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一文读懂数据中心PUE如何测算

前言

近年来,随着信息和通信技术设备的指数化增长,特别是5G、云计算的推动下,许多大型私人和公共数据中心如雨后春笋般建立起来。事实证明,数据中心已经成为全球二氧化碳排放的主要来源之一,占全球总排放量的2%。


以下是前海乐成根据相关权威报告整理的有关数据中心PUE的测算方式,以及一些在测算时需要考虑的内容和注意事项。


PUE是什么?


名词解释:Power UsageEffectiveness的简写,是数据中心消耗的所有能源与IT负载消耗的能源的比值,是评价数据中心能源效率的最基本和最有效的指标之一。



PUE的影响:PUE值越接近于1,表示一个数据中心的绿色化程度越高。当上述值超过1时,则表示数据中心需要额外电力开销以支持IT负载。因此,PUE的值越高,数据中心的整体效率越低。



当前国外先进的数据中心机房PUE值通常小于2,而我国的大部分正在运营的超过5年以上的数据中心的PUE值都保持在2~3之间,只有少部分新建数据中心的PUE值可达到1.4甚至1.3的水平,而且还是在没有任何“水分”的前提下测量得出的结果。


PUE的制约因素都有哪些?


数据中心基础设施除了为IT设备提供能量之外,还需要进行其他有效的工作,而这些工作称之为“辅助支持”。下图是一个典型的数据中心能源消耗分布图。



从图中数据可知,数据中心基础设施能耗占53%,IT设备耗电量仅为47%,由此可计算该数据中心的能源使用效率(PUE值)为:(53%+47%)/47%=2.13


在上述例子中,数据中心基础设施能耗的比例53%中,暖通系统能耗占41%(其中冷水系统占23%,加湿系统占3%,精密空调占15%),配电系统占9%(其中UPS能耗占6%,PDU能耗占3%),照明及辅助设备占2%,开关装置/发电机占1%。因此,我们可以得出影响PUE值的因素主要有:基础设施能耗和IT设备能耗。


如何计算数据中心的PUE


虽然大家都知道影响PUE值的主要因素是基础设施能耗和IT设备能耗,但是哪些能源消耗是由IT负载产生的、以及什么负载不应该被计算在内等一系列问题并未达成精准的共识,而通常公布的效率数据并没有使用标准的方法进行计算,众说纷纭。


2016年,施耐德电气参考借鉴了ASHRAE和绿色网格组织所共同发布的《PUE:综合全面的检查度量标准》一文,定义了一套标准的PUE计算指南,为广大读者解析如何计算数据中心PUE值,并把重点放在了如何处理混乱或不完整的数据方面。这套指南一共分为三个部分,一直延续至今。


第1部分:数据中心子系统的标准分类


施耐德电气认为,关于数据中心的各种类型的设备的一份综合列表应该是标准化的,其应该对“IT负载”、“物理基础设施”、及“不应该被包括在数据中心效率的计算范围内的设备”进行明确的分类界定。


下表是对建立一份通用的子系统列表及其各自应该被分配到三个类别中的哪一类所进行的一个初步尝试,分别以“IT负载”、“物理基础设施”或“不被包括(在数据中心能源效率计算范围之内)”。这些子系统被分为设备类型的四个单独表:IT设备、电源设备、冷却设备及其他设备。


数据中心子系统的统一分类


表1:数据中心IT子系统的建议分类


表2:数据中心电源子系统的建议分类



表3:数据中心制冷子系统的建议分类


表4:数据中心其他子系统的分类


第2部分:共享资源的估计


如上文所述,正确和一致的数据中心负载分类,是确定数据中心PUE的一个重要部分。然而总有一些消耗功率的设备以及一些与数据中心运营相关的设备是与其他用途所共用的。即使对于这样共享设备的能耗情况的精确测量实际上也无助于数据中心效率的计算,因为该设备的能耗应该与负载相关,而不应该被包括在数据中心的PUE之内。


当一款设备是被共享时,所采取的一种常见的方法是简单地将该设备从PUE计算中省略。这可能会导致重大的错误,特别是如果该装置是一个主要的能源用户的话,如一台冷却机组。这种做法使得以基准为目的的PUE计算变得无效。施耐德电气认为,一个更好的策略是估计(或间接测量)与数据中心相关的共享设备的功耗部分,然后将其纳入到PUE计算中。



这类间接测量和估计的方法一旦为某一特定的数据中心确定了,再次使用该技术来计算随着时间的推移效率的趋势就变得很容易了。类似的技术可用于其它类型的共享资源。这些估计和建模技术可以在数据中心的软件管理工具中被形式化,以提供连续的效率报告。


第3部分:不切实际的设备测量的估算


数据中心的每款功率消耗装置设备都可以有其能源使用测量方法。但是这些方法可能是相当复杂的、成本昂贵的,甚至对于一些装置的能源使用情况的测量是不切实际的。


施耐德电气建议:在许多情况下,在一个实际的和成本有效的PUE测定方式中,可以允许采用间接测量和设备能耗估计的方法。



如果提供了PDU的功能特点,其可以从IT负载直接计算得出。因此一款PDU的功耗可以以高精准度被估计,无论该负载是以瓦特值、伏安或安培为电流单位提供的。这一功能可以内置到能源审计过程中所使用的软件工具,或可以直接内置到实时的能源管理软件。


在本文中,我们为广大读者朋友们简单的介绍了PUE的名词解释和其在数据中心中的作用,以及大篇幅的解析了一套关于如何计算数据中心PUE的指南,以便于大家更加有系统有条理的进行PUE的测算。


资料来源:施耐德电气-数据中心科研中心《数据中心效率计算指南》

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