인피니언 테크놀로지스 코리아가 11월 5일 서울 삼성동 글라스타워 지사 사무실에서 ‘AI 시대의 전력 혁신’을 주제로 기자간담회를 열고, AI 데이터센터의 전력 수요 증가에 대응하기 위한 전력반도체 기술과 국내 협력 전략을 소개했다. 이날 발표에는 아담 화이트(Adam White) 인피니언 파워 시스템 사업부 사장이 참석해 전력망에서 서버 랙, GPU와 CPU에 이르는 전력 공급 과정의 변화와 기술 개발 방향을 설명했다.

화이트 사장은 AI 연산 성능이 높아질수록 이를 뒷받침하는 전력 인프라도 함께 확장돼야 한다고 강조했다. GPU가 요구하는 전력이 늘어나는 상황에서 서버를 수용하는 랙의 전력 공급 능력을 높이고, 전기를 전달하고 변환하는 과정에서 발생하는 손실과 발열을 줄여야 한다는 설명이다. 인피니언은 이를 전력망부터 프로세서 코어까지 연결하는 ‘그리드 투 코어(Grid to Core)’ 전략으로 소개했다.

랙당 1MW를 향하는 AI 데이터센터, 800V 직류가 필요한 이유

화이트 사장은 AI 데이터센터의 변화를 설명하며 랙당 전력 규모를 제시했다. 과거 데이터센터 랙이 10~30kW 수준의 전력을 사용했다면, AI 연산을 위한 고밀도 시스템에서는 수백 kW를 공급하는 설계가 요구되고 있다는 것이다. 화이트 사장은 AI 데이터센터의 전력 설계를 설명하면서 다수의 랙이 100~150kW 수준이라고 언급했으며, GPU의 전력 요구량이 1,000W에서 2,000W 이상으로 증가하면서 랙 전체에 필요한 전력도 늘어나고 있다고 밝혔다.

인피니언이 제시한 발전 방향은 랙 내부에 전원공급장치를 배치하는 방식에서 출발해, 전력 설비를 별도의 랙으로 분리하고 장기적으로 중앙 인프라에서 여러 랙의 전력 공급과 백업을 담당하는 방식으로 이어진다. 2024년 이후의 1세대를 랙당 500kW 미만, 2026년 이후의 2세대를 약 500kW 이상, 2028년 이후의 3세대를 1MW 초과로 구분하며, 전력 수요 증가에 따른 아키텍처 발전 방향을 제시했다.

중간 단계인 2세대에서는 연산·네트워크 장비를 넣는 랙 옆에 전력 공급과 백업을 담당하는 ‘사이드카’를 둔다. 화이트 사장은 이 단계에서 500~700kW 수준을 지원하는 방향을 설명했으며, 이후에는 중앙 전력 인프라를 활용하는 하이브리드 마이크로그리드를 통해 랙당 1MW를 넘는 전력 수요에 대응할 것으로 전망했다.

이러한 변화와 함께 제시한 것이 800V 직류 전력 공급이다. 같은 양의 전력을 전달할 때 전압을 높이면 필요한 전류를 줄일 수 있으며, 이는 배선에서 발생하는 전력 손실을 낮추는 데 유리하다. 화이트 사장은 기존의 48V급 전력 공급에서 800V 직류를 활용하는 구조로 발전하기 위해서는 반도체와 전원장치, 데이터센터 인프라를 아우르는 협력이 필요하다고 밝혔다.

발표자료에 제시된 800V 직류 구조는 높은 전압으로 전력을 전달한 뒤 서버 내부에서 전압을 낮추고, 최종적으로 프로세서에 필요한 낮은 전압을 공급하는 방식이다. 인피니언은 이 과정에서 불필요한 중간 변환 단계를 줄이고, 남은 단계의 효율을 높이는 것이 중요하다고 설명했다.

전력 설계에 영향을 주는 변화로는 에이전틱 AI도 언급했다. 화이트 사장은 일부 신규 아키텍처에서 GPU와 CPU의 비율이 기존 8대 1에서 4대 1 또는 1대 1로 바뀌고 있다며, 작업 실행을 담당하는 CPU의 역할이 커질 것으로 내다봤다. 이러한 CPU의 전력 범위도 500~1,000W에 이를 수 있어 GPU와 함께 CPU의 전력 공급 요구를 고려해야 한다는 설명이다.

변압기와 차단기부터 바뀌는 전력 인프라, 소재는 용도에 맞춰 조합

데이터센터 내부의 전원장치와 함께 전력망 연결 설비의 변화도 소개됐다. 인피니언은 반도체를 이용해 전력을 변환하는 솔리드 스테이트 변압기(SST)를 통해 기존 변압기의 크기와 무게를 줄이고 효율을 개선하는 방향을 제시했다. 발표자료는 자체 추정에 기반해 기존 변압기의 무게를 10MW당 약 20톤으로 설명했으며, SST를 전력 인프라 확장과 800V 직류 아키텍처를 지원할 기술로 소개했다.

고장이나 이상 상황에서 전류를 차단하는 장치에도 반도체 기술을 적용한다. 솔리드 스테이트 차단기(SSCB)는 기계식 접점에 의존하는 방식과 비교해 고장 구간을 빠르게 분리할 수 있고, 부하 분산과 최대 전력 제어, 원격 진단 기능을 구현할 수 있다는 설명이다. 화이트 사장은 반도체 차단기 분야에서는 고객사들의 제품 출하가 시작됐다고 전했다.

에너지저장장치(ESS)는 재생에너지로 생산한 전력을 저장하고 데이터센터의 부하 변화에 대응하는 역할을 맡는다. 인피니언은 ESS에 필요한 배터리 관리, 안전·보안, 전력 변환, 열 관리 기능을 지원한다며, 전력 생산 이후 저장과 공급을 거쳐 서버로 전달되는 전체 경로를 이해해야 시스템 효율과 안정성을 높일 수 있다고 설명했다.

이처럼 전력이 지나가는 구간마다 조건이 다른 만큼, 인피니언은 실리콘(Si), 실리콘 카바이드(SiC·탄화규소), 질화갈륨(GaN)을 함께 활용하는 전략을 제시했다. 화이트 사장은 SiC를 고출력·고온 환경과 높은 신뢰성이 필요한 용도에 적합한 소재로 설명했으며, GaN은 전류를 빠르게 켜고 끄는 고주파 스위칭을 통해 전원장치의 크기와 무게를 줄이는 데 유리하다고 밝혔다. 기존 실리콘 역시 비용 대비 성능 측면에서 역할을 유지한다고 덧붙였다.

인피니언은 각 소재를 활용한 데모 보드와 여러 기술을 조합한 설계를 제공해 고객이 시스템 요구에 따라 선택할 수 있도록 지원한다. 화이트 사장은 데이터센터와 랙의 전력 규모가 커질수록 SiC와 GaN의 적용이 늘어날 것으로 전망했으며, 각 전력 변환 구간의 요구에 맞춰 세 가지 소재를 활용할 수 있다는 점을 강조했다.

전원공급장치에서 GPU 직전까지, 전압을 낮추고 전력 밀도를 높인다

서버 전원 솔루션에서는 단상에서 3상으로의 전환을 설명했다. 단상과 3상은 공급받는 교류 전력의 방식에 따른 구분으로, 인피니언은 전력 요구량이 커지면서 3상 입력을 활용하는 전원 설계의 비중이 높아질 것으로 보고 있다. 화이트 사장은 현재 단상 솔루션의 양산·출하가 진행되고 있으며, 향후 800V 직류 또는 ±400V 설계가 확대되면서 3상 솔루션의 중요성이 커질 것이라고 밝혔다.

발표자료에는 8kW와 12kW 단상 PSU, 18kW와 27kW 3상 PSU, 30kW 3상 PFC 설계가 제시됐다. 27kW·400V PSU의 효율은 약 98.9%이며, 30kW 설계의 99% 초과 효율은 교류 입력단의 역률을 개선하는 PFC 회로에 해당한다. 인피니언은 이처럼 전원장치 전체와 개별 변환 회로의 효율을 높이는 설계를 병행하고 있다.

배터리 백업 유닛은 주 전원 공급에 문제가 생겼을 때 필요한 전력을 제공하고, AI 연산 부하가 급격히 켜지거나 꺼질 때 발생하는 전력 변화에도 대응한다. 인피니언은 50V급부터 400~800V급에 이르는 백업 전원 솔루션을 소개했다. 발표자료에서 24kW·800V BBU 레퍼런스 보드는 현재 제공 가능한 것으로 표시했으며, 커패시터 뱅크 유닛(CBU)의 24kW·800V 레퍼런스 보드는 2027년 3분기 제공을 예고했다. CBU는 배터리 대신 커패시터에 전기를 저장해 필요한 순간 공급하는 장치다.

중간 버스 컨버터는 전력 공급망과 프로세서 사이에서 전압을 낮추는 역할을 한다. 인피니언은 50V를 12V로 낮추는 2.5kW 솔루션과 800V를 6V로 낮추는 10kW 솔루션을 소개했다. 발표자료에 제시된 전력 밀도는 각각 1.2W/㎟와 1.6W/㎟이며, 800V→6V 설계에는 GaN을 활용한다. 전력 밀도는 같은 면적에서 얼마나 많은 전력을 처리하는지를 나타내는 지표로, 서버 내부의 제한된 공간에서 더 큰 전력을 공급하기 위해 중요해진다.

프로세서 가까이에서는 낮은 전압으로 큰 전류를 안정적으로 전달하는 일이 과제가 된다. 인피니언은 전압조정모듈(VRM)의 전류 밀도를 높이는 로드맵을 공개했으며, 2027년에는 3A/㎟급 수직 전력 모듈, 2028년에는 기판에 내장하는 방식으로 4A/㎟를 초과하는 모듈을 제시했다. 인피니언은 이 로드맵에 따라 모듈의 단위 면적당 전류 공급 능력을 높일 계획이다.

인피니언은 전력 모듈을 코어에 더 가깝게 배치하는 후면 수직 전력 공급 기술도 소개했다. 이날 공개한 슬림 모듈의 사양은 두께 3mm 미만, 전류 밀도 2.5A/㎟이며, 비교 가능한 4페이즈 모듈 대비 무게를 50% 줄였다고 설명했다. 발표자료상 이 슬림 모듈은 2027년 로드맵에 포함된다. 화이트 사장은 GPU에 가까운 위치일수록 낮은 전압과 높은 전류, 발열을 함께 다뤄야 하므로 효율과 품질, 안정성이 중요하다고 강조했다.

솔루엠과 PSU·IBC·BBU 협력 확대, 초기 설계부터 기술 지원

솔루엠과의 업무협약은 이러한 전력 변환·공급 기술을 실제 서버 전원 솔루션으로 개발하기 위한 협력이다. 양사는 기존 기술 협력을 바탕으로 PSU, IBC, BBU 등 세 가지 핵심 애플리케이션으로 협력 범위를 확대하고, 인피니언의 반도체·시스템 전문성과 솔루엠의 서버 전원 솔루션 및 전력 모듈 설계·제조 역량을 결합할 계획이다.

인피니언은 프로젝트 초기부터 솔루엠과 적합한 기술·제품을 검토하고, 설계의 기준으로 활용할 수 있는 레퍼런스 디자인과 기술 지원을 제공한다. 지원 대상에는 CoolMOS, OptiMOS, CoolSiC, CoolGaN 등 Si·SiC·GaN 기반 전력반도체와 PSOC 마이크로컨트롤러, 센서가 포함된다. 양사는 차세대 기술 개발에 대한 정기적인 기술 교류도 이어갈 예정이다.

화이트 사장은 이날 배포된 협약 보도자료를 통해 AI 데이터센터에 더 높은 효율성과 신뢰성, 전력 밀도가 요구되고 있다며, 솔루엠의 서버 전원 솔루션 역량과 인피니언의 반도체 전문성을 바탕으로 차세대 AI 인프라용 HVDC 솔루션을 발전시키겠다고 밝혔다. 전성호 솔루엠 대표도 같은 보도자료에서 AI 확산에 따라 전력 인프라에도 근본적인 변화가 요구된다며, 협력을 통해 고전압·고효율 전력 설계 역량을 강화하고 관련 시장의 사업 기회를 확대하겠다고 전했다.

국내 협력은 전력 인프라 분야에서도 진행되고 있다. 인피니언은 LS일렉트릭과 반도체 변압기·차단기 분야에서 협력하고 있으며, 효성중공업과는 HVDC 분야에서 협업하고 있다고 설명했다.

다만 솔루엠과 개발하는 기술이 빅테크 AI 데이터센터에 언제 적용되는지에 대해서 화이트 사장은 솔루엠 고객의 개별 프로그램이나 양산 확대 일정을 대신 설명하기는 어렵다면서, 업계 전반에서 최신 기술을 가능한 한 빠르게 시장에 공급하려는 노력이 진행되고 있다고 답했다.

전력 손실과 냉각 부담 함께 줄여야…고전압 전환에는 안전 검증도 필요

질의응답에서는 전력 손실이 발생하는 구간과 냉각 대책, 고전압 전환에 따른 안전성 문제가 다뤄졌다. 화이트 사장은 전력 손실이 각 변환 단계에서 발생한다며, 800V 직류로의 전환은 중간 단계를 줄여 손실을 낮추려는 접근이라고 설명했다. 특히 GPU에 전력을 공급하는 마지막 구간에서 적절한 솔루션을 사용하지 않으면 상당한 손실이 발생할 수 있다고 덧붙였다.

냉각 문제에 대해서는 전력 변환 효율을 높여 발생하는 열 자체를 줄이는 방향을 제시했다. 화이트 사장은 각 변환 단계의 효율 개선이 열 관리 부담을 낮추는 데 도움이 된다며, 솔루엠과 진행하는 최신 전원 설계 협력을 그 사례로 들었다.

김용진 상무는 회로 기술을 통한 효율 개선과 함께 반도체 패키지가 냉각장치와 어떻게 결합하는지도 중요하다고 설명했다. 반도체 칩 내부의 효율을 높이는 작업에 더해, 발생한 열을 외부로 전달하기 좋은 패키지를 개발해야 데이터센터 전체의 효율 개선으로 이어질 수 있다는 것이다. 인피니언은 칩과 패키지를 함께 개발하면서 방열에 적합한 설계를 추진하고 있다고 밝혔다.

패키징 생태계와의 협력에 대해 화이트 사장은 GPU의 전력 요구가 커질수록 수직 전력 공급을 위한 설계도 고도화돼야 한다고 답했다. 이를 위해 새로운 패키지 설계뿐 아니라 인덕터와 커패시터 같은 수동부품 분야에서도 협력이 필요하며, 전 세계 주요 기업들과 고객 로드맵을 지원하고 있다고 설명했다. 다만 구체적인 협력 기업명은 공개하지 않았다.

800V 직류의 안전성에 대해서는 전기차 급속충전 분야에서 축적한 설계와 실증 경험을 데이터센터에 활용할 수 있다고 밝혔다. 화이트 사장은 관련 기술이 상당 부분 확보됐거나 확보를 앞두고 있지만, UL 인증을 비롯한 검증 절차가 필요하다고 설명했다. 실제 도입을 위해서는 사람에게 안전하고 전력망에도 악영향을 주지 않는다는 점을 확인해야 하며, 이를 업계가 함께 해결해야 할 과제로 제시했다.

전력망부터 코어까지, 한국 파트너와 차세대 AI 인프라 준비

인피니언은 데이터센터에서 축적한 전력·제어 기술을 피지컬 AI 분야로도 연결하고 있다. 화이트 사장은 휴머노이드 로봇에 필요한 연산·제어, 연결, 충전, 배터리 관리, 센싱, 모터 제어 솔루션을 확보하고 있으며, 주요 고객 대상 시연과 공급 확대를 진행하고 있다고 소개했다. AI를 구동하는 데이터센터와 AI의 판단을 실제 동작으로 옮기는 기기 모두에서 전력반도체의 역할이 커질 것이라는 전망이다.

화이트 사장은 질의응답 말미에도 인피니언의 대응 범위가 전력망에서 프로세서 코어까지 이어진다는 점을 거듭 강조했다. 솔루엠과의 PSU·IBC·BBU 협력은 이 가운데 서버 전원 분야를 담당하며, 인피니언은 프로젝트 초기 설계와 기술 지원을 통해 개발을 뒷받침할 예정이다. 실제 데이터센터 적용 시점은 공개하지 않았지만, 전력 효율 개선과 함께 안전 인증, 방열 설계, 시스템 신뢰성을 확보하며 고전압 전력 인프라로의 전환을 지원한다는 방침이다.