(🔒 유료) AI가 흔드는 거대한 에너지 변화

2024년 6월 3일 월요일

오늘은 AI 산업의 성장이 만들고 있는 또 다른 거대한 변화에 대한 이야기를 전해드립니다. 에너지 업계는 팬데믹을 지나오면서 지난 몇 년간 이전에는 경험해 보지 못한 변화를 지나오기도 했는데요. AI 모델의 수요 증가와 이에 따른 데이터 센터의 확장은 변화에 민감하지 않은 기존 에너지 업계의 변화에도 영향을 미치는 중입니다.

현재 AI의 전력 수요는 기존과 대비해 어느 정도로 커지고 있는 것일까요? 빅테크 기업들의 커진 에너지 수요는 당분간 어떤 에너지원의 증가를 불러올까요?

AI 레이스를 펼쳐야 하는 빅테크 기업들에게는 에너지 수급의 중요성이 그 어느 때보다 커지는 중이고, 이들이 필요로 하는 증가분이 어떤 에너지로 어떻게 충당할 수 있는지는 전 산업에 걸친 이슈입니다.

[에너지] #데이터센터 #AI수요

AI가 만드는 거대한 에너지 변화

"챗GPT에 질문 한 번 할 때마다 사용되는 전기는 얼마나 될까요?"라는 질문에 "약 2.9와트시(Wh)"라는 답을 얻으면 AI의 전력 소비량에 대한 체감을 하기는 어렵습니다.

하지만 질문을 아래와 같이 바꾸고 답을 얻어보면 체감이 가능합니다.

"챗GPT에 질문 한번 할 때 사용되는 전력량은 구글에 검색 한번 할 때와 비교했을 때 어느 정도인가요?"

"10배입니다." (참고로 구글 검색은 현재 한 번에 약 0.3와트시의 전력을 소모한다고 알려졌습니다.)

이처럼 AI 산업이 미국의 빅테크를 중심으로 폭발적으로 성장하면서, 이를 처리할 데이터 센터의 수는 크게 늘어날 것으로 예상되죠. 게다가 이미 미국은 현재 전 세계에서 가장 많은 데이터 센터가 몰려 있고, 앞으로 그 증가세도 가장 커질 것으로도 예상되는데요. 2030년까지 미국 내 데이터 센터들은 미국 전체 전기 사용량의 4.6~9.1%를 차지할 것이라고 미국의 비영리 연구기관인 EPRI(Electric Power Research institute)가 발표했습니다. 지난해를 기준으로 이 비중은 4%였습니다.

골드만삭스도 최근에 내놓은 리포트를 통해 2030년까지 데이터센터들이 사용하는 전기량 비중은 미국 전체의 8%가 될 것이라고 예측했습니다. 전력 수요는 160% 증가하는 것이라고 봤죠. 맥킨지도 마찬가지로 (미국 기준) 2029년에는 2022년 대비 데이터 센터의 에너지 수요가 2배 가까이 증가할 것이라고 내다보고 있습니다.

전 세계적으로는 어떨까요? 골드만삭스의 분석은 현재 전 세계 데이터 센터가 차지하는 전력 사용량은 그 비중이 1~2%로 추정되고, 2030년까지 이 비중은 3~4%가 될 것이라고 보고 있습니다. 이런 증가세는 2000년대 초 이후로 처음이라고 합니다.

얼핏 보면 커 보이는 수치가 아니지만, 점점 늘어가는 전력량 속에서 그 비중이 5~6년 내 2배 이상이 되는 것은 그 성장 속도가 아주 빠르다는 것을 보여주죠. 또한 현재 AI 산업이 얼마나 빠르게 성장 중인지도 보여주고요.

이를 실감할 수 있는 더 직관적인 예는 엔비디아의 실적에서도 나옵니다. 엔비디아는 1분기 실적을 발표하면서 데이터 센터 비즈니스가 전년동기대비 427% 성장했다고 알렸죠. 이 수치만 봐도 현재 데이터 센터 사용량이 얼마나 증가하고 있는지를 알 수 있습니다.

그렇다면 여기서 가장 중요한 질문이 나옵니다. 이 전력량은 어떤 에너지로 충당할 수 있을까요?

데이터 센터 수요가 '폭발적으로' 증가하고 있다는 예상은 계속 업데이트되고 있습니다.

빅테크도 뾰족한 답은 없는 상황

빅테크 기업들은 기업 운영 전 과정에서 탄소중립을 이루겠다고 약속을 한 상황이고, 이미 전 세계 청정 에너지 기반 전력 구매 증가량의 상당 부분을 차지하고 있습니다. 하지만 이렇게 빠르게 증가하는 전력량을 재생에너지와 같은 에너지원으로 전부 충당하기에는 어려울 것으로 예상됩니다.

그리고 현재로서는 이렇게 짧은 시간 내에 증가하는 에너지량은 당연하게도 우선 화석 연료, 그중에서도 천연가스가 될 가능성이 가장 높습니다. 골드만삭스는 증가분의 60%는 천연가스가 충당하고, 40%는 재생에너지로 채울 수 있다고 보고 있죠. 미국 투자 은행인 TD 코웬은 중단기적으로 에너지 증가분의 75~100%가 천연가스가 될 것으로 예측하고 있고요.

일단 이렇게 증가하는 데이터 센터들로 인해 늘어나는 전력량에 대한 여러 기관의 전망도 살펴보면요.

보스턴컨설팅(BCG)은 이미 지난해 미국 데이터 센터들에서만 소비되는 전력량이 2030년에 2022년 대비해서 3배가 될 것으로 예측하고 있습니다. 이는 미국 전체 에너지 수요의 7.5%이고요.
국제에너지기구(IEA)는 최근에 내놓은 리포트를 통해 2026년이면 전 세계 데이터 센터의 에너지 사용량이 일본 전체의 전력 소비량과 비슷해질 것으로 보고 있습니다.
미국에서 데이터 센터가 가장 많이 몰려있는 북부 버지니아 지역의 경우, 향후 15년간 에너지 수요량이 100% 늘어날 것이라고 지역 전력 사업자인 도미니언 에너지(Dominion Energy)가 예상하고요.

결국, 재생에너지 사용량을 늘려 탄소중립을 최대한 빨리 이루겠다고 한 빅테크 기업들도 AI 모델 발전에 따라 사용될 에너지량을 다시 예측하고, 다시 에너지 수급 계획을 짜야 하는 상황입니다.

마이크로소프트의 경우, 5월에 발표한 2024년 지속가능성 리포트를 통해 생성 AI 사업 추진에 따라 탄소 배출량이 2020년에서 2023년 사이 30%가량 뛴 것으로 알렸는데요. 구체적으로는 데이터 센터를 새로 세우고, 이에 들어가는 자원과 새롭게 필요한 반도체 등의 부품에서 추가로 발생한 것으로 본다고 밝혔죠.

마이크로소프트의 결과가 말해주는 것은 현재까지 수준에서 늘어난 사용량만으로도 에너지 사용 증가와 그에 따른 탄소 배출량이 짧은 기간 내 크게 뛸 수 있다는 것입니다.

AI로 인한 산업 변화 그리고 그로 인해 발생하는 전력량을 현재 재생에너지로 모두 감당할 수 있는 기업은 없습니다. AI 산업의 성장은 예상하지 못했던 전력량을 증가시켰고, 새로운 산업의 성장 예측은 결국 향후 에너지원 수급 계획에도 큰 변화가 일어나도록 만든 것입니다.

마이크로소프트뿐만 아니라 구글과 아마존, 메타를 비롯한 다른 빅테크 기업들도 모두 지금 짜놓은 에너지 계획을 수정 중인 것으로 예상할 수 있습니다. 2050년까지 탄소중립을 이루겠다는 각 산업의 계획은 또 한 번 일어난 테크 혁신 앞에서 크게 수정되어야 하는 상황이라고 말할 수도 있는 상황이고요.

결국 AI의 발전도 전력에 달렸고, 이 전력을 어떤 에너지원으로 충당하는지에 대한 논의는 탄소중립 논의와 함께 맞춰서 해야 하는 상황입니다.

지금 석유 공룡들은 왜 합치는가

이런 변화에 따라 또 살펴봐야 할 움직임이 있습니다. 바로 최근에 지속해서 일어나고 있는 미국 석유 공룡들의 인수합병 현황입니다.

지난해 10월에 대표적인 미국 빅오일인 엑손모빌은 파이오니어 내추럴 리소스를 600억 달러(약 82조 7000억 원)에, 쉐브론은 헤스 코퍼레이션을 530억 달러(약 73조 원)에 인수합병하기로 한 데 이어, 최근에는 미국 석유업계 3위 사업자인 코노코필립스가 역시 미국 석유 기업인 마라톤오일을 225억 달러(약 31조 원)에 인수합병하기로 했죠. 이들의 인수합병은 공교롭게도 대규모 산업 변화가 일어나면서 새로운 에너지 수요가 필요한 시점에 이루어지고 있는 중이에요.

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