궤도 위 서버랙: 10만 기 AI 데이터센터 위성 구상이 넘어야 할 복사냉각의 벽

위성 한 기가 곧 서버랙 하나

Orbital Compute의 구상에서 위성 1기는 약 2톤, 길이 100m 규모로 고밀도 서버랙 하나를 통째로 옮겨놓은 형태다. 각 위성은 100킬로와트(kW)급 태양전지 어레이로 전력을 공급받으며, 태양동기궤도(SSO, Sun-Synchronous Orbit)에 배치돼 상시 일광을 확보하는 것을 전제로 한다. 국제우주정거장(ISS)의 태양전지 어레이 총발전량이 약 120kW 수준인 것과 비교하면, 무인 위성 한 기가 유인 우주정거장에 맞먹는 전력을 감당해야 한다는 뜻이다.

이 정도 규모의 태양전지 어레이를 전개·유지하려면 어레이 자체의 구조 강성과 전개 메커니즘 신뢰성이 통신위성급 설계를 크게 웃도는 수준으로 올라가야 한다. 발전량 숫자만 보면 매력적이지만, 그 전력을 실제로 GPU 연산에 쓰려면 다음 문제, 즉 냉각이 기다리고 있다.

진공의 냉각: 공짜지만 느리다

지상 데이터센터는 물의 증발냉각으로 초당 대량의 열을 상대적으로 값싸게 버릴 수 있다. 하지만 궤도에는 대류·전도를 일으킬 매질 자체가 없어, 열을 버리는 유일한 통로는 복사뿐이다. 복사 열전달량은 방열판 표면 온도의 네제곱에 비례한다(스테판-볼츠만 법칙)는 물리적 제약 때문에, 같은 열량을 낮은 온도에서 버리려면 방열판 면적을 큰 폭으로 늘려야 한다. 즉 궤도 데이터센터는 GPU 성능이 아니라 방열판이라는 하드웨어의 질량과 면적이 성능 상한을 정하는 구조다.

여기에 우주방사선이 반도체에 일으키는 단일사건교란(SEU, Single Event Upset)도 넘어야 할 산이다. Orbital Compute는 내년 팰컨9(Falcon 9)에 단일 GPU 실증 탑재체를 실어 방사선 내성을 시험할 계획이라고 밝혔지만, 아직 실비행 데이터는 없다. 오픈AI CEO 샘 올트먼이 궤도 데이터센터 구상을 “터무니없다(ridiculous)”고 평가한 것도 이 검증되지 않은 구간을 겨냥한 발언으로 읽을 수 있다.

이 비교의 시사점은, 궤도 데이터센터가 지상의 세 가지 제약(전력·부지·용수)을 동시에 벗어나는 대신, 복사냉각이라는 물리 법칙 하나로 병목이 집중된다는 점이다. 제약이 줄어드는 것이 아니라 옮겨갈 뿐이다.

전력·에너지 관점

이 구상의 진짜 병목은 발사 비용도 GPU 세대교체 속도도 아니라, 초당 수백 킬로와트의 열을 궤도에서 버리는 방열판의 질량 효율이다.

왜냐하면 복사 열전달은 방열판 온도의 네제곱에 비례해 방출량이 늘어나므로, 같은 열량을 낮은 온도에서 버리려면 방열판 면적을 크게 넓혀야 하고, 반대로 면적을 줄이려면 방열판을 더 뜨겁게 운용해야 해 반도체 신뢰성이 낮아지는 트레이드오프가 생기기 때문이다. 지상 데이터센터가 증발냉각으로 사실상 ‘공짜’에 가깝게 대량의 열을 버리는 것과 달리, 궤도에서는 냉각 능력 자체를 방열판이라는 하드웨어 질량으로 사야 한다 — 이는 그대로 위성 총중량 증가, 곧 발사 비용 상승으로 되돌아오는 전형적 순환 구조다.

여기에 방사선에 의한 칩 오류 대응, 10만 기 규모 군집이 궤도 잔해 환경에 미치는 영향까지 겹치면, 이 사업의 성패는 낙관적 전력 숫자 하나가 아니라 열관리·방사선 내성·궤도 교통관리라는 세 가지 검증되지 않은 변수에 동시에 걸려 있다. 지상에서의 GPU 랙 설계 경험을 궤도에 그대로 옮겨놓을 수 없다는 지상-우주 간극이, 이 계획의 가장 큰 리스크로 남는다.