#차세대 데이터 센터

#AI 인프라

이 기사에 대하여

본 기사는 기술편·제1부의 속편입니다.

여기에서는 실현 가능성 레벨 3에서 4에 위치하며, 10년 단위로 사회 구현이 전망되는 첨단 전원(SMR과 핵융합)과 우주, 양자, 포토닉(Photonic), 성층권, 달 표면과 같은 프론티어(Frontier) 영역의 아키텍처를 기술적으로 상세히 설명합니다.

실현 가능성 레벨의 정의는 다음과 같습니다.

레벨 1: 실제로 운용 중 (사회 구현 단계) - 레벨 2: 2~3년 이내에 실현 가능 (스케일 업(Scale-up) 및 상용 전개 단계)

• 레벨 3: 10년 이내에 실현 가능 (거대 인프라 구축 및 브레이크스루(Breakthrough) 단계)
• 레벨 4: 실현 가능성 연구 중 (프론티어 기술)

10년 이내에 전망되는 기술 (레벨 3)

이 레벨에는 지구의 전력 사정이나 컴퓨팅 패러다임을 근본적으로 바꿀 잠재력을 가지고 있으나, 법적 규제, 인허가, 안전성 확보, 그리고 기초 물리 공학의 관점에서 메가 스케일(Mega-scale)의 사회 구현까지 약 10년이 소요되는 아키텍처가 해당됩니다.

소형 모듈 원자로 (SMR)로 구동되는 데이터 센터

AI용 데이터 센터(이하 DC)의 천문학적인 전력 소비를 충족하는 탄소 중립(Carbon-free) 기저 부하 전원(Base load power)으로서, 하이퍼스케일러(Hyperscaler) 각 기업이 막대한 자금을 투입하고 있는 것이 **소형 모듈 원자로 (SMR)**입니다.

Amazon은 차세대 SMR 개발사인 X-energy에 출자하였고, Google도 SMR로부터의 전력 구매 계약을 발표했습니다. SMR은 공장 환경에서 표준 모듈로서 제조되어 현지에서 조립되기 때문에, 기존의 원자력 발전소보다 훨씬 짧은 공기로 건설이 가능하다고 알려져 있습니다. NuScale사는 77MW 모듈을 최대 12개 유닛 조합하여 924MW의 발전소를 구축할 수 있는 설계를 가지고 있으며, 사고 시 외부 전원 없이 자연 냉각을 지속할 수 있는 수동 안전 시스템을 갖추고 있습니다. TerraPower사의 Natrium 원자로는 345MW의 나트륨 냉각 고속로에 용융염 에너지 저장(Molten salt energy storage)을 결합하여, 피크 시에 500MW까지 출력을 증강할 수 있습니다 [1].

경제성에 대해서는 여러 추산에 따라 양산 효과로 인해 기존 원자력 발전소의 건설비를 밑도는 수준이 전망된다고 하지만, 모두 편차가 큰 추정치입니다. 영국에서는 웨일스에서의 Rolls-Royce제 SMR(470~480MW급)에 대해 정부의 자금 지원 하에 규제 평가의 최종 단계에 진입하였고, 여러 사이트 후보가 특정된 단계로, 2030년대 중반의 송전망 접속을 목표로 하고 있습니다 (2026년 7월 시점에서 건설의 공식 최종 결정에 이르렀다는 정보는 확인되지 않습니다) [2]. 러시아에서는 육상용 SMR인 「RITM-200N (55MWe)」이 야쿠티아에서 건설 중이며, 2028년 운전 개시가 계획되어 있습니다 [3]. 서방 국가에서의 DC를 향한 대규모 상용 급전 모델의 확립은 제도 정비의 관점에서 2030년대 초반에 본격화될 것으로 전망됩니다.

상용 핵융합을 직결하는 데이터 센터

SMR보다 더 앞서 나가는 차세대 에너지로서, 민간 주도의 핵융합 발전 프로젝트가 진행되고 있습니다.

미국의 Helion Energy사는 2023년에 Microsoft와 세계 최초로 간주되는 상용 핵융합 전력 구매 계약을 맺고, 50MW 이상의 전력을 2028년까지 공급할 계획을 발표했습니다. 해당 기업은 워싱턴주 말라가에서 상용 발전소 제1호기인 「Orion」의 건설에 2025년 7월부터 착수하였으며, 2026년 6월에는 방사성 물질을 다루는 시설을 위한 주 인허가(RML 및 RAEL)를 취득했다고 보도되었습니다 [4]. 플라즈마의 지속 안정성이나 플랜트 전체의 에너지 수지(Energy balance)의 상용 레벨 실증 등 미해결된 공학적 과제는 남아 있습니다. 업계 전문가들은 핵융합 전력이 DC의 안정적인 기저 부하로서 진정으로 스케일 업되는 것은 2030년대에 들어서서라고 예측하고 있으며, 본고에서도 실용화 스케일을 고려하여 레벨 3로 분류합니다.

대규모 컨스텔레이션형 우주 데이터 센터

앞서 언급한 수 기 규모의 ODC가 수년 이내에 실증되는 (레벨 2) 한편, 지구의 인프라를 대체하거나 보완할 수 있는 「초대규모 컨스텔레이션 (Constellation)」 구상의 실현은 레벨 3에서 4에 해당합니다.

2026년 1월, SpaceX는 미국 연방통신위원회 (FCC)에 최대 100만 대의 인공위성을 이용한 「SpaceX Orbital Data Center System」의 면허 신청을 진행하였으며, 2026년 2월 FCC 우주국이 이를 수리했음을 공표했습니다. 해당 기업은 태양광 발전을 통한 거의 연속적인 전력 공급과 광통신 링크 (Optical Communication Link)를 활용하는 구상을 제시하고 있으나, 신청서에는 위성의 질량이나 구체적인 하드웨어 사양에 대한 상세 정보가 부족하며 전개 스케줄 또한 명시되지 않았습니다 [5]. Blue Origin 또한 독자적인 위성군 구상을 내놓고 있습니다.

여기서 우주 공간 특유의 **열역학적 한계 (Thermodynamic Limit)**가 스케일 업 (Scale-up)의 거대한 벽이 됩니다. 우주 공간은 공기가 존재하지 않기 때문에 대류 (Convection)나 전도 (Conduction)가 일절 기능하지 않으며, 서버가 발생시킨 열을 방출하는 유일한 수단은 전자기파 (적외선)로서 열을 버리는 「복사 냉각 (Radiative Cooling)」으로 한정됩니다. 복사 냉각의 효율은 물체의 표면적과 온도에 강하게 의존합니다 (슈테판-볼츠만 법칙 (Stefan-Boltzmann Law)) [6].

방열판 (Radiator)의 표면 온도를 섭씨 80도로 유지하고, 태양광을 차광판으로 완전히 차단하여 심우주를 향하게 할 경우, 이 법칙에 따른 개략적인 계산으로는 1제곱미터당 버릴 수 있는 열은 약 800와트 (W)에 그칩니다. 이 조건에 따르면, 소비 전력 10MW급의 중규모 데이터 센터 (DC)를 우주에 구축하는 것만으로도 약 12,600제곱미터의 방열판이 필요하며, 100MW라면 약 126,000제곱미터에 달합니다. 다만, 이는 간이적인 오더 계산 (Order of magnitude calculation)이며, 실제 필요 면적은 방사율 (Emissivity)이나 온도 조건, 차폐 설계에 따라 변동합니다. 즉, 대규모 우주 DC 실현에 있어서 최대 과제는 「계산 능력의 확보」가 아니라 「열을 버리기 위한 광대한 전개 구조물의 공학적 설계」에 있습니다. 소규모 우주 DC는 수시로 발사되어 가겠지만, 완전한 사회 구현은 10년 이상의 시간축을 요할 것입니다.

양자 컴퓨팅 (Quantum Computing) 데이터 센터

양자 DC는 「전력을 더 효율적으로 사용하는 것」이 아니라, 「동일한 문제를 더 적은 계산 단계로 해결하는 것」이라는 패러다임 전환을 의미합니다. 양자 계산이 바꾸는 것은 소비 전력이 아니라 필요한 계산량 그 자체이기 때문입니다.

Q-CTRL사의 소프트웨어 정의 양자 DC 개념은 고전 컴퓨터 (Classical Computer)와 양자 프로세서 (Quantum Processor)를 동적으로 통합하는 하이브리드 아키텍처 (Hybrid Architecture)를 제안하고 있습니다 [7]. IonQ와 QuEra는 상온 동작이 가능한 이온 트랩 (Ion Trap)형이나 중성 원자 (Neutral Atom)형 양자 컴퓨터에 대해 클라우드 경유의 상업적 제공을 이미 시작했으나, 이는 대규모 양자 DC로서의 본격적인 상업화가 아니라 클라우드 액세스 (Cloud Access)의 확대 단계에 머물러 있습니다.

이론적으로 양자 DC가 실용화될 경우, AI/ML의 학습 비용이나 최적화 문제에서 기존 대비 차원이 다른 효율 향상이 기대된다는 연구가 있습니다. 다만, 이는 연구나 시뮬레이션에 기반한 추산치이며, 실증 단계에서 안정적으로 달성된 성능은 아닙니다. 주요 과제는 양자 오류 정정 (Quantum Error Correction), 결맞음 시간 (Decoherence Time)의 짧음, 그리고 스케일 업 (Scale-up)입니다.

또한, 현재와 같이 AI의 학습 및 추론 모델이 수시로 업데이트되는 환경하에서는 GPU가 개발자의 학습 비용 측면에서도 유리할 것입니다.

포토닉 (Photonic, 광) 컴퓨팅 데이터 센터

전자의 대신 광자로 신호를 전송하거나 처리하는 광 컴퓨팅 (Photonic Computing)은 구리 배선의 저항 가열 (Resistive Heating)을 원리적으로 저감할 수 있는 기술입니다.

Lightmatter사와 Ayar Labs사가 실리콘 포토닉스 (Silicon Photonics)를 이용한 칩 간 광 인터커넥트 (Optical Interconnect)의 실용화를 추진하고 있다고 알려져 있으나, 본고 집필 시점에서 개별 상용화 계획에 관한 1차 정보의 확인은 제한적이므로 업계의 일반적인 방향성으로서 소개하는 데 그칩니다 [8]. 포토닉 DC에는 「DC 전체를 광으로 구성하는」 최종 형태와, 「인터커넥트 층만을 광으로 교체하는」 단계적 이행이라는 두 가지 경로가 있습니다. 후자에 대해 2027년부터 2030년경에 상업적 규모로 실현될 것이라는 전망을 보이는 관계자도 있으나, 이는 예측의 범주를 벗어나지 않습니다.

고고도 플랫폼 (HAPS) 데이터 센터

성층권 (고도 약 20km)에 태양광 발전형 플랫폼을 띄우고, 그 위에 컴퓨팅 리소스를 탑재하는 컨셉이 연구 단계에서 구체화되고 있습니다.

어떤 연구에서는 고고도 플랫폼 시스템(HAPS)이 데이터 센터(DC)의 냉각 수요를 21% 절감할 수 있다고 추산하고 있습니다. 또 다른 연구에서는 외기 온도 영하 50도의 환경에서 양자 컴퓨터(Quantum Computer)의 안정적인 동작을 통해, 지상과 비교하여 30% 더 많은 큐비트(Qubit)를 확보할 수 있다고 추산합니다. 다만, 이러한 퍼센트 수치는 모두 특정 논문의 전제 조건에 의존한 추산치이며 실증값은 아닙니다[9]. 주요 기술적 과제는 기체의 적재 중량 제한, 성층권의 풍속 및 대기 전기 현상에 대한 대응, 전력의 지상 전송, 그리고 국제 영공 규제입니다.

실현성 연구 중인 기술 (레벨 4)

기존 기술의 연장선이 아니라, DC의 기반이 되는 물리적 패러다임을 근본적으로 바꾸기 위한 기초 연구 및 개념 증명(PoC)이 진행되고 있는 영역입니다.

초임계 지열 시스템 (SHR)

지열 발전의 프론티어로서 연구가 진행되고 있는 것이 초고온 암체(Superhot Rock, 이하 SHR)를 이용한 초임계 지열 시스템입니다.

현재의 EGS(Enhanced Geothermal Systems)가 섭씨 200도 전후의 열원을 이용하는 것에 반해, SHR은 더욱 심부(46km)를 굴착하여 물이 액체와 기체의 경계를 넘어서는 '초임계 상태(섭씨 375500도 정도)'가 되는 극한 환경을 목표로 합니다. 연구에 따르면, 시추공당 에너지 출력은 현재 EGS의 37배에 달할 수 있다고 합니다. 뉴질랜드 정부는 Earth Sciences New Zealand(구 GNS Science)가 주도하는 'GeoShot NZ' 프로젝트에 5,500만6,000만 NZ 달러를 투자하여, 타우포 화산대의 로토카와 지열 지대에서 시험정 굴착 설계를 진행하고 있습니다[10]. 고압과 고온을 견디는 소재 공학의 관점에서, 상용화 단계는 실현성 연구 중에 위치합니다.

또한, 단일 모듈로 수십 MW의 소비 전력을 갖는 초거대 우주 DC의 구축도 열 방사의 물리적 제약으로 인해 현재는 이 단계에 머물러 있습니다. 이를 해결하기 위한 차세대 기술로서, 우주 공간에서의 액침 냉각(Immersion Cooling) 기술의 응용이나, 열을 마이크로파 또는 레이저로 변환하여 전송하는 기술(Energy Beaming) 등 기초 물리학 영역에서의 실현성 연구가 진행되고 있습니다.

달 표면과 심우주의 데이터 센터

달 표면의 용암 튜브(고대 화산 활동으로 형성된 지하 공동)를 이용하는 DC는 방사선 차폐, 안정적인 온도, 외부 환경으로부터의 격리라는 측면에서 우주 환경 중 가장 현실적인 후보 중 하나입니다.

Lonestar Data Holdings는 2022년부터 달 용암 튜브 내에 DC를 설치할 계획을 발표했으며, 사업자의 로드맵에 따르면 단계적인 데이터 저장 용량 데모를 목표로 내걸고 있습니다[11]. 이것들은 모두 사업자 발표에 기반한 미래 목표이며, 실현 전의 계획치입니다. 주요 기술적 과제는 발사 비용, 왕복 1.3초를 초과하는 통신 지연, 수리 및 교체의 어려움, 그리고 달의 밤(약 14일간) 동안의 전력 공급입니다. 아카이브나 백업, 장기 보존 용도에 특화된 유스케이스가 첫 번째 상용화 경로가 될 것으로 보입니다.

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제3부에서는 변동하는 재생 에너지를 DC의 기저 부하(Base Load)로 변환하는 장주기 에너지 저장(LDES) 기술 9종을 비교 평가합니다.

👉 제3부: 에너지 저장 기술 (https://zenn.dev/ext_ta1/articles/dc-architecture-3-storage)

각주

본고는 2026년 6월부터 7월 시점의 공개 정보에 기반한 분석입니다. 기술적 사실은 각 각주의 1차 자료(공식 발표, 업계 보도, 학술 문헌)와 그에 기반한 계산에 의거하고 있습니다. 다만, 기업의 목표 시기(Helion의 2028년 등)는 변동될 수 있다는 점, 우주 DC의 방열 면적 등의 수치는 오더 계산(Order of magnitude calculation)으로서 전제 조건에 따라 달라질 수 있다는 점, 실현성 레벨의 분류 자체는 필자의 정리라는 점을 확정도가 다른 부분으로서 덧붙입니다. 각 프로젝트의 진척은 급격히 변화할 수 있으므로 최신 정보로 재확인할 것을 권장합니다.

NuScale・TerraPower SMR: Introl Blog (https://introl.com/blog/smr-nuclear-power-ai-data-centers-2025). NuScale사의 설계는 사고 시 외부 전원이나 인적 조작 없이 최장 7일간의 자연 냉각을 지속할 수 있다고 알려져 있음 (동사 공표 자료에 기반한 업계 보도). ↩︎

영국 Rolls-Royce SMR: Introl Blog (https://introl.com/blog/smr-nuclear-power-ai-data-centers-2025)에 따르면, 2025년에 규제 평가의 최종 단계로 진입하며, 4개 사이트가 특정되었고 정부 자금 2.8억 파운드가 투입되었다. ↩︎

• RITM-200N: World Nuclear News(https://www.world-nuclear-news.org/Articles/Licence-issued-for-Russia-s-first-land-based-SMR)와 Nuclear Engineering International(https://www.neimagazine.com/analysis/russia-bets-big-on-small-reactors-11673678/) 참고. ↩︎

• Helion Energy・Orion: Helion Energy 공식 사이트(https://www.helionenergy.com/orion)와 World Nuclear News(https://www.world-nuclear-news.org/articles/helion-begins-work-on-fusion-power-plant) 참고. ↩︎

• SpaceX Orbital Data Center System: Data Center Dynamics(https://www.datacenterdynamics.com/en/news/spacex-files-for-million-satellite-orbital-ai-data-center-megaconstellation/)와 FCC 공식 문서 DA 26-113(https://www.fcc.gov/document/sb-accepts-filing-spacexs-application-orbital-data-centers) 참고. ↩︎

• 슈테판＝볼츠만 법칙은, 흑체가 단위 면적당 방출하는 에너지가 절대 온도 4제곱에 비례한다는 물리 법칙이다. 본문의 방열판 추정치는 방사율을 1에 가깝게 이상적인 값으로 가정하고 심우주 쪽 배경 복사를 무시한 근사치이며, 실제 장비에서는 이보다 성능이 떨어질 것이다. ↩︎

• Q-CTRL 소프트웨어 정의 양자 데이터 센터: Q-CTRL 공식 사이트(https://q-ctrl.com/topics/the-software-defined-quantum-data-center) 참고 (문서 제공처에서). ↩︎

• Lightmatter와 Ayar Labs의 광 컴퓨팅 기술은 실제 기업과 제품이지만, 본고 작성 시점에서의 상용화 계획에 대해서는 일차 정보를 확인할 수 없다. ↩︎

• HAPS DC 추정치: Securities.io 기사(https://www.securities.io/stratospheric-quantum-data-centers-the-next-cloud/)와 arXiv 논문 'Data Center-Enabled High Altitude Platforms'(https://arxiv.org/abs/2305.04878v1) 참고 (둘 다 문서 제공처에서). ↩︎

• GNS Science／Earth Sciences New Zealand・GeoShot NZ: GNS Science 공식 기사(https://www.gns.cri.nz/news/is-the-superhot-energy-solution-beneath-our-feet/)와 뉴질랜드 정부 Grow Regions(https://www.growregions.govt.nz/new-funding/regional-infrastructure-fund/superhot-geothermal) 참고. ↩︎

• Lonestar Data Holdings: The Register(https://www.theregister.com/on-prem/2022/05/21/lonestar-plans-to-put-datacenters-in-the-moons-lava-tubes/) 참고 (문서 제공처에서). ↩︎

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