數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)中心基礎設施效率1（DCIE）已經成為公認的標準。
在為數(shù)據(jù)中心提供能源審計的過程中，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)了一些應用問題。以下是導致功率消耗子系統(tǒng)分類為IT負載、物理基礎設施或其他時出現(xiàn)困難的一些問題：
在數(shù)據(jù)中心遇到的消耗功率的設備，在效率計算時應該如何計算其功率數(shù)據(jù)或是否應該將其計算在內仍然不清楚。
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（例如室外照明或網絡運營中心）一些子系統(tǒng)支持混合使用的設施，并為其它非數(shù)據(jù)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(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備是非常不切實際的，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設備）。
一些實際的電力負荷測量點包括一些與數(shù)據(jù)中心無關的、但在測量時不能分開的負載。
在典型的數(shù)據(jù)中心中經常會出現(xiàn)一個或多個上述應用問題，并且數(shù)據(jù)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(shù)數(shù)據(jù)中心運營商在試圖確定PUE時會遇到一個或多個上述問題，因此應確定一個標準的處理方法。這就是本文的目的。
本文確立了一種收集數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)的標準方法，闡述了如何使用這種方法來計算PUE，并將重點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)針對三部分構成法中的第二、第三部分進行講述：
第2部分：共用資源估計
如果一個子系統(tǒng)由于與非數(shù)據(jù)中心負載共用而不能直接測量其功率消耗，使用標準化方法來估計該類型子系統(tǒng)的功率。
如前節(jié)所述，對數(shù)據(jù)中心負載正確、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)中心相關的消耗功率的設備被其他用途所共用。例如，一個數(shù)據(jù)中心可能與毗鄰的辦公大樓共用一個冷水機組，或者是數(shù)據(jù)中心的UPS電源同時為呼叫中心供電。甚至精確測量這樣一個共用設備的能源使用情況對于數(shù)據(jù)中心的效率計算來說也是無用的，因為這種與負載相關、而不是與數(shù)據(jù)中心相關的設備損耗是不應包括在PUE計算之內的。
當一個設備被共用時一種通常采取的做法是在計算PUE時簡單地省略該設備。這會導致主要誤差，特別是如果該設備是主要的能源消耗設備，例如一個冷水機。對于標準檢查目的來說這種做法會使PUE計算無效。一個更好的策略是估計（或間接測量）與數(shù)據(jù)中心相關的共用設備的損耗部分，然后在PUE計算中計入這些損耗。這種方法能夠產生令人驚訝的準確結果。
考慮冷水機組與其它非數(shù)據(jù)中心負載共用的情況。我們的目標是測量或估計與數(shù)據(jù)中心有關的冷水機組消耗的功率部分。有三種方法來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(shù)據(jù)中心負載的已知電力損耗來測量/估計冷水機的熱負荷，測量/估計冷水機的效率性能，然后使用此信息來計算冷機用于數(shù)據(jù)中心負載的電功率
2.測量/估計數(shù)據(jù)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(jù)比例將冷水機功率的一部分分配給數(shù)據(jù)中心
3.關閉冷水機上的非數(shù)據(jù)中心負載，然后測量冷水機，以確定與數(shù)據(jù)中心相關的冷水機功率2。
這些間接測量和估計通常是在數(shù)據(jù)中心專家能源審計過程中進行，但采用先進技術的數(shù)據(jù)中心運營商也可以進行嘗試。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。這些估計和建模技術可在數(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)量不斷增加的多個選項，用來在其能源管理工具中處理共用資源。
第3部分：測量方法不切實際的設備估計
第三部分：測量方法不切實際的設備估計。如果由于測量技術障礙而不能直接測量某一子系統(tǒng)的功率，使用標準化方法來估計該類型子系統(tǒng)的功率。
本測量方法可以測量數(shù)據(jù)中心內每一個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比較復雜，成本較高，有時不切實際。在許多情況下，對設備進行間接測量和估計能夠以實際可行的、具有成本效益的方式來確定PUE。
考慮配電單元（PDU）的情況，很明顯它是一個功率消耗器件。在部分加載的數(shù)據(jù)中心內，PDU的損耗可能超過10%的IT負載，對于PUE的計算結果具有顯著影響。然而大多數(shù)數(shù)據(jù)中心運營商在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。
有幾個原因可以解釋為什么PDU損耗很難進行直接測量：
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確定損耗
一個PDU有許多輸出，可能需要進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）。事實上，以此方法來估計損耗通常比使用內置的PDU測量儀表更加準確。
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程中使用的軟件工具中，或者是直接植入實時能源管理軟件，正如APC的InfraStruXure Central能源管理軟件系統(tǒng)那樣。
結論
PUE被定義為IT負載功率與數(shù)據(jù)中心輸入功率這兩個數(shù)值之比。盡管最初它似乎只是簡單地獲取兩個測量值并取其比值的問題，但在生產數(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單點來測量數(shù)據(jù)中心的總輸入功率或測量IT負載。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測量點，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。有些時候獲得一些功率測量結果可能是不切實際的，或設備可能被一些非數(shù)據(jù)中心應用所共用，這將使問題進一步復雜化。
本文提供了需要包括在能源使用分析中的各種數(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際的那些設備的能源使用的一些實用方法。
數(shù)據(jù)中心運營商需要認識到，確定PUE并不需要大量的昂貴儀器，因為可通過間接測量和估計來有效估算一個數(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）建立有效的實時能量管理系統(tǒng)。
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