우주에 있는 데이터 센터가 클라우드 스토리지의 미래일까요?

지구상의 데이터 센터가 전력을 많이 소모하고 환경에 부담을 준다면, 지구 밖으로 쏘아 올려 문제를 해결하는 것은 어떨까요?

이것이 바로 Y Combinator가 지원하는 스타트업인 Lumen Orbit(2025년 초 Starcloud로 리브랜딩)의 엘리베이터 피치입니다. 이 스타트업은 최근 데이터 인프라의 다음 개척지인 우주 기반 데이터 센터를 구축하기 위해 1,000만 달러 이상을 모금했습니다. 워싱턴 레드몬드에 본사를 둔 이 회사의 야심찬 계획은 궤도에서 사용할 수 있는 고강도 태양광 발전을 활용하여 AI 모델 학습에 필요한 에너지 비용을 대폭 절감하여 잠재적으로 전력 비용을 최대 95%까지 절감하는 것입니다.

환경적 이점도 있습니다. 공동 설립자이자 CEO인 필립 존스턴(Philip Johnston)은 "우주에 있는 데이터 센터는 발사를 포함하더라도 탄소 배출량이 최소 10배 이상 낮을 것으로 예상됩니다."라고 말합니다. "장기적으로는 발사에 필요한 메탄을 친환경적인 방법으로 생산할 수 있습니다."

Starcloud의 첫 번째 단계는 NVIDIA Inception 스타트업 인큐베이터 프로그램의 일환으로 2025년에 예정된 인공위성 시연입니다. Starcloud의 백서에 따르면, 이 접근법은 우주에 태양광 어레이를 제작하여 거대한 태양광 패널을 만드는 데 달려 있습니다. 태양광 어레이는 고밀도 컴퓨팅 모듈에 에너지를 공급하여, 강력한 AI 워크로드에서 발생하는 열을 처리하기 위해 액체 냉각이나 2상 침지 방식을 포함한 첨단 냉각 시스템에 의존하게 됩니다.

존스턴은 “아무도 우리만큼 큰 규모로 생각하고 있지 않습니다.”라고 말합니다.

하지만 사람들은 꽤 오래전부터 우주에 데이터 센터를 설치하는 것에 대해 생각해 왔습니다.

궤도 데이터 센터 설립을 목표로 하는 스타트업이 큰 주목을 받고 있는 것은 그리 놀라운 일이 아닙니다. AI 처리 능력에 대한 수요가 증가함에 따라 Microsoft, Google, Amazon과 같은 주요 기업들은 에너지 수요를 충족하기 위해 원자력 발전소에 눈을 돌리고 있습니다. 미국 전력연구소는 2030년까지 데이터 센터가 미국 전체 에너지 소비의 9%를 차지할 것으로 예상하고 있습니다. 그리고 기업들이 데이터 센터의 입지로 고려하는 것은 우주만이 아닙니다. Microsoft는 바다 깊은 곳에 실험적인 데이터 센터를 개발했다가 결국 폐쇄했습니다. 

우주 기반 데이터 스테이션은 비용 절감, 환경 영향 감소와 같은 이점 외에도 지구상의 원격 위치에서도 데이터를 사용할 수 있고, 자연재해 시에도 연결성을 제공하며, 이론적으로는 물리적 공간을 무한대로 확장할 수 있습니다. 하지만 장애물도 존재합니다. 우선, 위성을 궤도에 발사하는 것은 여전히 비용이 많이 듭니다. (Lumen의 추정치는 820만 달러에 달합니다.) 거리로 인한 지연 문제 때문에 금융 거래와 같은 특정 애플리케이션을 배제될 수 있습니다. 우주 방사선이나 우주 파편 등 우주의 열악한 환경으로 인해 하드웨어 고장이나 복구하기 어려운 데이터 손상이 발생할 수 있습니다.

이러한 어려움으로 인해 정부와 민간 업계의 전 세계적인 관심에도 불구하고 모든 사람이 발사를 준비하지는 못하고 있습니다. 우주 기술을 규율하는 국제 법률과 규정은 계속 진화하고 있습니다. 그리고 많은 정부와 국가 기관은 장기적으로 저지구궤도(LEO)의 데이터 센터로 가는 길을 계획하는 연구 프로젝트를 의뢰하는 등 보다 신중하고 탐색적인 접근 방식을 취하고 있습니다.

EU는 프랑스에 본사를 둔 글로벌 위성 기반 시스템 제조업체인 Thales Alenia Space에 이러한 연구 중 하나를 의뢰했습니다. 6월에 발표된 ASCEND(유럽 탄소 배출 제로 및 데이터 주권을 위한 첨단 우주 클라우드) 타당성 연구 결과에 따르면, 데이터 센터를 궤도에 배치하면 기존의 지구 기반 인프라에 비해 에너지 소비와 탄소 배출을 크게 줄일 수 있는 것으로 나타났습니다. 태양열을 에너지원으로 사용하는 이러한 우주 데이터 센터는 유럽의 2050년 탄소 중립 목표에 따라 수냉식의 필요성을 추가로 제거할 수 있습니다.

이 연구는 Thales Alenia가 2031년까지 구축하기를 기대하는 50킬로와트 규모의 개념 증명을 위한 로드맵을 제시했으며, 2050년까지는 이를 1기가와트 규모로 확대할 계획입니다. 또한 2050년까지 수십억 유로의 잠재적 수익을 예상하고 있습니다.

Thales Alenia Space의 ASCEND 프로젝트 매니저인 다미앵 뒤메스티에(Damien Dumestier)는 "유럽인의 데이터 센터에 대한 필요성은 날로 증가하고 있으며 향후 몇 년 동안에도 같은 방향으로 계속될 것입니다."라고 말합니다. "우주 데이터 센터는 유럽에 환경 발자국을 줄일 수 있는 기회를 제공할 수 있으며 유럽 우주 산업의 미래를 위한 기점이 될 수도 있습니다."

유럽의 다른 지역에서는 스위스 취리히의 IBM 연구팀이 우주 애플리케이션을 위한 AI 기반 소프트웨어 및 하드웨어 구축에 주력하는 폴란드의 KP Labs와 협력하여 유럽우주국(ESA)의 궤도 데이터 센터를 연구하고 있습니다.

향후 과학 논문에 게재될 이 연구에서 연구팀은 데이터 센터에 대한 세 가지 가능한 시나리오를 설명합니다. 처음 두 시나리오는 같은 궤도에 있는 두 개의 위성이 하나는 데이터를 수집하고 다른 하나는 데이터를 처리하는 것입니다. 첫 번째 시나리오에서는 소형 위성이 산불을 감지하고 원시 데이터를 더 큰 위성으로 보내면, 이 위성이 데이터를 분석하여 주요 결과를 지구로 전송합니다. 두 번째 시나리오에서는 LEO에 있는 위성이 지구 궤도를 따라 회전하는 정지 우주 데이터 센터로 불특정 데이터를 전송하여 지상국과 지속적으로 연결할 수 있는 이점이 있습니다. 세 번째 시나리오는 달 착륙선이 데이터 센터 역할을 하며 탐사 로버의 정보를 처리하고 관련 결과를 중계 위성을 통해 지구로 전송하는 것입니다.

IBM Research Europe의 수석 연구원인 요나스 바이스(Jonas Weiss)는 “우리는 목표했던 바를 달성했습니다.”라고 말합니다. “우주에서 대용량 데이터를 엣지 컴퓨팅하는 것이 지구로 전송하는 것보다 경제성이 더 높아지는 변곡점이 다가오고 있음을 보여줄 수 있습니다.”

궤도 데이터 센터는 지구의 처리 능력을 강화하는 데 핵심적인 역할을 할 뿐만 아니라 점점 더 많은 우주 비행사와 연구원들이 우주에서 작업하는 데도 중요해질 것입니다.

인간의 우주 비행 서비스와 인프라를 제공하는 Axiom Space는 현재 상업용 우주 정거장을 개발하고 있습니다. 텍사스주 휴스턴에 본사를 둔 Axiom Space는 NASA의 상업용 LEO 개발 프로그램의 지원을 받아 빠르면 2026년에 국제우주정거장에 Axiom Station의 첫 번째 모듈을 도킹할 계획입니다. 시간이 지남에 따라 이 시설은 단독으로 분리하여 작동할 수 있는 충분한 기능을 갖추게 될 것입니다.

Axiom Space는 우주 정거장에 안정적인 클라우드 서비스를 필요로 하는 승무원이 점점 더 늘어날 것으로 예상하고 있습니다. 이러한 수요를 충족하기 위해 지구 기반 인프라에 대한 의존도를 낮추도록 설계된 궤도 데이터 센터 기능(ODC T1)을 개발하고 있습니다. 이러한 궤도 데이터 센터는 광학 위성 간 링크(OISL)라는 레이저 기반 통신 시스템을 사용하여 다른 위성에 데이터를 안전하게 전송합니다. 모듈식 설계로 인해 수요에 따라 시스템을 확장할 수 있으며, 지상 등급의 하드웨어가 우주의 혹독한 환경에 노출되지 않고도 작동할 수 있는 가압 환경을 제공한다고 Axiom Space 측은 설명합니다.

Axiom은 현재 LEO 연구에 집중하고 있지만, 태양계로의 탐사도 배제하지 않고 있습니다.

Axiom 관계자는 "인류는 달, 화성 및 그 너머의 탐사와 경제 발전에 대한 열망을 가지고 있습니다."라고 말하며, 대규모 인간 또는 로봇 임무를 위한 데이터 센터는 실시간 현장 데이터 처리, 데이터 스토리지 및 AI 기능을 지원할 수 있어야 한다고 덧붙입니다. "지구 궤도에서 ODC를 발전시키고 구현하는 것은 인류가 태양계를 계속 탐험하고 더 멀리 나아갈 수 있는 기술적, 경제적 토대를 마련하는 것입니다.”