우주 데이터센터, 꿈인가 현실인가

22% - 2028년 미국 가정의 전력을 AI가 쓴다

AI 붐이 만들어낸 숫자다. 2028년까지 AI 서버만으로 미국 전체 가정의 22%에 해당하는 전력을 소비할 것이라는 전망이 나왔다. 전력 요금은 오를 수밖에 없고, 발전소는 더 필요하고, 지구온난화는 가속화된다.

물 문제도 심각하다. 고성능 AI 칩은 너무 뜨거워서 공기 냉각으로는 한계가 있다. 새로운 데이터센터들은 물 냉각으로 방향을 틀고 있는데, 가장 효율적인 방법은 물을 증발시키는 것이다. 대형 데이터센터 하나가 하루에 수백만 갤런의 물을 소비한다. 지역 물 공급이 바닥날 지경이다.

마을 주민들의 반발, 그리고 우주라는 대안

당연히 지역 주민들은 반발한다. "우리 동네는 안 된다"는 님비(NIMBY) 현상이 확산되면서, 이제는 "지구 어디에도 안 된다"는 놈피(NOMPY) 상황으로 번지고 있다.

그래서 나온 아이디어가 우주 데이터센터다. 논리는 간단해 보인다. 우주에서는 24시간 태양광 발전이 가능하고, 극저온 환경에서 냉각 문제도 해결된다. 궤도상에서 무거운 연산을 처리하고 결과만 지구로 전송하면 된다는 것이다.

구글 AI에게 물어보면 "네, 우주에 데이터센터를 건설할 수 있습니다"라고 답한다. 하지만 정말 그럴까?

물리학이 말하는 우주의 진실

에너지 보존 법칙을 보자. 시스템에 들어가는 에너지는 시스템이 저장하는 에너지와 나가는 에너지의 합과 같다. 데스크톱 PC로 예를 들면, 300와트 전원 공급장치가 있다면 결국 그 300와트가 모두 열로 변환되어 방 밖으로 나간다. 컴퓨터는 본질적으로 게임도 하는 300와트 전기히터인 셈이다.

지구에서는 팬이 뜨거운 공기를 밖으로 내보내는 전도 냉각이 가능하다. 하지만 우주에서는 공기가 없다. 팬이 돌아봐야 소용없다. 유일한 냉각 방법은 복사를 통한 열 전달뿐이다.

여기서 많은 사람들이 착각한다. 우주는 '차갑지' 않다. 온도는 분자 운동의 척도인데, 우주는 거의 진공 상태다. 진동할 분자가 없으니 온도라는 개념 자체가 성립하지 않는다. 그리고 복사를 통한 열 전달은 전도보다 훨씬 비효율적이다.

스테판-볼츠만 법칙이 보여주는 현실

물체의 복사 냉각 속도는 스테판-볼츠만 법칙으로 계산할 수 있다. 공식이 복잡해 보이지만 핵심은 간단하다. 온도가 높을수록, 표면적이 클수록 더 빨리 식는다.

하지만 컴퓨터 칩은 작고 밀집되어 있다. 표면적 대비 발열량이 엄청나다. 지구에서도 고성능 칩 냉각이 어려운 이유다. 우주에서는 더욱 심각해진다.

NASA의 국제우주정거장을 보자. 우주정거장도 내부 열을 제거하기 위해 거대한 방열판을 사용한다. 우주 데이터센터라면 컴퓨터보다 방열판이 더 클 수도 있다.

한국 기업들은 어떻게 볼까

삼성전자나 SK하이닉스 같은 반도체 기업 관점에서는 흥미로운 시장이다. 우주용 특수 반도체 수요가 생길 수 있기 때문이다. 하지만 현실적으로는 회의적일 것이다. 지상 데이터센터도 냉각 기술 개발에 수십억 달러를 쏟아붓고 있는 상황에서, 우주는 너무 먼 얘기다.

네이버나 카카오 같은 플랫폼 기업들도 마찬가지다. 클라우드 비용 절감보다는 안정성과 지연시간이 더 중요하다. 우주에서 지구로 데이터를 전송하는 시간도 고려해야 한다.