폭증하는 인터넷 사용의 이면에는 데이터센터 컴퓨터 서버에서 소비되는 막대한 양의 전력이 있다. 이는 지구온난화에 영향을 미친다. 한 연구에 따르면 세계 IT산업 핵심인 데이터센터의 이산화탄소(CO₂) 배출량은 전 세계 총 항공 교통량 만큼이나 기후에 부담을 주고 있다. 용량으로는 연간 400테라와트시(TWh,1TWh=1조Wh)에 해당한다. 게다가 불과 몇 년만 있으면 배출량이 2배가 될 것으로 예상된다. 데이터센터의 친환경 전환이 시급하다.

이런 가운데 최근 덴마크 연구진이 전 세계 컴퓨터 서버 소비 전력을 크게 줄여 줄 멋진 알고리즘을 개발해 공개했다.

미켈 소럽 코펜하겐대 컴퓨터과학과 교수가 컴퓨터 서버 워크플로우를 간소화하는 획기적 방법을 도출, 연구자 그룹에 합류한 지 몇 년만에 에너지와 자원을 획기적으로 줄여준다는 것을 확인했다. 이들은 주요 IT 기업들이 자신들의 고효율 공개 알고리즘을 즉시 구현할 것으로 예상하고 있다.

실제로 IT거인인 구글과 비메오 같은 기업들은 이미 이 알고리즘을 자신들의 시스템에 적극 구현했고, 그 결과 비메오는 자신들의 대역폭 사용량을 8배 줄였다고 보고했다.

소럽 교수와 두 명의 코펜하겐대 동료 연구원들은 5년 전 개발한 알고리즘을 완벽하게 만들어 컴퓨터 시스템의 근본 문제를 해결함으로써 서버 트래픽을 기존에 비해 몇배나 더 빠르게 만들 수 있었다. 즉 일부 서버가 과부하가 걸리는 동안 다른 서버에는 용량이 남아 있는 문제를 해결했다.

소럽 교수는 “서버 과부하의 주요 원인 중 하나를 완전히 제거하는 알고리즘을 찾았다. 우리의 초기 알고리즘은 업계의 작업 방식을 크게 향상시켰지만 이 새로운 버전은 몇 배나 더 우수하며 전력 사용량을 최대한 줄여준다”고 말했다.

그는 이어 “게다가 이 알고리즘은 모두를 위해 무료로 사용할 수 있다”고 말했다. 이 알고리즘 개발에는 학과 동료인 앤더스 아만드와 야콥 백 타이 크누드슨이 참여했다.

트래픽 급증…최대 10억대 서버 부하 균형 잡아라

이 알고리즘은 처리할 수 있는 용량보다 많은 클라이언트의 요청을 받으면서 서버에 과부하가 걸리는 문제를 해결한다. 이런 일은 사용자들이 특정한 비메오 비디오나 넷플릭스 영화를 보기 위해 몰려들 때 벌어진다.

그 결과 서버시스템은 서버 간에 균형 잡힌 배포를 위해 클라이언트들을 여러번 이동하게 만드는 경우가 생긴다.

이같은 부하 균형을 잡기 위해 요구되는 수학적 계산은 시스템에 최대 10억 대의 서버가 포함돼 있을 수 있기에 매우 어렵다.

게다가 시스템은 새로운 클라이언트와 서버 가입 및 탈퇴로 인해 끊임없이 변동한다. 이는 트래픽 정체와 서버 고장 발생은 물론 서버 리소스와 전력 소비로 이어지며 기온 상승에 영향을 미치게 된다.

소럽 교수는 “인터넷 트래픽이 폭발적으로 증가함에 따라 문제는 계속 커질 것이다. 따라서 관련된 서버 수에 따라 달라지지 않으면서 확장 가능한 솔루션이 필요하다. 우리의 알고리즘은 바로 그런 솔루션을 제공한다”고 설명했다.

미국 시스코에 따르면 2017~2022년 인터넷 트래픽은 3배로 늘어날 것으로 전망된다. 내년에 는 온라인 동영상이 전세계 전체 인터넷 트래픽의 82%를 차지한다고 한다.

이전엔 100단계 이동했지만 새 알고리즘은 10단계면 충분

연구진은 이 새로운 알고리즘 원리에 대해 “클라이언트들을 가능한 한 최소로 이동시키면서 서버들 간에 최대한 고르게 분산되도록 하고, 콘텐츠를 최대한 현지에서 검색하도록 보장하는 것”이라고 설명한다.

예를 들어 클라이언트에 배포되는 서버 부하 균형을 유지함으로써 어떤 서버도 다른 서버보다 10%를 넘는 부담을 주지 않도록 하기 위한 방법을 비교해 볼 수 있다.

이전 알고리즘은 이 업데이트를 처리하기 위해 클라이언트를 100번 이동해야 했지만 새로운 알고리즘은 시스템에 수십억 클라이언트와 서버가 있더라도 10번 이동으로 이를 구현할 수 있었다.

소럽 교수는 많은 대기업들이 이미 이 알고리즘의 원래 버전을 구현했기 때문에 업계가 이 새로운 알고리즘을 즉시 채택할 것이며 이미 사용 중일 수도 있다고 믿고 있다.

미켈 소럽은 코펜하겐대 컴퓨터과학과 BARC(Basic Algorithms Research Copenhagen) 연구 센터 책임자이기도 하다. BARC는 알고리즘 설계 및 분석 분야에서 코펜하겐을 세계 4위의 기초 연구 지역으로 만들어 주었다.

이 연구 내용은 권위있는 STOC2021(53rd ACM Symposium on Theory of Computing) 컨퍼런스에서 발표됐다. 내용은 미 코넬대 아카이브(arXiv)(https://arxiv.org/abs/2104.05093)에서 확인할 수 있다.