인 에너지 절감 네트워크 라우터 시스템의 실현 가능성과 유효성을 평가, 확인하기 위해서는 아래의 요소 기술 개발 및 토털 네트워크 라우터 시스템으로서의 기술 종합 평가를 실행한다.
① 전력 최적화 네트워크 아키텍처 기술
네트워크 토폴로지 대책, 시스템 구성 기기의 기능 분담 최적화 검토, 네트워크 라우터 시스템모델설계등
② 네트워크 소비 전력 종합 평가
네트워크 라우터 시스템의 평가 모델 개발, 부하 변동에 대한 네트워크 라우터 시스템의 소비전력 계측, 에너지 절감 효과 평가 등
4. 초(超)고밀도나노비트자기(磁氣) 기록기술개발
‘그린 IT 프로젝트’에서는 IT기기의 주목 디바이스로 자기 기록 장치를 채택하여, 초대용량 스토리지 디바이스 실현을 위해 혁신적인 고밀도 자기 기록 방식에 관한 기술개발을행하기로했다. 초대용량기록(기록 밀도 : 5Tb/inch2, 현행 25배 이상)과 초(超)전력 절감동작을 양립하여, 소비전력0.3W/Tb(현행3.5인치 HDD에 대해 1/50) 이하를목표로하는 연구개발이다.
5. 차세대 대형 유기 EL 디스플레이 기반 기술
저소비 전력에 대형인 유기 EL 디스플레이의 혁신적인 제조 프로세스 기반 기술을 확립함으로써 40인치(풀 하이비전)로 소비전력 40W의 유기 EL디스플레이 실현을 목표로 한다. 이를 위해 산 · 관 · 학이 제휴하여 저손실 대면적 전극 형성 기술 및 대면적 투명 봉지(封止) 기술, 유기 제막의 연구개발을 실행한다.
마무리
‘그린 IT 프로젝트’를 <표 1>로 정리해 보았다.
그린 IT 이니셔티브 회의와 프로젝트에서 표명한 현재 검토 과제, 연구 진보에 따른 과제 재검토, 향후 제안될 혁신 기술 등이 있다. 이 분야는 지금으로부터 10년 전에는 상상도 할 수 없었던 기술이다.
현재 논의되고 있는 광화, 전원, DC 가전, 멀티코어 프로세스 등이 앞으로는 어떤 모습을 보여 줄 것인가 매우 흥미로운 한편, 향후 사회를 지탱하기 위해서 발전시켜야 한다는 책임감을 통감한다.
<Energy News>
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