엔비디아 시대 가고 SMR 시대 오나…‘뜨거운 감자’ 전력[딥앤이지테크]

미국 원전 회사 ‘뉴스케일’ 소형모듈원전(SMR) 플랜트 가상 조감도. 두산에너빌리티 제공

기업들은 급변하는 시장 상황과 기술에 맞춰 국경 없는 경쟁을 펼치고 있습니다. 이미 우리의 일상에도 깊숙이 들어온 첨단 기술과 이를 이끄는 빅테크의 소식을 흥미롭고, 이해하기 쉽게 풀어드립니다.

“충분한 전력 공급을 위해 소형모듈원전(SMR)과 같은 새로운 형태의 에너지가 필요할 수도 있습니다.”

지난 4일 김주선 SK하이닉스 인공지능(AI) 인프라 담당 사장이 차세대 원전으로 불리는 SMR을 언급했습니다.

김 사장은 대만 최대 반도체 산업 전시회 ‘세미콘 타이완 2024’ 기조연설에서 AI 시대 가장 큰 문제로 전력을 꼽으며 “2028년에는 데이터센터가 현재 소비하는 전력의 최소 두 배 이상을 사용할 것으로 추정된다”고 내다봤습니다.

AI가 고도화할수록 전력 소비는 급증할 것입니다. AI가 데이터를 대량으로 학습하고 추론하려면 많은 전력이 필요하기 때문입니다.

이정배 삼성전자 메모리사업부장(사장)도 같은 날 AI 시대 메모리가 직면한 과제로 전력 소비 급증을 가장 먼저 짚었습니다.

이 사장은 “생성형 AI 등장으로 모델 파라미터(연산에 쓰이는 매개변수) 수가 급증해 AI 훈련에 필요한 전력 소비량이 증가하고 있다”고 했습니다.

파라미터 1조 8000억개의 ‘챗GPT-4’를 훈련하는 데 148GWh의 전력이 필요하다고 구체적 수치도 언급했습니다.

정보기술(IT) 업계에서는 얼마 전까지만 해도 생성형 AI 구동에 필요한 ‘엔비디아의 AI 칩을 얼마나 빨리 구하느냐’가 최대 관심사였습니다. 그런데 엔비디아 칩이 워낙 고가이고 구하는 데 시간이 오래 걸리다보니 업체들이 여러 개 쓸 것을 한 개만 써도 되는 쪽으로 개발을 하고 있다고 합니다.

일체형 소형모듈원자로(SMR) 기술. 과학기술정보통신부 블로그 캡처

SMR, 일체성 설계로 방사능 물질 유출 위험 적어
부지 제약 적고 표준화 용이…전세계 80여종 개발

하지만 전력 인프라는 다른 문제입니다. 반도체, AI 기업이 해결할 수 있는 게 아닙니다.

반도체 기업의 기술 개발 방향성은 전력 사용량을 최소화하는 고효율 AI 메모리에 초점이 맞춰지겠지만 AI 시대 ‘전기 먹는 하마’로 불리는 데이터센터의 전력 부하를 줄이기 위한 방안에 대해 함께 머리를 맞댈 수밖에 없습니다.

챗GPT 개발사인 오픈AI의 샘 올트먼 최고경영자(CEO)는 “향후 인류가 AI 시스템을 유지하기 위해선 엄청난 양의 에너지가 필요하다. 이 에너지 수요를 맞추기 위해서는 핵분열과 핵융합 등 원자력 발전이 필수적”이라고 했습니다.

실제 올트먼은 SMR 개발사 ‘오클로’에 투자를 했습니다. 이 업체는 2027년 첫 원전 가동을 목표로 하고 있다고 합니다.

SMR은 전기출력 규모가 300메가와트일렉트릭(㎿e) 이하의 소형모듈 원자로를 말합니다. 일체성 설계로 사고가 발생했을 때 연결 부위에서 방사성 물질이 유출될 위험이 대형 원전에 비해 상대적으로 적다는 게 장점입니다.

비상냉각장치, 비상전원이 없이도 사고 발생 시 나오는 ‘붕괴열’(원자력 사고의 주요 원인)이 자연스럽게 외부로 방출하도록 설계돼 있다고 합니다.

부지에 대한 제약이 크지 않은 것도 SMR의 매력입니다. 바닷가 근처가 아닌, 데이터센터 주변에도 구축할 수 있습니다.

소형 원자로를 설계하고 제작하는 작업을 모듈화하기 때문에 표준화도 쉽다고 합니다.

SMR이 ‘탄소 중립’ 시대 에너지 분야의 게임체인저로 불릴 정도로 각광을 받으면서 미국, 일본, 중국, 러시아 등 주요국들이 개발 경쟁에 뛰어들었습니다.

전 세계 80여종의 소형원자로 개발이 진행되고 있다고 합니다. 2035년 SMR 시장이 최대 630조원 규모로 커질 수 있다는 전망도 나옵니다.

주요국의 소형모듈원전(SMR) 정책 및 전략. 과힉기술정보통신부 ‘제268호 과학기술&ICT 정책·기술동향’

지난달 과학기술정보통신부 홈페이지에 올라온 ‘과학기술&정보통신기술(ICT) 정책·기술동향’ 자료에 따르면 미국은 다양한 원자로형을 개발 중입니다. 대부분 2030년 초 가동이 목표입니다. 일부는 인허가 과정에 진입했다고 합니다.

마이크로소프츠 창업주 빌 게이츠가 2006년 세운 SMR 설계 기업 테라파워에는 국내 기업도 투자를 했습니다.

SK㈜와 SK이노베이션이 미국 외국인투자심의위원회 승인을 받아 2억 5000만 달러(약 3000억원) 규모의 지분 투자를 한 것입니다.

한국수력원자력이 테라파워에 약 4000만 달러(약 534억원)를 투자한다는 소식도 들립니다.

테라파워는 차세대 원자로 중 하나인 ‘소듐냉각고속로’(SFR) 설계 기술을 갖고 있습니다. 지난 6월 미국 와이오밍주에서 SMR ‘나트륨’을 포함한 전력 생산 장비 등 제반 공사에 착수했습니다.

미국, 스타트업 중심 다양항 원자로 개발
한국, 경수로 중심 규제·차세대 준비 미흡
최태원 “인센티브 시스템으로 개편해야”

발전 용량 대비 건설 비용 등 넘어야 할 숙제도 있습니다. 테라파워의 4세대 SMR 실증단지(345㎿급) 건설에는 최대 40억 달러(약 5조 5000억원)가 투입될 것으로 알려졌습니다. 이 중 절반은 미 에너지부가 지원한다고 합니다.

미국은 스타트업 중심으로 다양한 차세대 원자로를 개발하고 있지만 국내 기업들은 원자로 설계 기술 난도 등으로 해외 투자 방식을 선호한다고 합니다. 규제 전문기관의 인력 부족·업무 포화, 경수로 중심의 규제 체계로 인한 차세대 원자로 준비 미흡 등 해결 과제도 있습니다. 미래 원전 기술인 SMR 시장이 활짝 열리기 전에 차세대 원자로에 대한 인허가 기준 확보 등 체계적인 준비가 필요해 보입니다.

최태원 대한상공회의소 회장은 지난 4일 부산에서 열린 ‘2024 기후산업국제박람회(WCE)’에서 “우리의 에너지 제도와 인프라는 40∼50년 전 경제개발 시대의 화석연료에 기반하고 있다”면서 “AI 시대 급증하는 전력 수요에 대응하고, 무탄소 에너지 시대를 뒷받침하기에는 아직 역부족”이라고 꼬집었습니다. 그러면서 “기후기술 개발에 더 많은 기업(스타트업)이 참여할 수 있도록 규제 중심의 시스템에서 인센티브 시스템으로 개편해야 한다”고 제안했습니다.

김헌주 기자

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