數(shù)據(jù)中心效率（PUE）計(jì)算指南
2011/05/17
作為有效能源管理計(jì)劃的一部分，確定數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施效率的好處已被廣泛認(rèn)可。用電效用（PUE）的標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)及其對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施效率1（DCIE）已經(jīng)成為公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)。
在為數(shù)據(jù)中心提供能源審計(jì)的過程中，施耐德電氣旗下APC通過對(duì)特定數(shù)據(jù)中心PUE的確定發(fā)現(xiàn)了一些應(yīng)用問題。以下是導(dǎo)致功率消耗子系統(tǒng)分類為IT負(fù)載、物理基礎(chǔ)設(shè)施或其他時(shí)出現(xiàn)困難的一些問題：
在數(shù)據(jù)中心遇到的消耗功率的設(shè)備，在效率計(jì)算時(shí)應(yīng)該如何計(jì)算其功率數(shù)據(jù)或是否應(yīng)該將其計(jì)算在內(nèi)仍然不清楚。
某些數(shù)據(jù)中心子系統(tǒng)沒有出現(xiàn)在一些數(shù)據(jù)中心中（例如室外照明或網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營中心）一些子系統(tǒng)支持混合使用的設(shè)施，并為其它非數(shù)據(jù)中心的功能設(shè)施（例如冷卻塔和冷水機(jī)組）所共用，因此歸于數(shù)據(jù)中心的這一小部分功率不能被直接測(cè)量。
對(duì)于某些子系統(tǒng)來說，為其提供功率消耗測(cè)量設(shè)備是非常不切實(shí)際的，或是成本非常高昂（例如對(duì)于PDU，由于其具有大量的輸出接線或開關(guān)設(shè)備）。
一些實(shí)際的電力負(fù)荷測(cè)量點(diǎn)包括一些與數(shù)據(jù)中心無關(guān)的、但在測(cè)量時(shí)不能分開的負(fù)載。
在典型的數(shù)據(jù)中心中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)上述應(yīng)用問題，并且數(shù)據(jù)中心幾乎總是存在共同使用的設(shè)施（例如辦公樓）。由于大多數(shù)數(shù)據(jù)中心運(yùn)營商在試圖確定PUE時(shí)會(huì)遇到一個(gè)或多個(gè)上述問題，因此應(yīng)確定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的處理方法。這就是本文的目的。
本文確立了一種收集數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)方法，闡述了如何使用這種方法來計(jì)算PUE，并將重點(diǎn)放在如何處理混亂或不完整的數(shù)據(jù)。
本文我們將繼續(xù)針對(duì)三部分構(gòu)成法中的第二、第三部分進(jìn)行講述：
第2部分：共用資源估計(jì)
如果一個(gè)子系統(tǒng)由于與非數(shù)據(jù)中心負(fù)載共用而不能直接測(cè)量其功率消耗，使用標(biāo)準(zhǔn)化方法來估計(jì)該類型子系統(tǒng)的功率。
如前節(jié)所述，對(duì)數(shù)據(jù)中心負(fù)載正確、一致的分類是確定數(shù)據(jù)中心PUE的重要組成部分。然而，正如在引言中的解釋，有些與數(shù)據(jù)中心相關(guān)的消耗功率的設(shè)備被其他用途所共用。例如，一個(gè)數(shù)據(jù)中心可能與毗鄰的辦公大樓共用一個(gè)冷水機(jī)組，或者是數(shù)據(jù)中心的UPS電源同時(shí)為呼叫中心供電。甚至精確測(cè)量這樣一個(gè)共用設(shè)備的能源使用情況對(duì)于數(shù)據(jù)中心的效率計(jì)算來說也是無用的，因?yàn)檫@種與負(fù)載相關(guān)、而不是與數(shù)據(jù)中心相關(guān)的設(shè)備損耗是不應(yīng)包括在PUE計(jì)算之內(nèi)的。
當(dāng)一個(gè)設(shè)備被共用時(shí)一種通常采取的做法是在計(jì)算PUE時(shí)簡(jiǎn)單地省略該設(shè)備。這會(huì)導(dǎo)致主要誤差，特別是如果該設(shè)備是主要的能源消耗設(shè)備，例如一個(gè)冷水機(jī)。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)檢查目的來說這種做法會(huì)使PUE計(jì)算無效。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)的共用設(shè)備的損耗部分，然后在PUE計(jì)算中計(jì)入這些損耗。這種方法能夠產(chǎn)生令人驚訝的準(zhǔn)確結(jié)果。
考慮冷水機(jī)組與其它非數(shù)據(jù)中心負(fù)載共用的情況。我們的目標(biāo)是測(cè)量或估計(jì)與數(shù)據(jù)中心有關(guān)的冷水機(jī)組消耗的功率部分。有三種方法來確定被共用的冷水機(jī)組的能源使用情況：
1.利用所有其它數(shù)據(jù)中心負(fù)載的已知電力損耗來測(cè)量/估計(jì)冷水機(jī)的熱負(fù)荷，測(cè)量/估計(jì)冷水機(jī)的效率性能，然后使用此信息來計(jì)算冷機(jī)用于數(shù)據(jù)中心負(fù)載的電功率
2.測(cè)量/估計(jì)數(shù)據(jù)中心和其它負(fù)載之間的熱負(fù)荷比例（使用水溫、壓力、泵的設(shè)置等），測(cè)量冷水機(jī)的輸入功率，然后根據(jù)比例將冷水機(jī)功率的一部分分配給數(shù)據(jù)中心
3.關(guān)閉冷水機(jī)上的非數(shù)據(jù)中心負(fù)載，然后測(cè)量冷水機(jī)，以確定與數(shù)據(jù)中心相關(guān)的冷水機(jī)功率2。
這些間接測(cè)量和估計(jì)通常是在數(shù)據(jù)中心專家能源審計(jì)過程中進(jìn)行，但采用先進(jìn)技術(shù)的數(shù)據(jù)中心運(yùn)營商也可以進(jìn)行嘗試。一旦為特定的數(shù)據(jù)中心確立了方法，以后就很容易重新使用來了解效率趨勢(shì)。
類似的方法可以用于其它類型的共用資源。這些估計(jì)和建模技術(shù)可在數(shù)據(jù)中心的軟件管理工具中正式化，以提供連續(xù)的效率報(bào)告。例如，APC的InfraStruXure Central數(shù)據(jù)中心管理套件提供了數(shù)量不斷增加的多個(gè)選項(xiàng)，用來在其能源管理工具中處理共用資源。
第3部分：測(cè)量方法不切實(shí)際的設(shè)備估計(jì)
第三部分：測(cè)量方法不切實(shí)際的設(shè)備估計(jì)。如果由于測(cè)量技術(shù)障礙而不能直接測(cè)量某一子系統(tǒng)的功率，使用標(biāo)準(zhǔn)化方法來估計(jì)該類型子系統(tǒng)的功率。
本測(cè)量方法可以測(cè)量數(shù)據(jù)中心內(nèi)每一個(gè)功率消耗設(shè)備的能源使用情況。但是，有些設(shè)備的能源使用情況測(cè)量起來比較復(fù)雜，成本較高，有時(shí)不切實(shí)際。在許多情況下，對(duì)設(shè)備進(jìn)行間接測(cè)量和估計(jì)能夠以實(shí)際可行的、具有成本效益的方式來確定PUE。
考慮配電單元（PDU）的情況，很明顯它是一個(gè)功率消耗器件。在部分加載的數(shù)據(jù)中心內(nèi)，PDU的損耗可能超過10%的IT負(fù)載，對(duì)于PUE的計(jì)算結(jié)果具有顯著影響。然而大多數(shù)數(shù)據(jù)中心運(yùn)營商在PUE計(jì)算中省略了PDU損耗，因?yàn)镻DU損耗被認(rèn)為很難確定，從而造成了PUE計(jì)算的嚴(yán)重誤差。
有幾個(gè)原因可以解釋為什么PDU損耗很難進(jìn)行直接測(cè)量：
PDU內(nèi)的測(cè)試儀表根本不能直接提供損耗信息
PDU內(nèi)的輸入和輸出測(cè)試儀表通常不提供瓦特值，而僅有伏安（VA）或安培值
PDU的輸入和輸出測(cè)試儀表并不能精確到足以從輸入中減去輸出來確定損耗
一個(gè)PDU有許多輸出，可能需要進(jìn)行求和以獲得輸出功率
幸運(yùn)的是，PDU的損耗是非常具有確定性的，如果給出PDU的特性，就能從IT負(fù)載直接計(jì)算出PDU的損耗。如果負(fù)載已知，就能以非常高的精度估計(jì)出PDU的損耗（以瓦特、安培或VA為單位）。事實(shí)上，以此方法來估計(jì)損耗通常比使用內(nèi)置的PDU測(cè)量?jī)x表更加準(zhǔn)確。
一旦估計(jì)得出PDU的損耗，從UPS輸出計(jì)量結(jié)果中將其減去就能獲得IT負(fù)載，在確定PUE時(shí)它們被算作基礎(chǔ)設(shè)施負(fù)載的一部分。與忽略PDU損耗相比，此簡(jiǎn)單方法大大提高了PUE的計(jì)算精度。此功能可被植入能源審計(jì)過程中使用的軟件工具中，或者是直接植入實(shí)時(shí)能源管理軟件，正如APC的InfraStruXure Central能源管理軟件系統(tǒng)那樣。
結(jié)論
PUE被定義為IT負(fù)載功率與數(shù)據(jù)中心輸入功率這兩個(gè)數(shù)值之比。盡管最初它似乎只是簡(jiǎn)單地獲取兩個(gè)測(cè)量值并取其比值的問題，但在生產(chǎn)數(shù)據(jù)中心中的情況卻很少是這么簡(jiǎn)單。
數(shù)據(jù)中心往往是具有多種用途的樓宇的一部分，所以不可能找到一個(gè)單點(diǎn)來測(cè)量數(shù)據(jù)中心的總輸入功率或測(cè)量IT負(fù)載。這意味著需要確定用于獲取所有數(shù)據(jù)中心能源使用情況的適當(dāng)測(cè)量點(diǎn)，為了獲得數(shù)據(jù)中心的總輸入功率，通常需要將來自不同子系統(tǒng)的功率使用數(shù)據(jù)組合起來。有些時(shí)候獲得一些功率測(cè)量結(jié)果可能是不切實(shí)際的，或設(shè)備可能被一些非數(shù)據(jù)中心應(yīng)用所共用，這將使問題進(jìn)一步復(fù)雜化。
本文提供了需要包括在能源使用分析中的各種數(shù)據(jù)中心子系統(tǒng)列表，以及如何將這些子系統(tǒng)的能源使用納入PUE計(jì)算。此外，為了考慮PUE計(jì)算，本文還描述了用于確定共用設(shè)備以及測(cè)量方法不切實(shí)際的那些設(shè)備的能源使用的一些實(shí)用方法。
數(shù)據(jù)中心運(yùn)營商需要認(rèn)識(shí)到，確定PUE并不需要大量的昂貴儀器，因?yàn)榭赏ㄟ^間接測(cè)量和估計(jì)來有效估算一個(gè)數(shù)據(jù)中心的許多損耗。
雖然這些方法對(duì)于典型用戶來說似乎難以實(shí)施，但可以通過低成本、易于使用的軟件工具來簡(jiǎn)化問題，并允許任何數(shù)據(jù)中心（大型或小型，新建的或改造的）建立有效的實(shí)時(shí)能量管理系統(tǒng)。
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