글로벌 회계·컨설팅 딜로이트(Deloitte)가 발표한 보고서에 따르면, 미국 내 AI 데이터센터가 사용하는 전력량이 2024년 4기가와트에서 2035년 123기가와트로 30배 이상 급증할 것으로 예상된다고 밝혔다. 이는 전체 데이터센터 전력 사용량 증가율 5배를 크게 웃도는 수치로, AI 시설이 전력망에 미치는 영향이 얼마나 클지를 보여준다.

AI 데이터센터는 일반 데이터센터보다 같은 크기에서 훨씬 더 많은 전기를 사용한다. 축구장 4개 크기의 데이터센터에 AI 칩을 추가하면, 전력 사용량이 5메가와트에서 50메가와트로 10배 늘어날 수 있다. 가장 큰 AI 데이터센터의 경우 최대 2기가와트의 전력이 필요한데, 이는 500만 가구가 사용하는 전력량과 같은 수준이다.

현재 초기 단계에 있는 5만 에이커 규모의 초대형 데이터센터 캠퍼스들은 5기가와트의 전력을 소비할 수 있다. 상위 3개 주요 클라우드 회사의 현재 최대 데이터센터는 각각 500메가와트 미만을 소비하고 있으나, 이들이 건설 중이거나 계획 중인 최대 규모의 시설은 기존 프로젝트의 2~4배에 달하는 용량을 갖출 예정이다.

AI 데이터센터 운영의 7가지 주요 문제점 확인, 건설비 40% 상승과 허가 지연

딜로이트가 2025년 4월 데이터센터 및 전력회사 경영진 120명을 대상으로 실시한 설문조사 결과, 응답자의 72%가 전력 공급과 전력망 용량 부족을 가장 어려운 문제로 꼽았다. 부품 공급 차질과 보안 문제도 각각 65%, 64%가 걱정된다고 답했다.

주요 문제점으로는 데이터센터의 전력 사용량 급증과 기존 발전소 용량 부족, 부품 공급 차질로 인한 공사 지연, 전력망 건설 기간 연장, 사이버 공격과 전력 공급 보안 우려 증가, 허가 절차의 예측 어려움, 숙련된 인력 부족, 천연가스 파이프라인 용량 부족 등 7가지가 확인됐다.

전력망 연결 대기열의 95%는 재생에너지와 저장 설비로 구성되어 있으며, 지난 5년간 건설 자재 비용이 40% 상승한 상황이다. 데이터센터는 1~2년 안에 완공될 수 있지만, 장비 계약이 완료되지 않은 가스 발전소 프로젝트는 2030년대에나 가동 가능할 것으로 예상된다. 2025년 전력망에 추가될 계획인 발전 용량의 92%를 재생에너지가 차지하고 있다.

특히 환경 영향 검토서 작성에는 여전히 2년 이상 걸리며, 최근 1년간 주 정부 차원의 규제가 전반적으로 두 배 이상 늘어난 상황이다. 2030년까지 데이터센터의 가스 수요는 하루 30~120억 세제곱피트로 추정되지만, 주요 AI 데이터센터 시장 대부분은 가스 파이프라인의 수송 용량이 제한되어 있다.

기술 개발과 규제 개선을 통한 효율성 향상 방안, 뇌 시뮬레이션 기술로 에너지 대폭 절약

AI 시설 부족 문제 해결을 위해 딜로이트는 기술 개발이 가장 효과적인 방법이라고 분석했다. 설문 응답자의 82%가 기술 개발을 통한 효율성 향상을 최우선 과제로 꼽았으며, 데이터센터 응답자의 90%가 기술 개발을 가장 중요한 투자 분야로 선택했다.

구체적인 개선 방안으로는 데이터센터 냉각을 위한 빗물 수집 시설과 지열 에너지 활용, 칩 내부 전력 전달 방식 개선을 통한 전력 손실 30% 감소, 빛을 이용한 데이터 전송으로 에너지 비용 90% 절약 등이 제시됐다.

더욱 혁신적인 기술로는 탄소 나노튜브 회로를 활용한 3D 칩 적층이 10배 더 효율적일 수 있으며, 메모리와 프로세싱을 통합하여 뇌의 전류 시뮬레이션을 모방하는 방식은 AI 모델 구동에 필요한 수십억 와트 대신 20와트만을 필요로 한다. 이러한 기술들은 생성형 사전학습 변환기(GPT)의 에너지 수요 증가를 완화하는 데 도움을 줄 수 있다.

전력망 측면에서는 새로운 변압기와 송전선 관리 기술을 통해 전송 용량을 10~30%까지 늘릴 수 있으며, 유연한 전력 전송 시스템을 통해서는 50~100%까지 용량 확대가 가능하다.

수천조 원 규모 투자와 새로운 사업 모델 등장, 투자자들 관심도 5배 급증

AI 데이터센터 건설로 인한 투자 규모는 수천조 원에 이를 것으로 전망된다. 2024년 미국 내 데이터센터에 대한 민간 투자는 역대 최고치를 기록했으며, 전기 및 가스 회사들의 시설 투자도 기록적인 증가세를 보이고 있다. 2025년에는 47개 전력회사의 시설 투자가 전년 대비 22% 늘어나 약 280조 원에 이를 것으로 예상된다.

AI 데이터센터에 대한 투자자들의 관심도 급증하고 있다. 2023년 대비 2024년에는 제조 및 에너지 업계의 투자자 실적 발표 콜에서 '데이터센터' 언급 횟수가 997회에서 5,402회로 5배 이상 증가했으며, 이는 데이터센터가 장기 전략과 투자에서 핵심 요소로 부상했음을 의미한다.

대형 클라우드 회사들의 시설 투자는 더욱 급격한 증가세를 보인다. 8개 주요 클라우드 회사는 AI 데이터센터 및 컴퓨팅 장비에 대해 2025년 약 490조 원으로 44%의 연간 증가율을 기록할 것으로 예상된다. 전기 및 가스 회사들의 시설 투자는 향후 5년간 총 1,300조 원을 넘을 전망이며, 클라우드 회사들은 단 3년 만에 총 1,300조 원에 도달할 것으로 분석된다.

기술 산업은 또한 향후 4년간 AI 슈퍼컴퓨터, 반도체, 서버의 미국 내 제조에 1조 달러 이상을 투자할 계획을 발표했다. 데이터센터 전체로는 3년 이내에 1조 달러 수준의 지출에 이를 가능성이 있다.

FAQ

Q: AI 데이터센터가 일반 데이터센터보다 전기를 더 많이 사용하는 이유는 무엇인가요?

A: AI 데이터센터는 AI 학습과 처리를 위해 고성능 그래픽 칩을 대량으로 사용하기 때문입니다. 이런 칩들은 일반 컴퓨터 칩보다 훨씬 많은 전력을 소비하며, 축구장 4개 크기의 시설에 AI 칩을 추가하면 전력 사용량이 10배나 늘어날 수 있습니다.

Q: 전력망 연결 대기 시간이 왜 이렇게 오래 걸리나요?

A: 현재 일부 지역에서는 전력망 연결 승인을 받기까지 최대 7년이 걸립니다. 이는 급증하는 데이터센터 수요에 비해 전력망 확충이 따라가지 못하고, 허가 절차가 복잡하며, 환경 영향 검토 등에 시간이 오래 걸리기 때문입니다.

Q: AI 데이터센터 확산이 일반 가정의 전기 요금에 영향을 미치나요?

A: 데이터센터 수요 증가로 인한 전력 시설 투자 비용이 일반 가정에 전가될 가능성이 있습니다. 이를 막기 위해 데이터센터를 위한 별도 요금제 신설, 사용량에 따른 월 요금 적용, 선불금 및 장기 계약 등의 보호 방안이 필요합니다.

해당 기사에 인용된 리포트 원문은 딜로이트에서 확인 가능하다.

리포트 명: AI 데이터센터의 확산과 인프라 측면의 해결과제

이미지 출처: 딜로이트

해당 기사는 챗GPT와 클로드를 활용해 작성되었습니다.