[AI요약] 구글이 지구상 AI 데이터 센터의 에너지 고갈 문제를 해결한 새로운 방안으로 AI 칩을 태양열 위성에 탑재하여 우주로 발사하는 ‘문샷’ 프로젝트를 시작한다. 이 프로젝트가 성공적으로 진행된다면, 사실상 우주 기반 데이터 센터를 구축할 것으로 기대되고 있다.

인공지능(AI) 서비스를 가동하는 데 필요한 막대한 전력을 확보하기 위해, 빅테크 기업들이 지구 밖 우주로 눈을 돌리고 있다.

구글은 최근 '프로젝트 선캐처(Project Suncatcher)'라는 이름의 실험적 프로젝트를 공개하며, 태양광 에너지를 활용한 궤도형 AI 연산 인프라 구축 가능성을 타진하고 있다고 5일(현지시간) 밝혔다.

이 프로젝트의 핵심은 태양광 패널을 갖춘 소형 위성에 구글의 자체 AI 프로세서인 'TPU(텐서 프로세싱 유닛)'를 탑재해 지구 저궤도로 보내는 것이다. 지상 640km 상공에서 약 80개의 위성이 편대를 이루며, 24시간 내내 태양 에너지를 받아 AI 연산을 수행한다는 구상이다.

구글 측은 "지구 궤도의 태양광 패널은 지상보다 최대 8배 효율적으로 전력을 생산할 수 있다"며 "미래에는 우주가 AI 컴퓨팅을 확장하기에 이상적인 환경이 될 가능성이 있다"고 설명했다.

전력난과 환경 부담, 돌파구는 우주?

빅테크들이 우주를 주목하는 이유는 명확하다. AI 서비스 수요가 폭발적으로 증가하면서, 데이터센터가 소비하는 전력량과 냉각수 사용량이 급증하고 있기 때문이다.

업계 추산에 따르면, 글로벌 빅테크들은 인도에서 텍사스, 영국에서 브라질에 이르기까지 전 세계 데이터센터에 총 3조 달러(약 4331조 원) 규모의 투자를 계획 중이다. 하지만 이 같은 투자가 청정에너지로 뒷받침되지 않으면, 탄소 배출 문제가 심각해질 수밖에 없다는 우려가 커지고 있다.

미래에셋증권의 한종목 애널리스트는 "기가와트(GW)급 데이터센터를 지으면서도 환경 규제를 피하고 충분한 냉각수를 확보할 수 있는 부지는 이제 지구상에서 찾기 힘들다"며 "반면 우주는 태양광을 끊김 없이 받을 수 있고, 냉각수 없이 방사 냉각만으로 열을 처리할 수 있어 물리학적으로 매력적인 환경"이라고 분석했다.

2027년 시험 위성 2기 발사… 기술 과제는?

구글은 위성 영상 기업 플래닛(Planet)과 협력해 2027년 초까지 프로토타입 위성 2기를 발사할 계획이다. 이를 통해 저궤도 환경에서 TPU의 성능과 방사선 내구성을 검증한다는 방침이다.

구글은 자사 최신 AI 칩 '트릴리엄(Trillium) TPU'를 대상으로 방사선 내성 시험을 진행했으며, "5년 임무 기간에 해당하는 방사선량에도 치명적 손상 없이 작동을 유지했다"고 밝혔다.

하지만 기술적 난제도 적지 않다. 가장 큰 과제는 위성 간 데이터 전송 속도다. 수백~수천 개의 TPU가 실시간으로 연산 결과를 주고받으려면 최소 10Tbps(초당 10테라비트) 이상의 초고속 통신이 필요하다. 구글 연구팀은 지상 실험에서 양방향 1.6Tbps 속도를 달성했지만, 목표치에는 아직 미치지 못한 상태다.

또한 우주 환경에서의 열 관리 방식도 지상과 다르다. 진공에 가까운 우주에서는 대류나 전도를 통한 냉각이 불가능해, 방열판을 통한 복사 냉각에 의존해야 한다. AI 서버처럼 발열량이 큰 장비를 식히려면 방열판 면적을 대폭 늘려야 하는데, 이는 위성 무게와 크기 증가로 이어져 발사 비용 상승 요인이 된다.

비용 효율성 논란… 2030년대 중반 손익분기점?

구글이 수행한 비용 분석에 따르면, 우주 데이터센터의 발사 및 운영 비용은 2030년대 중반까지 킬로와트(kW)당 지상 데이터센터와 거의 비슷한 수준으로 수렴할 것으로 예상된다.

우주 스타트업 스타클라우드(Starcloud)의 필립 존스턴 CEO는 "우주에서는 거의 무제한의 저렴한 재생에너지를 얻을 수 있다"며 "환경 영향은 발사 시 발생하는 비용뿐이며, 데이터센터 수명 기간 동안 지상 대비 이산화탄소 배출량을 10배나 줄일 수 있다"고 주장했다.

하지만 회의적인 시각도 존재한다. 로켓 한 발을 우주로 발사하면 수백 톤의 이산화탄소가 배출되며, 저궤도 위성 수가 급증하면 천문 관측에 악영향을 미칠 수 있다는 우려도 제기된다. 천문학자들은 "저궤도 위성 증가는 마치 앞 유리창에 붙은 벌레처럼 밤하늘을 가린다"며 이의를 제기하고 있다.

스페이스X·스타클라우드도 우주 데이터센터 추진

구글뿐 아니라 다른 빅테크와 스타트업들도 우주 데이터센터 시장에 뛰어들고 있다.

일론 머스크의 스페이스X는 기업공개(IPO) 추진 중이며, 조달 자금을 우주 기반 AI 인프라 구축에 투입할 예정이다. 머스크는 최근 자사 기업들이 우주 데이터센터 구축을 위해 규모를 확장할 것이라고 밝힌 바 있다.

스타클라우드는 이달 말 엔비디아 GPU H100을 탑재한 소형 위성 '스타클라우드-1'을 발사해 언어 모델 학습 실험을 진행할 예정이다. 이 위성은 소형 냉장고 크기(60kg)로, 실제 우주 환경에서 AI 연산이 가능한지를 검증하는 최초의 민간 시도로 평가받고 있다.

한국은?… AI 인프라 전력난 현실화

한국 역시 AI 데이터센터 전력 문제에서 자유롭지 않다. 국내에서도 데이터센터 투자 수요가 커지면서 '전력을 어디서 어떻게 확보할 것인가'가 산업계의 핵심 이슈로 떠올랐다.

SK하이닉스와 삼성전자는 AI 칩에 필수적인 HBM(고대역폭 메모리)을 공급하는 글로벌 선두주자지만, 정작 국내에서 대규모 AI 연산 인프라를 구축하려면 전력과 부지, 송배전 인프라, 인허가 등 복합적인 난제에 직면한다.

전문가들은 "한국의 강점은 AI 인프라 핵심 부품 공급에 있지만, AI를 실제로 가동하는 데이터센터 측면에서는 전력·입지 제약이 약점으로 작용한다"며 "우주 데이터센터 같은 새로운 접근이 현실화되면, 한국 기업들도 발사·운영 파트너십을 통해 새로운 기회를 모색할 필요가 있다"고 조언했다.

구글은 "프로젝트 선캐처는 확장 가능한 우주 기반 AI를 향한 첫 번째 이정표"라며 "이러한 접근은 엄청난 확장성을 제공할 뿐 아니라 지구 자원에 미치는 영향을 최소화한다"고 강조했다.