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量。
對于某些子系統(tǒng)來說，為其提供功率消耗測量設(shè)備是非常不切實(shí)際的，或是成本非常高昂（例如對于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)荷測量點(diǎn)包括一些與數(shù)據(jù)中心無關(guān)的、但在測量時(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。甚至精確測量這樣一個(gè)共用設(shè)備的能源使用情況對于數(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量/估計(jì)冷水機(jī)的熱負(fù)荷，測量/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。
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：測量方法不切實(shí)際的設(shè)備估計(jì)
第三部分：測量方法不切實(shí)際的設(shè)備估計(jì)。如果由于測量技術(shù)障礙而不能直接測量某一子系統(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。
本測量方法可以測量數(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，對設(shè)備進(jìn)行間接測量和估計(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)行直接測量：
PDU內(nèi)的測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測量儀表更加準(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單地獲取兩個(gè)測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)來測量數(shù)據(jù)中心的總輸入功率或測量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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