前言
近年來(lái)，隨著信息和通信技術(shù)設(shè)備的指數(shù)化增長(zhǎng)，特別是5G、云計(jì)算的推動(dòng)下，許多大型私人和公共數(shù)據(jù)中心如雨后春筍般建立起來(lái)。事實(shí)證明，數(shù)據(jù)中心已經(jīng)成為全球二氧化碳排放的主要來(lái)源之一，占全球總排放量的2%。
以下是前海樂(lè)成根據(jù)相關(guān)權(quán)威報(bào)告整理的有關(guān)數(shù)據(jù)中心PUE的測(cè)算方式，以及一些在測(cè)算時(shí)需要考慮的內(nèi)容和注意事項(xiàng)。
PUE是什么？
名詞解釋：Power UsageEffectiveness的簡(jiǎn)寫(xiě)，是數(shù)據(jù)中心消耗的所有能源與IT負(fù)載消耗的能源的比值，是評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)中心能源效率的最基本和最有效的指標(biāo)之一。
PUE的影響：PUE值越接近于1，表示一個(gè)數(shù)據(jù)中心的綠色化程度越高。當(dāng)上述值超過(guò)1時(shí)，則表示數(shù)據(jù)中心需要額外電力開(kāi)銷(xiāo)以支持IT負(fù)載。因此，PUE的值越高，數(shù)據(jù)中心的整體效率越低。
當(dāng)前國(guó)外先進(jìn)的數(shù)據(jù)中心機(jī)房PUE值通常小于2，而我國(guó)的大部分正在運(yùn)營(yíng)的超過(guò)5年以上的數(shù)據(jù)中心的PUE值都保持在2~3之間，只有少部分新建數(shù)據(jù)中心的PUE值可達(dá)到1.4甚至1.3的水平，而且還是在沒(méi)有任何“水分”的前提下測(cè)量得出的結(jié)果。
PUE的制約因素都有哪些？
數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施除了為IT設(shè)備提供能量之外，還需要進(jìn)行其他有效的工作，而這些工作稱之為“輔助支持”。下圖是一個(gè)典型的數(shù)據(jù)中心能源消耗分布圖。
從圖中數(shù)據(jù)可知，數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施能耗占53%，IT設(shè)備耗電量?jī)H為47%，由此可計(jì)算該數(shù)據(jù)中心的能源使用效率（PUE值）為：（53%+47%）/47%=2.13
在上述例子中，數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施能耗的比例53%中，暖通系統(tǒng)能耗占41%（其中冷水系統(tǒng)占23%，加濕系統(tǒng)占3%，精密空調(diào)占15%），配電系統(tǒng)占9%（其中UPS能耗占6%，PDU能耗占3%），照明及輔助設(shè)備占2%，開(kāi)關(guān)裝置/發(fā)電機(jī)占1%。因此，我們可以得出影響PUE值的因素主要有：基礎(chǔ)設(shè)施能耗和IT設(shè)備能耗。
如何計(jì)算數(shù)據(jù)中心的PUE？
雖然大家都知道影響PUE值的主要因素是基礎(chǔ)設(shè)施能耗和IT設(shè)備能耗，但是哪些能源消耗是由IT負(fù)載產(chǎn)生的、以及什么負(fù)載不應(yīng)該被計(jì)算在內(nèi)等一系列問(wèn)題并未達(dá)成精準(zhǔn)的共識(shí)，而通常公布的效率數(shù)據(jù)并沒(méi)有使用標(biāo)準(zhǔn)的方法進(jìn)行計(jì)算，眾說(shuō)紛紜。
2016年，施耐德電氣參考借鑒了ASHRAE和綠色網(wǎng)格組織所共同發(fā)布的《PUE：綜合全面的檢查度量標(biāo)準(zhǔn)》一文，定義了一套標(biāo)準(zhǔn)的PUE計(jì)算指南，為廣大讀者解析如何計(jì)算數(shù)據(jù)中心PUE值，并把重點(diǎn)放在了如何處理混亂或不完整的數(shù)據(jù)方面。這套指南一共分為三個(gè)部分，一直延續(xù)至今。
第1部分：數(shù)據(jù)中心子系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)分類(lèi)
施耐德電氣認(rèn)為，關(guān)于數(shù)據(jù)中心的各種類(lèi)型的設(shè)備的一份綜合列表應(yīng)該是標(biāo)準(zhǔn)化的，其應(yīng)該對(duì)“IT負(fù)載”、“物理基礎(chǔ)設(shè)施”、及“不應(yīng)該被包括在數(shù)據(jù)中心效率的計(jì)算范圍內(nèi)的設(shè)備”進(jìn)行明確的分類(lèi)界定。
下表是對(duì)建立一份通用的子系統(tǒng)列表及其各自應(yīng)該被分配到三個(gè)類(lèi)別中的哪一類(lèi)所進(jìn)行的一個(gè)初步嘗試，分別以“IT負(fù)載”、“物理基礎(chǔ)設(shè)施”或“不被包括(在數(shù)據(jù)中心能源效率計(jì)算范圍之內(nèi))”。這些子系統(tǒng)被分為設(shè)備類(lèi)型的四個(gè)單獨(dú)表：IT設(shè)備、電源設(shè)備、冷卻設(shè)備及其他設(shè)備。
數(shù)據(jù)中心子系統(tǒng)的統(tǒng)一分類(lèi)
表1：數(shù)據(jù)中心IT子系統(tǒng)的建議分類(lèi)
表2：數(shù)據(jù)中心電源子系統(tǒng)的建議分類(lèi)
表3：數(shù)據(jù)中心制冷子系統(tǒng)的建議分類(lèi)
表4：數(shù)據(jù)中心其他子系統(tǒng)的分類(lèi)
第2部分：共享資源的估計(jì)
如上文所述，正確和一致的數(shù)據(jù)中心負(fù)載分類(lèi)，是確定數(shù)據(jù)中心PUE的一個(gè)重要部分。然而總有一些消耗功率的設(shè)備以及一些與數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)相關(guān)的設(shè)備是與其他用途所共用的。即使對(duì)于這樣共享設(shè)備的能耗情況的精確測(cè)量實(shí)際上也無(wú)助于數(shù)據(jù)中心效率的計(jì)算，因?yàn)樵撛O(shè)備的能耗應(yīng)該與負(fù)載相關(guān)，而不應(yīng)該被包括在數(shù)據(jù)中心的PUE之內(nèi)。
當(dāng)一款設(shè)備是被共享時(shí)，所采取的一種常見(jiàn)的方法是簡(jiǎn)單地將該設(shè)備從PUE計(jì)算中省略。這可能會(huì)導(dǎo)致重大的錯(cuò)誤，特別是如果該裝置是一個(gè)主要的能源用戶的話，如一臺(tái)冷卻機(jī)組。這種做法使得以基準(zhǔn)為目的的PUE計(jì)算變得無(wú)效。施耐德電氣認(rèn)為，一個(gè)更好的策略是估計(jì)(或間接測(cè)量)與數(shù)據(jù)中心相關(guān)的共享設(shè)備的功耗部分，然后將其納入到PUE計(jì)算中。
這類(lèi)間接測(cè)量和估計(jì)的方法一旦為某一特定的數(shù)據(jù)中心確定了，再次使用該技術(shù)來(lái)計(jì)算隨著時(shí)間的推移效率的趨勢(shì)就變得很容易了。類(lèi)似的技術(shù)可用于其它類(lèi)型的共享資源。這些估計(jì)和建模技術(shù)可以在數(shù)據(jù)中心的軟件管理工具中被形式化，以提供連續(xù)的效率報(bào)告。
第3部分：不切實(shí)際的設(shè)備測(cè)量的估算
數(shù)據(jù)中心的每款功率消耗裝置設(shè)備都可以有其能源使用測(cè)量方法。但是這些方法可能是相當(dāng)復(fù)雜的、成本昂貴的，甚至對(duì)于一些裝置的能源使用情況的測(cè)量是不切實(shí)際的。
施耐德電氣建議：在許多情況下，在一個(gè)實(shí)際的和成本有效的PUE測(cè)定方式中，可以允許采用間接測(cè)量和設(shè)備能耗估計(jì)的方法。
如果提供了PDU的功能特點(diǎn)，其可以從IT負(fù)載直接計(jì)算得出。因此一款PDU的功耗可以以高精準(zhǔn)度被估計(jì)，無(wú)論該負(fù)載是以瓦特值、伏安或安培為電流單位提供的。這一功能可以內(nèi)置到能源審計(jì)過(guò)程中所使用的軟件工具，或可以直接內(nèi)置到實(shí)時(shí)的能源管理軟件。
在本文中，我們?yōu)閺V大讀者朋友們簡(jiǎn)單的介紹了PUE的名詞解釋和其在數(shù)據(jù)中心中的作用，以及大篇幅的解析了一套關(guān)于如何計(jì)算數(shù)據(jù)中心PUE的指南，以便于大家更加有系統(tǒng)有條理的進(jìn)行PUE的測(cè)算。
資料來(lái)源：施耐德電氣-數(shù)據(jù)中心科研中心《數(shù)據(jù)中心效率計(jì)算指南》
