데이터센터 전원 아키텍처, 중대한 변화 겪는 중

데이터센터 전원 분배 환경은 기존 12V 및 48V DC 아키텍처에서 더 높은 전압의 800V 고전압 직류(HVDC) 시스템으로 전환하며 심오한 변화를 겪고 있습니다. 이러한 중대한 변화는 주로 인공지능(AI) 워크로드의 전력 수요 증가에 의해 주도되며, 기존 저전압 시스템으로는 더 이상 효율적으로 지원할 수 없습니다. 예를 들어, 48V에서 600kW를 제공하려면 12,500암페어의 전류가 필요하며, 이는 비실용적인 양의 구리 케이블과 구성 요소가 필요함을 의미합니다. 분석가들은 48V 시스템을 통해 1MW의 전력을 공급하려면 200kg 이상의 구리가 필요할 수 있으며, 이는 부피 증가와 상당한 에너지 손실로 이어질 수 있다고 지적합니다.

AI 칩 대기업인 엔비디아를 포함한 업계 리더들은 이 새로운 800V HVDC 아키텍처를 개발하고 구현하는 데 앞장서고 있습니다. 이러한 전환은 구리 요구량을 최대 45% 줄이고, 여러 AC-DC 및 DC-DC 변환을 제거하여 에너지 손실을 크게 낮추며, 기존 48V 방식에 비해 전체 전력 효율성을 최대 5배까지 높일 것으로 예상됩니다. 엔비디아의 곧 출시될 Kyber 랙 디자인은 이러한 아키텍처 변화의 전형적인 예로, 기존 54V DC 시스템으로는 달성할 수 없는 1MW 이상의 IT 랙을 지원하는 것을 목표로 합니다.

기술적 기반 및 시장 기회

800V HVDC 아키텍처로의 광범위한 전환은 핵심 기술의 발전과 함께 전력 분배 네트워크 전반에 걸쳐 상당한 성장 기회를 창출하고 있습니다.

  • 고체 변압기 (SST): SST 시장은 연평균 32%의 복합 성장률(CAGR)로 성장하여 2030년까지 거의 10억 달러에 이를 것으로 예상됩니다. 이 부문의 주요 업체로는 이튼, GE 베르노바, 슈나이더 일렉트릭, 지멘스가 있습니다.
  • 하이브리드 슈퍼캐패시터 기술 (HSCs): 플렉스 및 무사시 세이미츠와 같은 회사에서 개발한 HSC는 피크 전력 수요를 관리하고 AI 서버 랙에서 더 높은 전압 수준에서 안정적인 성능을 보장하는 데 필수적인 빠른 에너지 저장 및 방출을 제공합니다. 글로벌 슈퍼캐패시터 시장은 매년 19% 성장하여 2032년까지 96억 달러에 이를 것으로 예상됩니다.
  • 질화갈륨 (GaN) 반도체 칩: GaN 칩은 800V를 AI 프로세서에 적합한 수준으로 낮추는 고효율 DC-DC 컨버터에 필수적이며, 이를 통해 전력 밀도를 높이고 데이터센터의 공간을 제한합니다. GaN 전력 장치 시장은 연간 49%의 견고한 성장률로 2030년까지 44억 달러에 이를 것으로 예상됩니다. 이 분야의 주요 개발업체로는 인피니언, 나비타스, 르네사스, ST 마이크로일렉트로닉스, 이노센스가 있습니다.
  • 실리콘 카바이드 (SiC) 반도체: 고전력, 고전압 애플리케이션에 필수적인 SiC 장치는 데이터센터 벌크 단계에서 점점 더 많이 채택되고 있습니다. 최근 SiC 웨이퍼 생산 과잉으로 인해 가격이 하락했음에도 불구하고(예: 2023년 6인치 SiC 에피택셜 웨이퍼가 25-33% 하락), 이는 역설적으로 SiC의 시장 채택을 가속화하고 잠재력을 확대하고 있습니다. SiC 전력 장치의 글로벌 시장 규모는 2027년 62억 9,700만 달러에 이를 것으로 예상되며, 2023년부터 2028년까지 25%의 CAGR을 보일 것입니다.

전략적 포지셔닝 및 경쟁 환경

엔비디아와 같은 기업들은 이 아키텍처 변화의 최전선에서 전략적으로 위치하여 전체 생태계에 영향을 미치고 있습니다. 그들의 전략은 2027년 대량 생산이 예정된 Kyber 랙 스케일 시스템으로 이러한 전환을 주도하고, 아날로그 디바이스, 인피니언, 나비타스, 온세미컨덕터, ST마이크로일렉트로닉스와 같은 실리콘 공급업체를 포함한 광범위한 산업 파트너 네트워크를 육성하는 것을 포함합니다.

인피니언 테크놀로지스 (IFX)는 AI 데이터센터 전력 기회를 활용하는 데 특히 유리한 위치에 있는 것으로 보입니다. 이 회사의 수직 통합 포트폴리오와 시스템 접근 방식은 800V HVDC 아키텍처에 대한 엔비디아와의 협력과 함께 핵심적인 이점입니다. 인피니언은 300mm GaN 웨이퍼 제조에 12억 달러를 투자할 것을 약속했으며, 2025년에서 2026년 사이에 엔비디아의 Kyber 랙에 800V HVDC 시스템이 본격적으로 배포될 것으로 예상합니다. 이러한 움직임은 인피니언의 2030년까지 23%의 매출 CAGR 예측과 일치합니다.

ST마이크로일렉트로닉스 (STM) 또한 이 진화하는 시장에 적합한 제품을 제공하지만, 시장 점유율 확보를 위한 노력을 가속화해야 한다는 압력을 받고 있습니다. 반대로, 기존 전원 공급 장치 (PSU) 제조업체는 업계가 AC 주전원을 DC로 직접 변환하는 벌크 정류기로 전환함에 따라 상당한 위험에 직면해 있습니다. 이는 랙 장착형 PSU를 제거할 가능성이 있습니다. 플렉스 (FLEX) 및 이튼 (ETN)과 같은 회사들은 플렉스가 개선된 운영 마진을 보고하고 이튼이 데이터센터 백로그를 4,700억 달러로 크게 늘려 213% 증가를 기록하면서 혜택을 받고 있으며, 이는 AI 인프라에 대한 상당한 투자를 반영합니다.

광범위한 시장 영향 및 미래 전망

AI 워크로드의 기하급수적인 성장은 800V DC 아키텍처로의 전환을 위한 주요 촉매제이며, AI 애플리케이션은 2030년까지 데이터센터 전력 수요를 4배로 늘릴 것으로 예상됩니다. 컴퓨팅, 메모리, 네트워킹 및 전력을 포괄하는 데이터센터용 전체 반도체 시장은 2024년 2,090억 달러에서 2030년까지 거의 5,000억 달러로 성장할 것으로 예상되며, 이는 주로 생성형 AI 및 고성능 컴퓨팅에 의해 주도됩니다. 글로벌 데이터센터 전력 수요는 2030년까지 2배 이상 증가하여 약 945테라와트시(TWh)에 이를 것으로 예상되며, 이는 현재 일본의 총 전력 소비량과 비슷한 수치입니다.

이러한 전환은 효율성, 신뢰성 및 시스템 아키텍처 개선을 통해 총 소유 비용(TCO)을 최대 30%까지 절감할 수 있는 등 상당한 경제적 이점을 제공합니다. 그러나 특히 새로운 반도체 기술의 신뢰성과 관련하여 여전히 과제가 남아 있습니다. 전 인피니언 R&D 임원인 Bob Carroll은 미션 크리티컬 데이터센터 환경에서 GaN의 결함 밀도가 여전히 문제라고 지적했습니다. 이러한 환경에서는 단일 구성 요소 오류로 인해 전체 GPU 카드를 교체해야 할 수도 있습니다.

앞으로 800V DC 아키텍처는 2027년 엔비디아의 Kyber 랙 스케일 시스템의 대량 생산과 동시에 초기 채택자 외에 광범위하게 채택되기 시작할 것으로 예상됩니다. 데이터센터의 증가하는 전력 수요는 또한 발전 및 전력망 인프라에 대한 상당한 자본 투자를 필요로 할 것이며, 2030년까지 미국 발전 용량에 500억 달러가 필요할 것으로 추정됩니다. 장기적인 영향에는 데이터센터 효율성 및 지속 가능성 향상이 포함되며, 이러한 새로운 전원 아키텍처에 성공적으로 적응하는 회사, 특히 AI 부문을 서비스하는 회사로 시장 리더십과 수익성을 전환할 가능성이 있습니다.