[강좌] 그린 IT와 조화 이루는 \'IBM 파워 시스템\'

최근 몇 년간 IT분야에서 강조되어 온 중요한 화두 중 하나로 ‘그린 IT’ 가 있다. 컴퓨터 시스템이 사용하는 전력량의 감소를 통해 탄소 배출량을 줄이고, 궁극적으로 환경 친화적인 ‘녹색 지구’를 만들기 위한 이 ‘그린’을 향한 움직임은, 사실 IT 뿐만 아니라 모든 산업에 대해 다양한 기준으로 적용되고 있을 정도로 중요한 문제다.

IT 분야 또한 이러한 범지구적인 환경 문제를 인식하고, 이를 해결하기 위해 노력하고 있다. 가장 기본적인 것으로, 제품 생산에 있어 환경 유해 물질들의 사용을 억제하고, 유통 과정에서 버려지게 되는 포장지에 대해 환경 친화적인 소재를 사용해 최소한으로 사용하며, 제품의 생산에서 폐기까지 전체 라이프사이클에 대한 탄소 배출량의 관리에 이르기까지 다양한 방법이 고려되고 있다.

그리고 IT 또한 ‘에너지’를 사용하는 만큼, 자동차나 가전 분야와 유사하게 ‘에너지 효율’ 이라는 측면에서의 접근이 이루어지고 있다. 하지만 타 분야와 비교할 때 IT 분야에서의 ‘에너지 효율’ 이라는 개념은 상당히 다른 정의를 가지고 있는데, 이는 타 분야에 비해 IT가 가지는 특유의 ‘생산성’ 이라는 측면에 기인하는 바가 크다.

■ 점점 중요해지는 이니셔티브 ‘그린 IT’

IT 인프라 레벨에서 그린 IT는 단순한 ‘환경 사랑’ 이상의 의미를 가진다. 이제 환경 문제는 국가나 지역 차원에서 관리가 필요한 수준이 되었으며, 각종 기업에는 이를 위해 국가나 지역이 설정한 ‘환경 규제’ 라는 새로운 문제가 생기고 있다. 당연하게도, 이를 준수하지 못할 경우 기업은 법적, 윤리적 문제에서 자유롭지 못하며, 이를 해결하기 위한 별도의 비용 지출까지도 생기곤 한다.

하지만 실질적으로 ‘환경 사랑’ 이나 ‘규제 준수’ 정도면, 이 정도로 IT 업계 전체가 그린 IT로의 움직임에 있어 적극적으로 서두르는 모습을 보여 주리라 생각할 수 없다. 더 엄밀히 말하면, 가장 큰 문제는 모두 ‘비용’으로 귀결된다. 특히, 계속 인프라에 요구되는 처리 능력은 늘어가지만, 이에 사용될 수 있는 비용 자체는 제한될 수밖에 없다는 모순에 빠진다.

IT 업계에서 정설로 인정되고 있는 조사 결과 중 하나로, 많은 기업들의 IT 예산 중 70% 이상이 현재의 인프라를 유지하는 데 사용된다는 것이 있다. 예산의 약 30% 정도만이 미래를 준비하기 위한 여력이라는 것은, 현재의 인프라가 그만큼 비효율적이라는 것을 잘 보여주는 것이다. 그리고 이런 인프라의 효율을 높이기 위한 방법 중 하나로 ‘그린 IT’가 제시되고 있다.

▲ IT 인프라 효율은 성능과 비용의 조화로 결정된다. 때문에, 극복과제가 무엇인지는 명확하다.

IT 인프라에서의 ‘효율’을 매기는 데는 ‘비용’ 과 ‘성능’ 이라는 두 가지 요소가 필요하다. 이는 IT 인프라가 가져야 하는 특유의 생산성 때문이다. IT 인프라에 기대되는 성능 수준은 사용자의 증가와 함께 계속 높아지고 있지만, 사용할 수 있는 재화와 자원은 한정되어 있는 만큼, 비용을 최소화하면서 성능을 최대화하는 것이 효율을 최대화할 수 있는 방법이다.

비용 면에 있어, 구입 비용보다 중요한 것은 ‘유지 비용’ 이다. 하나의 시스템을 약 3~4년 정도 사용한다고 했을 때, 이 시스템의 운영에 필요한 각종 비용들은 시스템을 사용하는 기간 전체를 따졌을 때 구매 비용보다 더 큰 비중을 차지하는 경우가 많다. 특히 인프라의 규모가 크고, 복잡하게 구성되어 있을수록 이 비용에 대한 부담은 급격히 증가한다. 그래서 시스템의 효율을 생각할 때는 이런 점을 감안한 ‘총소유비용’을 고려한다.

그리고 ‘총소유비용’이라는 면을 생각하면 ‘그린 IT’로의 움직임은 환경적인 면 뿐만 아니라 지금까지 IT 인프라가 가지고 있던 숙제인 ‘효율’ 에 대한 새로운 정의로도 다가온다. 시스템의 사용에 있어 모든 활동이 비용이 되는 상황에서, 그린 IT를 통해 얻을 수 있는 직접적인 비용 절감 효과는 다양한 형태로 나타나며, 그 규모 또한 무시할 수 없을 정도다.

▲ 때에 따라서는 인프라를 줄이는 쉽지 않은 결정도 가능해진다.

한편, 그린 IT가 강조하는 것으로 ‘에너지 효율성’ 은 단순히 ‘적게 쓴다’ 라고 해석할 수는 없는데, 이는 기본적으로 IT 인프라가 해 줘야 할 일이 있기 때문이다. 덕분에 이 효율성에 대한 정의는 ‘단위 처리량 당 에너지 소비량’의 형태로 보는 게 타당하다. 그리고 이런 개념으로 현재의 비효율적인 인프라에 접근했을 때, 일반적으로 선택 가능한 개선 방안은 시스템의 ‘교체’ 와 ‘통합’ 이 있다.

시스템의 교체는 단순히 에너지 효율이 낮은 구형 시스템을 개선된 신형 시스템으로 바꾸는 형태로 진행된다. 그리고 기존의 인프라에서 1:1로 시스템을 단순히 교체하기만 해도 어느 정도의 전력 사용 총량의 감소와 함께 시스템의 성능 밀도가 대폭 높아지는 효과를 기대할 수 있다. 하지만 기존의 인프라가 가지고 있던 근본적인 ‘사용 효율’ 에 대한 문제를 해결해 주지는 못한다.

시스템의 통합은 일반적으로 현재 가동되는 서버들의 시스템 사용량이 10% 수준 정도라는 데 착안해, 적은 수의 시스템에 더 많은 서비스를 구성하여 사용함으로써 시스템의 활용을 높이는 형태로 진행된다. 이 통합이 잘 이루어질 경우에는 물리적인 인프라의 다운사이징도 가능하게 되어 각종 비용을 크게 줄일 수 있으며, 가장 효과적인 시스템 통합을 위한 기술로는 ‘가상화’를 꼽을 수 있다.

이 두 가지 방법은 서로 보완 관계에 있으며, 두 방법 모두를 사용했을 때 가장 큰 효과를 기대할 수 있다. 고성능 신형 시스템을 사용해, 가상화를 사용한 시스템 통합을 진행하는 경우 기존의 하드웨어 인프라의 수를 줄이고, 상면 면적을 절감할 수 있으며, 시스템 사용 효율을 크게 개선할 수 있어 높은 에너지 효율과 비용 효율을 기대할 수 있다.

▲ 780과 같은 하이엔드 시스템은 서버 수와 점유 공간의 감소 이상의 효과를 가져온다.

인프라의 통합과 가상화를 진행할 경우 얻을 수 있는 효과로는 인프라의 복잡성 감소가 있다. 인프라의 통합을 진행하면서 물리적인 서버 유닛 수를 줄일 수 있으며, 이에 따라 서버에 연결되는 네트워크 등의 인프라에 대한 정리도 가능하다. 여기에 인프라의 가상화를 통해 인프라 차원에서의 ‘유연함’을 배가하여 현재의 효율 뿐 아니라 미래를 위한 확장성까지 갖춘 환경을 만들 수 있다.

또한 인프라의 변화는 단지 컴퓨팅 환경에만 영향을 끼치는 것이 아니다. ‘장비’ 수준의 시선이 아니라 ‘시설’ 의 개념으로 봤을 때는 ‘그린 IT’로 상징되는 고효율 인프라의 의미가 더욱 커진다. 데이터센터라는 시설에 대한 비용과 가치를 생각했을 때, 이 고효율 인프라는 ‘되면 좋을’ 수준이 아니라 ‘반드시 해 내야 될’ 대상으로 바뀌게 되는데, 현실적으로 공간과 환경을 만드는 데 드는 비용과 컴퓨터를 바꾸는 데 드는 비용을 비교하면 이는 당연한 선택이기도 하다.

■ ‘그린 IT’와 시너지 이루는 ‘파워 시스템’

IBM은 POWER7 시스템을 ‘스마터 시스템’으로 정의하고 있다. 이는 시스템이 어떤 고객의 환경에서도 최적화된 ‘효율’을 제공할 수 있다는 자신감이 있기 때문이다. 그리고 이런 강력한 효율을 만들어 내는 방법으로, POWER7 시스템은 에너지 사용량의 최적화와 함께 서버 이용률을 최적화할 수 있는 방법을 통해 높은 비용 효율을 얻을 수 있도록 한다.

POWER7 시스템은 앞서 언급한 ‘교체’ 와 ‘통합’ 에 대한 다양한 기술적, 솔루션적인 해결책을 가지고 있다. 시스템 자체적으로도 전력 효율을 최대한 끌어올리기 위한 다양한 전력 관리 기술이 적용되어 있으며, 인프라 수준에서의 관리 도구들은 시스템과 인프라 레벨에서의 전력 소비 효율을 극대화해 비용 효율을 끌어올린다.

또한 시스템의 통합을 위한 가상화 기술에서 IBM은 최고의 기술력을 자랑한다. POWER7 시스템에 사용되는 PowerVM은 기존 POWER 시스템 뿐 아니라 x86 기반 시스템까지도 POWER7 기반 시스템으로 마이그레이션 할 수 있게 해 준다. 이를 사용해 가상화를 통한 시스템의 통합을 추진할 경우 다양한 부분에서 절감 효과를 얻을 수 있다.

▲ TPMD를 사용한 적극적인 에너지 최적화 기술이 사용된다.

최근의 시스템들에서 볼 수 있는 움직임인 ‘효율적인 전력 소비’ 는 일반적으로 두 가지 상황을 가정하여 이루어진다. 먼저 생각할 수 있는 상황은 시스템이 유휴, 대기 상태에 있을 때 사용되는 전력 사용을 최소화하는 것이다. 실질적으로 시스템이 사용되지 않고 ‘대기’ 하는 동안에 사용되는 전력은 효율의 측면에서 보면 낭비가 될 수 있기 때문이다. 덕분에 최신 시스템들은 이 ‘대기 상태’ 의 시스템이 사용하는 전력량을 최소화하기 위한 다양한 방법을 강구하고 있다.

이 부분에서 POWER7 시스템은 시스템 전력 관리를 위해 프로세서의 TPMD(Thermal Power Management Device)를 적극적으로 활용하고 있다. TPMD는 프로세서에 장착되어 실시간으로 전력 사용량과 온도를 모니터링하고, 성능과 냉각 수준의 유동적인 조절을 통해 전력 소비를 최적화하게 된다. IBM은 프로세서 수준에서의 이런 전력 관리 기술을 ‘에너지스케일(EnergyScale)’ 기술이라 부르고 있다.

POWER 시스템에서는 프로세서의 소비 전력 최적화를 위해서 프로세서의 워크로드에 따라 동작 속도가 유동적으로 조절된다. 프로세서의 작업 부담이 적거나 더 이상 작업이 수행되지 않을 경우, 해당 프로세서의 동작 속도는 자동적으로 낮게 설정되거나 실행이 중지된다. 이를 통해 누적효과로 발생하는 회로의 전력 소비를 절감함과 함께, 이를 냉각하기 위한 쿨링 시스템의 전력 소비도 절감하는 효과를 가져온다.

또한 프로세서에 일정 수준 이상의 작업이 수행되는 상황에서는, 시스템의 열 관리 상황에 여력이 있는 경우에 POWER7 시스템은 제한적인 ‘오버클록킹(OverClocking)’모드로 동작해 시스템의 잠재 능력을 최대한 끌어낼 수 있게 해 준다. 이는 시스템 쿨링에 여력이 있을 정도로 시스템과 주위 온도가 낮을 경우에 한정되며, 이를 통해 시스템의 에너지 효율과 운영 비용을 최적화할 수 있게 해 준다.

▲ 시스템과 인프라 차원에서의 철저한 에너지 효율 관리가 이루어진다.

이런 시스템 수준의 전원 관리 기술은 인프라 수준의 관리 솔루션, 기술과 접목되었을 때 더 큰 시너지 효과를 가져 온다. POWER 시스템의 에너지 관리 솔루션들은 데이터센터 수준에서 더 효율적인 에너지 소비가 가능하도록 도와 주며, 프로세서가 가진 ‘에너지스케일(EnergyScale)’ 기술을 관리자가 적극적으로 활용할 수 있도록 해 준다.

인프라 수준의 전력 관리 솔루션으로는 IBM의 인프라 관리 솔루션인 ‘시스템 디렉터(Systems Director)’ 에 포함되는 ‘액티브 에너지 매니저(Active Energy Manager)’ 가 있다. 이 솔루션은 데이터센터 수준까지의 인프라에서 에너지 사용량과 온도 상황 등을 확인하고, 이에 최적화된 정책을 시스템과 그룹 별로 설정하여 에너지 사용량을 최적화할 수 있게 해 준다.

또한 이 솔루션을 사용하면 관리자가 에너지 사용량을 제한해 에너지 사용 총량에 대한 정책을 부여할 수 있다. 여기에 더해 시스템과 인프라 수준에서의 전원 공급과 냉각 상황에 대한 모니터링 등이 가능해, 시스템 뿐만 아니라 주위의 냉각 환경을 표현한 공간에 대한 관리와 이 부분과 관련된 IT 인프라 최적화도 가능하게 해 준다.

▲ 가상화는 시스템의 여유 리소스를 적극적으로 활용해 상황 대처 능력을 높여 준다.

시스템 통합의 측면에서 봤을 때, POWER 시스템이 내세우는 강점 중 하나인 ‘가상화’ 는 아주 매력적인 솔루션이다. 그리고 이를 사용했을 때 얻을 수 있는 상면 면적 절감과 시스템 운영 비용, 에너지 비용 절감 등의 효과는 대단히 매력적이다. 특히 시스템 수준에서 에너지 소비가 최적화된 POWER7 시스템으로 구형 시스템 다수를 가상화 통합할 경우 얻을 수 있는 비용적 효과는 극대화된다.

가상화를 사용한 통합이 설득력을 가지는 가장 큰 이유는 기존 서버들의 활용도가 대단히 낮다는 데 기인한다. 지금까지 수많은 조사 결과들이 잘 보여주듯이, 일반적인 서버의 활용도는 10% 미만이며, 특정 시간대 정도에서만 최대 활용되고 나머지 시간은 대기 상태에 들어가게 된다. 이런 조사 결과에 따라 앞서 소개된 유휴 상태에서의 시스템 소비 전력 최적화 기술도 등장했다.

하지만 이 문제의 근본적인 해결책은 ‘시스템의 사용률을 높이는 것’ 이다. 그리고 이를 위해 가상화를 사용한 물리적 시스템의 통합이 제시되고 있다. 그리고 동 시간대에 집중적으로 시스템의 자원을 사용하지 않는 형태 등으로 정밀한 계획을 통해 시스템을 통합할 경우, 시스템 활용도와 성능 향상을 동시에 잡을 수도 있게 된다.

▲ PowerVM은 다양한 시스템의 통합에 대단히 효율적인 모습을 보여준다.

PowerVM이 제공하는 성능과 유연성은 이런 시스템 통합에 있어 많은 장점을 제공한다. PowerVM의 ‘마이크로파티셔닝(Micro-Partitioning)’은 시스템의 자원을 더 정밀하게 가상 머신에 할당할 수 있도록 해 시스템에서 낭비되는 자원을 최소화할 수 있게 해 준다. 그리고 가상화에 따른 오버헤드가 적어 시스템 본연의 성능을 최대한 사용할 수 있다는 것도 효율성을 높이는 요인이 된다.

가상 머신에서 활용할 수 있는 자원의 최대치 또한 유연하며, 동적인 변경이 가능해 상황에 따른 빠른 적용이 가능하다. 이는 ‘특정 시간대에 풀 로드를 사용하는 워크로드’를 배치할 경우 대단히 유용한 옵션이 되는데, 시스템을 집중적으로 사용하는 시간대를 겹치지 않도록 최대 자원 배분 상태로 가상 머신을 배치함으로써 시스템을 줄이면서도 오히려 성능은 더 높일 수 있도록 구성할 수도 있기 때문이다.

또한 PowerVM을 사용함으로써 얻을 수 있는 추가적인 장점으로 ‘가용성’ 이 있다. 이는 두 가지 측면에서 생각이 가능한데, 첫 번째로는 기존의 물리적 시스템에 비해 가상 머신의 경우 필요에 따라 실시간으로 풀 구성된 타 서버로 이동될 수 있는 등, 다운타임을 최소화할 수 있는 기능이 제공되어 장애 복구 시스템에 대한 고민을 줄여줄 수 있다는 것이다.

두 번째로는 PowerVM 기반의 x86 시스템을 마이그레이션할 경우에 얻을 수 있는 이득이다. POWER 시스템 기반의 PowerVM 환경은 가상화되지 않은 기존 엔트리급 x86 시스템들에 비해 높은 가용성을 보장할 수 있으며, 성능 뿐만 아니라 앞서 소개된 장애복구 환경 등에서도 더 개선된 환경을 효율적으로 제공할 수 있다.

■ ‘혁신의 가속’ 위한 기회 제공

더 이상 ‘그린 IT’ 는 IT에 있어 단순한 ‘환경 문제’ 가 아니며, ‘비용’ 과 ‘효율’ 의 문제가 되고 있다. 그리고 시스템적인 측면 뿐 아니라 인프라의 ‘체질 개선’ 까지 이루어질 경우 얻을 수 있는 이득은 단순한 에너지 비용의 절감 이상으로, 전반적인 총소유비용과 인프라의 복잡성을 줄이고 향후의 변화에 따른 확장에 더 유연하게 대처할 수 있게 해 준다.

이런 그린 IT를 위한 IBM의 각종 기술들이 제공하는 ‘효율성’ 의 경제적 효과는 단순한 ‘전력 절감 효과’로 따지기 힘든 부분이 있다. 이는 향후에도 성능적으로 계속 발전해 나가야 할 IT 기술에 있어 발전 방향에 성능 뿐 아니라 함께 생각해야 할 현실적인 문제에 대한 제시라고도 해석할 수 있다.

POWER7 기반 시스템의 최대 전력 소비량은 POWER780의 64코어 환경에서 최대 6,400W 정도이며, 성능을 기준으로 한 에너지 효율성에서는 기존 POWER6 기반 서버 대비 수 배 이상 격차를 보여 주고 있다. 또한 경쟁 상대로 지목되는 HP 슈퍼돔 2(Superdome 2)의 단일 섀시 구성에서의 소비 전력인 약 8,800W에 비해서도 더 적은 전력 소비를 보여 주고 있기도 하다.

▲ 가상화를 통한 구형 시스템의 교체와 통합은 큰 효과를 기대할 수 있다.

하지만, IBM의 POWER7 기반 시스템들이 보여 주는 기존 시스템이나 타 시스템 대비 박스당 우수한 전력 소비량과 사용 효율은 박스 단위로만 봤을 때는 큰 의미를 가지지 못할 수도 있다. 오히려 더 주목해야 할 효과는 이 시스템을 활용한 ‘시스템 통합’ 의 차원에서 얻을 수 있는 효과다. 그리고 이 부분에서는 단순한 박스당 에너지 사용량을 기준으로 한 에너지 효율성 이상의 결과를 얻을 수 있다.

이를 반영한 재미있는 비교로는 POWER5에서 POWER7으로 시스템을 통합할 경우 얻을 수 있는 효과가 있다. 30% 수준의 활용률을 가지는 POWER5 570 네 대를 60% 활용률 수준의 POWER 770 한 대로 통합하는 경우, 50%의 유효 용량 증가와 84%의 에너지 사용량 감소 효과를 볼 수 있다는 것이다.

또한 3년간의 유지 관리 비용 250,000 달러의 절감과 1,000,000 달러 이상의 소프트웨어 라이센싱 비용 절감까지 얻을 수 있으며, x86 워크로드의 통합을 추가로 진행할 경우에는 그 이상의 비용 효율을 추가로 얻을 수 있다는 조사 결과가 있다. 여기에 공간적인 측면에서도 대폭 절감이 가능하며, 시스템의 물리적 댓수가 줄어드는 만큼 물리적인 와이어링 등도 줄어드는 등의 추가적인 효과도 있다.

다른 비교로는 활용률이 30% 대인 인텔 아이테니엄(Itanium) 기반 슈퍼돔(SuperDome) 시스템 8대를 80% 활용률의 Power780 시스템에 가상화를 이용해 한 대로 통합하는 경우가 있다. 이 때 얻을 수 있는 효과로는 성능을 유지하면서 상면 공간의 큰 절감과 함께 소프트웨어 라이선스 코어의 87% 절감을 기대할 수 있으며, 에너지 비용의 절감 기대 효과는 92% 수준에 이른다.

▲ 활용률의 최적화는 이런 극적인 결과를 가져 오기도 한다.