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数据中心效率PUE计算指南(上)

日期:2022-08-22


在可使用PUE或其他指标评测数据中心基础设施效率之前,必须制定协议明确规定哪些电耗属于负载,哪些电耗属于物理基础设施,哪些负载不应予以考虑。遗憾的是,通常发布的效率数据并不是使用标准方法计算的,同一个数据中心应用不同的方法会得到不同的效率评级。本系列文章将说明这一问题,并介绍在效率计算中对数据中心负载进行分类的标准化方法。

 

PUE计算指南

简介

 

在有效能源管理计划中,需要确定数据中心基础设施效率,这样做的好处已经得到广泛共识。电源利用效率(PUE)及其相应的数据中心基础设施效率(DCIE)的标准指标已经成为公认的标准。

 

在为数据中心提供能效审核的过程中,施耐德电气通过建立特定数据中心的PUE,发现了很多实际问题。造成难以将耗电子系统分类为IT负载、物理基础设施或两者皆不是的某些问题:

 

在数据中心存在用电设备,但是无法判断应如何(或者是否应)在效率计算中计入,其用电数据不明

有些数据中心中不存在某些数据中心子系统(例如,户外照明或NOC)

某些子系统支持混用设施,与其他非数据中心共用功能(例如,冷却塔和冷却机组),因此无法直接测量可归属于数据中心的用电

某些子系统的电耗测量极为困难或者代价极高[例如,PDU(因为输出接头数量很多)或开关装置]

某些实际用电测量点包含与数据中心无关,但在测量时又无法分开的负载

 

 

上述一种或多种实际问题经常在典型数据中心中出现,并且几乎总是存在于办公楼宇等共用设施的数据中心中。尝试确定PUE的大多数数据中心运营者都会遇到上面的一种或多种问题,所以应定义这些问题的标准应对方式。本系列文章将定义从数据中心收集数据的标准方法,并演示如何使用此方法计算PUE,重点说明如何处理混乱或不完整的数据。

 

PUE计算指南

三部分方法

 

为了克服这些问题,本系列文章概列出以下三部分方法:

 

01

建立标准将数据中心子系统分类为:

(a)IT负载

(b)物理基础设施

(c)不纳入计算

02

如果因为子系统与非数据中心负载分担电耗,造成无法直接测量该子系统的电耗,则使用针对该子系统类型的标准化方法估算用电

03

如果因为测量技术障碍无法直接测量子系统的用电,则使用针对该子系统类型的标准化方法估算用电

 

下面依次说明此方法的每一个部分,本期我们先来了解第一部分:数据中心子系统的标准分类。

 

PUE计算指南

数据中心子系统的标准分类

 

为了执行数据中心效率计算,明确定义哪些电耗属于IT负载,哪些电耗属于物理基础设施,这一点非常关键。服务器和存储设备明显属于IT负载,UPS和制冷/空气处理装置明显属于物理基础设施,但是在计算效率时,数据中心中有很多耗电子系统处于没那么明显的地位,包括个人空间、开关装置以及网络操作中心(图1)。

 

图1 耗电子系统的统一分类是数据中心效率基准评测的根本

 

这些子系统都消耗电能。如果不为所有数据中心统一分类这些子系统,就不可能直接横向比较不同数据中心的效率计算结果。客户、政府机构和公用事业提供商一直在努力建立数据中心效率基准,因此有必要建立标准化指南来界定,哪些应视为IT负载、哪些应视为物理基础设施(有时也称为站点基础设施)、哪些不应纳入数据中心效率计算。此外,获取数据中心效率计算所需要的关键数据通常也存在一些实际问题。

 

在为了计算数据中心效率而将负载归入上述三类时,需要从理论和实际角度考虑一些问题。究竟应不应该在PUE指标中将不同类型的负载计算在内,如果要算,它们是不是算作IT负载,对于这样的问题,理智的人会得出不同的结论。以下实用指南将用来建立本文的分类系统:

 

01

如果管理子系统的能源使用是数据中心能源管理实际需要的结果,则系统负载应纳入PUE指标

02

如果通常情况下在测量过程中单独测量某个具体负载并不现实,则不应规定为了计算指标而单独分离出该具体负载

03

应标准化全面的数据中心设备类型列表,为了数据中心效率计算,将各个类型明确归入“IT负载”、“物理基础设施”或“不包括”三类

 

后面的表将初步尝试建立常见子系统及其分类(为了数据中心效率计算,归入三个类别之一,即“IT负载”、“物理基础设施”或“不包括”)的列表。表1-4提供了应纳入以及不应纳入PUE的子系统的列表。这些子系统分成四个单独的设备类型表:IT、供电、制冷和其他,本期我们先来了解前三种设备类型。

 

 

表1确定了各种IT负载,并将其归入IT负载类别。某些类型的IT设备显然应这样分类,但其他类型并非总是可以这样分类。例如,人们通常分不清灾难恢复IT负载或网络操作中心(NOC)负载是否应归入数据中心内的IT负载。

 

表1 数据中心IT子系统的建议分类 (请参阅图了解类别的背景)

 

几乎所有数据中心都有某种形式的网络操作中心,它可能小至机房内的一张电脑桌,也可能大到配有十几台工作站,满墙都是监视器的大机房。某些情况下,一个组织可能有监视数个数据中心的大型中央NOC,这种情况下,一个数据中心可能要负担一个大型NOC,而另一个类似的数据中心可能只有一个小NOC。有的观点支持在PUE计算中包含NOC,有的则认为应排除NOC。但是,对数据中心相关负载(如NOC)的能源进行管理是可取的,根据这一原则,NOC应包含在能源报告中,因此也应包含在PUE中。而且,NOC相关的能源使用(如供电和制冷)可能也难以跟其他数据中心相关的能源使用分开。这再次说明,将NOC纳入能源报告和PUE计算是切合实际的。

 

 

表2列出了典型数据中心中存在的电源子系统,及其在PUE计算中所属的类别。虽然大部分分类显而易见,但是此图表的重要价值在于它作为一个核对表,可以确保找到所有适当的数据,并将其纳入PUE计算。具体而言,很多报告的PUE评测在PUE计算中不正确地将PDU和静态转换开关(STS)设备归入IT负载,这可能导致出现很大的误差,特别是在非满负荷的数据中心中。虽然有观点认为很难测量这些设备的损耗,但是完全可以高度精确地估算它们。因此,从效率计算中忽略它们完全不合理。

 

表2 数据中心电源子系统的建议分类 (请参阅图了解类别的背景)

 

PUE计算中常犯的其他错误包括忽略开关设备和自动转换开关(ATS)设备。很多情况下,测量这些设备的损耗并不实际或成本效益不合算,但是估算它们总是可行的。虽然这样的估算会有一些误差,但是实际上这些子系统只占整个系统能源使用的一小部分(约1%),所以这样的估算对于能源使用或PUE的最终计算只会造成极小的误差。

 

风力发电机组和太阳能电池板等替代能源发电系统与数据中心并行运转,其能源贡献不应计入PUE,因为这会掩盖真实的数据中心能效,并歪曲该指标的意图。

 

 

表3列出了应纳入PUE计算的各种制冷子系统。请注意,在计算数据中心效率时,经常会无意间忽略其中的某些系统,如补偿空气系统、中央加湿器和供暖机组,导致高估数据中心效率。

 

表3 数据中心制冷子系统的建议分类 (请参阅图了解类别的背景)

 

本期我们对数据中心IT子系统、电源子系统和制冷子系统进行了标准化分类,下期我们继续了解数据中心其他子系统的标准化分类,以及另外两部分内容——共享资源估算和无法测量的设备的估算。下期


在可使用PUE或其他指标评测数据中心基础设施效率之前,必须制定协议明确规定哪些电耗属于负载,哪些电耗属于物理基础设施,哪些负载不应予以考虑。遗憾的是,通常发布的效率数据并不是使用标准方法计算的,同一个数据中心应用不同的方法会得到不同的效率评级。本系列文章将说明这一问题,并介绍在效率计算中对数据中心负载进行分类的标准化方法。

 

PUE计算指南

简介

 

在有效能源管理计划中,需要确定数据中心基础设施效率,这样做的好处已经得到广泛共识。电源利用效率(PUE)及其相应的数据中心基础设施效率(DCIE)的标准指标已经成为公认的标准。

 

在为数据中心提供能效审核的过程中,施耐德电气通过建立特定数据中心的PUE,发现了很多实际问题。造成难以将耗电子系统分类为IT负载、物理基础设施或两者皆不是的某些问题:

 

在数据中心存在用电设备,但是无法判断应如何(或者是否应)在效率计算中计入,其用电数据不明

有些数据中心中不存在某些数据中心子系统(例如,户外照明或NOC)

某些子系统支持混用设施,与其他非数据中心共用功能(例如,冷却塔和冷却机组),因此无法直接测量可归属于数据中心的用电

某些子系统的电耗测量极为困难或者代价极高[例如,PDU(因为输出接头数量很多)或开关装置]

某些实际用电测量点包含与数据中心无关,但在测量时又无法分开的负载

 

 

上述一种或多种实际问题经常在典型数据中心中出现,并且几乎总是存在于办公楼宇等共用设施的数据中心中。尝试确定PUE的大多数数据中心运营者都会遇到上面的一种或多种问题,所以应定义这些问题的标准应对方式。本系列文章将定义从数据中心收集数据的标准方法,并演示如何使用此方法计算PUE,重点说明如何处理混乱或不完整的数据。

 

PUE计算指南

三部分方法

 

为了克服这些问题,本系列文章概列出以下三部分方法:

 

01

建立标准将数据中心子系统分类为:

(a)IT负载

(b)物理基础设施

(c)不纳入计算

02

如果因为子系统与非数据中心负载分担电耗,造成无法直接测量该子系统的电耗,则使用针对该子系统类型的标准化方法估算用电

03

如果因为测量技术障碍无法直接测量子系统的用电,则使用针对该子系统类型的标准化方法估算用电

 

下面依次说明此方法的每一个部分,本期我们先来了解第一部分:数据中心子系统的标准分类。

 

PUE计算指南

数据中心子系统的标准分类

 

为了执行数据中心效率计算,明确定义哪些电耗属于IT负载,哪些电耗属于物理基础设施,这一点非常关键。服务器和存储设备明显属于IT负载,UPS和制冷/空气处理装置明显属于物理基础设施,但是在计算效率时,数据中心中有很多耗电子系统处于没那么明显的地位,包括个人空间、开关装置以及网络操作中心(图1)。

 

图1 耗电子系统的统一分类是数据中心效率基准评测的根本

 

这些子系统都消耗电能。如果不为所有数据中心统一分类这些子系统,就不可能直接横向比较不同数据中心的效率计算结果。客户、政府机构和公用事业提供商一直在努力建立数据中心效率基准,因此有必要建立标准化指南来界定,哪些应视为IT负载、哪些应视为物理基础设施(有时也称为站点基础设施)、哪些不应纳入数据中心效率计算。此外,获取数据中心效率计算所需要的关键数据通常也存在一些实际问题。

 

在为了计算数据中心效率而将负载归入上述三类时,需要从理论和实际角度考虑一些问题。究竟应不应该在PUE指标中将不同类型的负载计算在内,如果要算,它们是不是算作IT负载,对于这样的问题,理智的人会得出不同的结论。以下实用指南将用来建立本文的分类系统:

 

01

如果管理子系统的能源使用是数据中心能源管理实际需要的结果,则系统负载应纳入PUE指标

02

如果通常情况下在测量过程中单独测量某个具体负载并不现实,则不应规定为了计算指标而单独分离出该具体负载

03

应标准化全面的数据中心设备类型列表,为了数据中心效率计算,将各个类型明确归入“IT负载”、“物理基础设施”或“不包括”三类

 

后面的表将初步尝试建立常见子系统及其分类(为了数据中心效率计算,归入三个类别之一,即“IT负载”、“物理基础设施”或“不包括”)的列表。表1-4提供了应纳入以及不应纳入PUE的子系统的列表。这些子系统分成四个单独的设备类型表:IT、供电、制冷和其他,本期我们先来了解前三种设备类型。

 

 

表1确定了各种IT负载,并将其归入IT负载类别。某些类型的IT设备显然应这样分类,但其他类型并非总是可以这样分类。例如,人们通常分不清灾难恢复IT负载或网络操作中心(NOC)负载是否应归入数据中心内的IT负载。

 

表1 数据中心IT子系统的建议分类 (请参阅图了解类别的背景)

 

几乎所有数据中心都有某种形式的网络操作中心,它可能小至机房内的一张电脑桌,也可能大到配有十几台工作站,满墙都是监视器的大机房。某些情况下,一个组织可能有监视数个数据中心的大型中央NOC,这种情况下,一个数据中心可能要负担一个大型NOC,而另一个类似的数据中心可能只有一个小NOC。有的观点支持在PUE计算中包含NOC,有的则认为应排除NOC。但是,对数据中心相关负载(如NOC)的能源进行管理是可取的,根据这一原则,NOC应包含在能源报告中,因此也应包含在PUE中。而且,NOC相关的能源使用(如供电和制冷)可能也难以跟其他数据中心相关的能源使用分开。这再次说明,将NOC纳入能源报告和PUE计算是切合实际的。

 

 

表2列出了典型数据中心中存在的电源子系统,及其在PUE计算中所属的类别。虽然大部分分类显而易见,但是此图表的重要价值在于它作为一个核对表,可以确保找到所有适当的数据,并将其纳入PUE计算。具体而言,很多报告的PUE评测在PUE计算中不正确地将PDU和静态转换开关(STS)设备归入IT负载,这可能导致出现很大的误差,特别是在非满负荷的数据中心中。虽然有观点认为很难测量这些设备的损耗,但是完全可以高度精确地估算它们。因此,从效率计算中忽略它们完全不合理。

 

表2 数据中心电源子系统的建议分类 (请参阅图了解类别的背景)

 

PUE计算中常犯的其他错误包括忽略开关设备和自动转换开关(ATS)设备。很多情况下,测量这些设备的损耗并不实际或成本效益不合算,但是估算它们总是可行的。虽然这样的估算会有一些误差,但是实际上这些子系统只占整个系统能源使用的一小部分(约1%),所以这样的估算对于能源使用或PUE的最终计算只会造成极小的误差。

 

风力发电机组和太阳能电池板等替代能源发电系统与数据中心并行运转,其能源贡献不应计入PUE,因为这会掩盖真实的数据中心能效,并歪曲该指标的意图。

 

 

表3列出了应纳入PUE计算的各种制冷子系统。请注意,在计算数据中心效率时,经常会无意间忽略其中的某些系统,如补偿空气系统、中央加湿器和供暖机组,导致高估数据中心效率。

 

表3 数据中心制冷子系统的建议分类 (请参阅图了解类别的背景)

 

本期我们对数据中心IT子系统、电源子系统和制冷子系统进行了标准化分类,下期我们继续了解数据中心其他子系统的标准化分类,以及另外两部分内容——共享资源估算和无法测量的设备的估算。下期见啦~

 

 


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