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數據中心效率（PUE）計算指南

2011/05/17

　　作為有效能源管理計劃的一部分，確定數據中心基礎設施效率的好處已被廣泛認可。用電效用（PUE）的標準指標及其對應的數據中心基礎設施效率1（DCIE）已經(jīng)成為公認的標準。

　　在為數據中心提供能源審計的過(guò)程中，施耐德電氣旗下APC通過(guò)對特定數據中心PUE的確定發(fā)現了一些應用問(wèn)題。以下是導致功率消耗子系統分類(lèi)為IT負載、物理基礎設施或其他時(shí)出現困難的一些問(wèn)題：

　　在數據中心遇到的消耗功率的設備，在效率計算時(shí)應該如何計算其功率數據或是否應該將其計算在內仍然不清楚。

　　某些數據中心子系統沒(méi)有出現在一些數據中心中（例如室外照明或網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)中心）一些子系統支持混合使用的設施，并為其它非數據中心的功能設施（例如冷卻塔和冷水機組）所共用，因此歸于數據中心的這一小部分功率不能被直接測量。

　　對于某些子系統來(lái)說(shuō)，為其提供功率消耗測量設備是非常不切實(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(xiàn)或開(kāi)關(guān)設備）。

　　一些實(shí)際的電力負荷測量點(diǎn)包括一些與數據中心無(wú)關(guān)的、但在測量時(shí)不能分開(kāi)的負載。

　　在典型的數據中心中經(jīng)常會(huì )出現一個(gè)或多個(gè)上述應用問(wèn)題，并且數據中心幾乎總是存在共同使用的設施（例如辦公樓）。由于大多數數據中心運營(yíng)商在試圖確定PUE時(shí)會(huì )遇到一個(gè)或多個(gè)上述問(wèn)題，因此應確定一個(gè)標準的處理方法。這就是本文的目的。

　　本文確立了一種收集數據中心數據的標準方法，闡述了如何使用這種方法來(lái)計算PUE，并將重點(diǎn)放在如何處理混亂或不完整的數據。

　　本文我們將繼續針對三部分構成法中的第二、第三部分進(jìn)行講述：

　　第2部分：共用資源估計

　　如果一個(gè)子系統由于與非數據中心負載共用而不能直接測量其功率消耗，使用標準化方法來(lái)估計該類(lèi)型子系統的功率。

　　如前節所述，對數據中心負載正確、一致的分類(lèi)是確定數據中心PUE的重要組成部分。然而，正如在引言中的解釋?zhuān)行┡c數據中心相關(guān)的消耗功率的設備被其他用途所共用。例如，一個(gè)數據中心可能與毗鄰的辦公大樓共用一個(gè)冷水機組，或者是數據中心的UPS電源同時(shí)為呼叫中心供電。甚至精確測量這樣一個(gè)共用設備的能源使用情況對于數據中心的效率計算來(lái)說(shuō)也是無(wú)用的，因為這種與負載相關(guān)、而不是與數據中心相關(guān)的設備損耗是不應包括在PUE計算之內的。

　　當一個(gè)設備被共用時(shí)一種通常采取的做法是在計算PUE時(shí)簡(jiǎn)單地省略該設備。這會(huì )導致主要誤差，特別是如果該設備是主要的能源消耗設備，例如一個(gè)冷水機。對于標準檢查目的來(lái)說(shuō)這種做法會(huì )使PUE計算無(wú)效。一個(gè)更好的策略是估計（或間接測量）與數據中心相關(guān)的共用設備的損耗部分，然后在PUE計算中計入這些損耗。這種方法能夠產(chǎn)生令人驚訝的準確結果。

　　考慮冷水機組與其它非數據中心負載共用的情況。我們的目標是測量或估計與數據中心有關(guān)的冷水機組消耗的功率部分。有三種方法來(lái)確定被共用的冷水機組的能源使用情況：

　　1.利用所有其它數據中心負載的已知電力損耗來(lái)測量/估計冷水機的熱負荷，測量/估計冷水機的效率性能，然后使用此信息來(lái)計算冷機用于數據中心負載的電功率

　　2.測量/估計數據中心和其它負載之間的熱負荷比例（使用水溫、壓力、泵的設置等），測量冷水機的輸入功率，然后根據比例將冷水機功率的一部分分配給數據中心

　　3.關(guān)閉冷水機上的非數據中心負載，然后測量冷水機，以確定與數據中心相關(guān)的冷水機功率2。

　　這些間接測量和估計通常是在數據中心專(zhuān)家能源審計過(guò)程中進(jìn)行，但采用先進(jìn)技術(shù)的數據中心運營(yíng)商也可以進(jìn)行嘗試。一旦為特定的數據中心確立了方法，以后就很容易重新使用來(lái)了解效率趨勢。

　　類(lèi)似的方法可以用于其它類(lèi)型的共用資源。這些估計和建模技術(shù)可在數據中心的軟件管理工具中正式化，以提供連續的效率報告。例如，APC的InfraStruXure Central數據中心管理套件提供了數量不斷增加的多個(gè)選項，用來(lái)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)際的設備估計

　　第三部分：測量方法不切實(shí)際的設備估計。如果由于測量技術(shù)障礙而不能直接測量某一子系統的功率，使用標準化方法來(lái)估計該類(lèi)型子系統的功率。

　　本測量方法可以測量數據中心內每一個(gè)功率消耗設備的能源使用情況。但是，有些設備的能源使用情況測量起來(lái)比較復雜，成本較高，有時(shí)不切實(shí)際。在許多情況下，對設備進(jìn)行間接測量和估計能夠以實(shí)際可行的、具有成本效益的方式來(lái)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。在部分加載的數據中心內，PDU的損耗可能超過(guò)10%的IT負載，對于PUE的計算結果具有顯著(zhù)影響。然而大多數數據中心運營(yíng)商在PUE計算中省略了PDU損耗，因為PDU損耗被認為很難確定，從而造成了PUE計算的嚴重誤差。

　　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內的測試儀表根本不能直接提供損耗信息

　　PDU內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(lái)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負載直接計算出PDU的損耗。如果負載已知，就能以非常高的精度估計出PDU的損耗（以瓦特、安培或VA為單位）。事實(shí)上，以此方法來(lái)估計損耗通常比使用內置的PDU測量?jì)x表更加準確。

　　一旦估計得出PDU的損耗，從UPS輸出計量結果中將其減去就能獲得IT負載，在確定PUE時(shí)它們被算作基礎設施負載的一部分。與忽略PDU損耗相比，此簡(jiǎn)單方法大大提高了PUE的計算精度。此功能可被植入能源審計過(guò)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能源管理軟件系統那樣。

　　結論

　　PUE被定義為IT負載功率與數據中心輸入功率這兩個(gè)數值之比。盡管最初它似乎只是簡(jiǎn)單地獲取兩個(gè)測量值并取其比值的問(wèn)題，但在生產(chǎn)數據中心中的情況卻很少是這么簡(jiǎn)單。

　　數據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(lái)測量數據中心的總輸入功率或測量IT負載。這意味著(zhù)需要確定用于獲取所有數據中心能源使用情況的適當測量點(diǎn)，為了獲得數據中心的總輸入功率，通常需要將來(lái)自不同子系統的功率使用數據組合起來(lái)。有些時(shí)候獲得一些功率測量結果可能是不切實(shí)際的，或設備可能被一些非數據中心應用所共用，這將使問(wèn)題進(jìn)一步復雜化。

　　本文提供了需要包括在能源使用分析中的各種數據中心子系統列表，以及如何將這些子系統的能源使用納入PUE計算。此外，為了考慮PUE計算，本文還描述了用于確定共用設備以及測量方法不切實(shí)際的那些設備的能源使用的一些實(shí)用方法。

　　數據中心運營(yíng)商需要認識到，確定PUE并不需要大量的昂貴儀器，因為可通過(guò)間接測量和估計來(lái)有效估算一個(gè)數據中心的許多損耗。

　　雖然這些方法對于典型用戶(hù)來(lái)說(shuō)似乎難以實(shí)施，但可以通過(guò)低成本、易于使用的軟件工具來(lái)簡(jiǎn)化問(wèn)題，并允許任何數據中心（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。

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