0 引言
數據中心近十年來如雨后春筍般拔地而起，數據中心的節能問題也越來越引人注目。如何界定綠色數據中心?國際上尚無統一的標準，目前比較通行的評價指標是PUE ( Power Usage Effectiveness，電能使用效率)，PUE是一個比率，無量綱，取值大于1,PUE值越小越好，國內已建成的數據中心大多在2. 5以上，歐美國家在2左右。
1 PUE定義
PUE概念最早由Christian Belady提出，并由業內頗具影響力的綠色網格組織TGG (The Green Grid)發展和完善，TGG在2007年給出的定義是:
筆者把TFP劃分為ITEP和非IT設備功率NITEP(Non-IT Equipment Power)，非IT設備可以理解為基礎設施，于是該公式可以改寫為:
從公式來看，要降低PUE，只能減小非IT設備耗電量和增大IT設備耗電量，但是非IT設備與IT設備耗電量是有關聯的，不是獨立的變量，在數據中心正常運營的情況下，一般兩者同升同降，但不是簡單的線性關系。實際運用中，往往不會改變IT設備，只有通過采取節能措施降低非IT設備的耗電量來降低PUE，這是一般的數據中心運營管理人員或合同能源管理提供商能做的。
2 PUE提出的目的
數據中心IT設備本身及部署的功率密度值突飛猛進，數據中心的耗電量白然就會水漲船高，運營成本費用中，電費成本遠遠大于其他運營費用，這引起了人們的廣泛關注并著手研究這個課題。在綠色節能大潮的引領下，節能減排勢在必行，初步研究發現基礎設施的用電量比IT設備本身用電量大1倍甚至2倍以上。基礎設施是為IT設備服務的，這有點喧賓奪主的味道。PUE提出的目的就是要降低基礎設施的費用成本，這也是一般運營管理人員能夠做的。
3 PUE的動態變化
我們知道，無論是IT設備還是非IT設備，這些負荷耗用的電功率隨著時間的變化而變化，這種變化是無序的。它既受季節變化的影響，也與其他因素有關。如，數據中心前年增加了視頻監控系統，要求照明燈一直開著;去年又對新風系統進行了改造，將傳統的新風機換成全熱交換器;今年剛剛發生的某個事件導致數據中心的訪問量暴增;精密空調的壓縮機、加濕器、再熱器等等需要經常自動啟停;UPS在逆變和自動旁路工作模式之間自動切換等等，這些因素都會導致PUE每時每刻都在變化。所以我們研究PUE,不能僅看某個時刻的靜態PUE值，還要看它每天、每月或者每年的PUE值，進行“環比”和“同比”，研究它的動態變化趨勢。
4 PUE特指電能使用效率
PUE (Power Usage Effectiveness)是電能使用效率而不是能源使用效率EUE ( Energy UsageEffectiveness )。能源的概念很廣，有可再生的和不可再生的，這些能源和電能之間的換算很難，TGG組織建議采用換算因子進行換算，筆者認為不太可取，我們的目的是節能減排，增加可再生的清潔能源的使用，由于技術水平上的差異，各個國家在不同時期的換算因子也應該是不同的，很難統一。所以，筆者建議:鼓勵數據中心因地制宜地利用太陽能、風能、水能、空氣能(作為冷源使用)、天然冷卻水源、熱電聯產中的副產品熱能、冶金化工等行業的廢熱等等，這些能源不在PUE的計算之列。
5 PUE是相對于IT設備而言的，它也是評價基礎設施電能使用效率的指標
從PUE公式來看，減小NITEP和增大ITEP都會實現PUE的降低，這里筆者把基礎設施統稱為非IT設備，便于研究和理解這兩個對立面之間的關系，下面分三種情況進行討論:
a.非IT設備一次性建設，IT設備分期部署，這是現實中較常見的模式，隨著IT設備的逐漸部署，ITEP也逐漸增大，PUE應該呈現出逐漸降低的趨勢。
b.非IT設備和IT設備同步分期建設與部署，PUE值在一定范圍內波動，并很有可能略有降低。
c.據中心建設的常見模式，這給在漫長的運營周期內改善PUE水平提供了很好的條件。我們可以持續地逐步改進PUE水平，并進行“環比”和“同比”，我們所能做的主要是采取措施降低NITEP。非IT設備是為IT設備服務的，在保持IT設備不變的情況下去減小NITEP，這就是PUE提出的主旨。數據中心基礎設施的用電量減小了，數據中心的電能使用效率也就提高了。
PUE是相對于IT設備而言的，如第a種情況所述，在非IT設備數量不變的情況下，IT設備開啟一臺與開啟兩臺相比，PUE值相差較大，要維持PUE值在理想的水平，運營管理人員應按需開啟非IT設備，避免不必要的浪費。所以我們在數據中心日常管理過程中，需要時刻掌控PUE的變化趨勢，分析判斷這種變化的原因.以便做出正確的決策。
6 PUE必須是在數據中心正常運營時測量才有效
從上文中我們知道，PUE是動態變化的，無論是在數據中心建設初期的試運行階段(這個階段通常IT設備僅開啟少數的幾臺)，還是在建成后的正式運營階段，或者是在突發故障應急運行階段(如非IT設備總電源開關故障)，其PUE值都是不一樣的，甚至可能差別很大。舉一個極端的例子，若采用市電直接對IT設備供電，關掉其他非IT設備，這時PUE值近似等于I，但我們不能說該數據中心能效優異，也許這種狀況只能維持Ss就有服務器死機或宕機了。所以，必須在數據中心正常運營時測量的PUE才是有效的。
7 同一數據中心不同時期的PUE值比較更有意義，不同數據中心PUE值比較意義不大
所有軟硬件配置都相同的數據中心，地域不同PUE值可能也不同，所以不同地域的數據中心的PUE值比較意義不大。但是，在規劃設計時，PUE可以提供一些有益的指導，如指導我們進行數據中心的選址和設備的選型;一旦數據中心建成投人正常運營后，我們應監測PUE的變化，并將每周、每天甚至是每天不同班次的PUE值進行比較，這樣也有利于促進人們養成人走關燈關門、多風涼爽的天氣采用自然通風而少開新風機、盡量少進出機房等良好的機房用電習慣，日積月累，節約的電能是可觀的。
對數據中心建筑本身的維護結構進行隔熱保溫的節能改造，對機房內IT設備進行分類布局、提高部署密度、優化氣流組織等改進措施，調整數據中心所有設備低負荷全用模式為部分設備高負荷運行和部分整機待命備用模式，調整精密空調設定的送回風溫度和相對濕度允許波.動范圍，改干冷器為水冷冷凝器，改直接蒸發式制冷為冷水機組供冷，改多臺小型冷水機組為少數幾臺大型離心式冷水機組，部分季節采用天然冷源給數據中心供冷，這些措施對降低PUE值是有幫助的，雖然這些措施需要增加費用，有的措施甚至還會大幅增加費用，但經過綜合評估從長遠來看還是值得的。在數據中心運營管理過程中，我們不但要用好現有的技術手段，還要不斷學習數據中心節能減排的最新技術并應用到數據中心節能減排改進中來。
8 PUE相關物理量的測量必須在同一時刻或同一時間段內進行
PUE是通過計算總設施功率TFP (Total FacilityPower)和IT設備功率ITEP (IT Equipment Power)的比值得來的，但總設施功率TFP和IT設備功率ITEP的測量必須在同一時刻或同一時間段內進行。實際應用中，PUE值可以通過自動化儀表或者軟件直接讀出，通過實時監測數據中心每一路輸入有功電功率，按一定的頻率同步采集信號并分別計算總設施功率TFP和IT設備功率ITEP算術和后的比值，實時顯示出來，可以查詢或同時顯示日PUE、周PUE,月PUE、年PUE等等，也可以自定義時段進行查詢或顯示PU變化趨勢圖表，這些時段的PUE是通過把對應時間區段內采集到的離散數據先求和再求比值得出的。
總設施功率TFP和IT設備功率ITEP計量的是有功電功率，單位為kW，如果采用普通電度表計量，可以用電度表在該時段始末時刻讀數的差值除以該時段時間，就得出了該時段的加權平均有功電功率。
我們常聽說的某某數據中心報告的PUE達到多少多少，實際上可能是其在某個時刻出現的最小值，不具有代表性，并不能說明其PUE的真實水平，僅能用于該數據中心PUE的實時監測比較，要和其他同類數據中心PUE比較，筆者認為至少是用年平均PUE才能說明一些問題。
9 PUE的比較不考慮經濟因素。僅僅是技術上的比較
這一點很容易理解，雖然PUE是一個比率，但是分子分母都不是貨幣單位，降低PUE值并不是為了省錢。在規劃設計時力求降低PUE值，其結果往往是一次性建設成本的大幅提高，同時帶來預期用電量的減少;在數據中心運營過程中采取措施降低PUE值也會產生一些改造費用，同時也會帶來改造完畢后用電量不同程度的減少。這一增一減，降低了PUE值，也實現了節能減排的目的。
10 數據中心邊界不同得出的PUE值不同
對于一個新建的僅使用電能的獨立數據中心建筑，數據中心的用電設備基本可以分成兩類，IT設備和非IT設備，識別這兩類設備也很容易，不同的人計算出來的PUE也一致。但是，這種數據中心往往只有極少數，絕大部分數據中心所在建筑是多用途的，供給它的能源也是多種多樣的，數據中心僅分攤了其中的一部分。哪些電能(或折算成電能)應該計算在列，哪些不應計算在列，計算在列的究竟分攤多少比例，不同的人有不同的見解，這也使計算數據中心的PUE變得異常復雜，得出的結果自然也會大相徑庭。
對于這種邊界模糊的數據中心，應該制定統一的PUE計算原則，識別數據中心所有相關設備，明確哪些是應計算在列的數據中心設備，哪些是不應計算在列的非數據中心設備，哪些計算在列的數據中心設備是IT設備，哪些是非IT設備，對于非IT設備還要明確是數據中心獨用還是共用，共用的要明確分攤比例，這些原則未必是最合理的，但是，只要我們始終如一秉承這些原則，就可以正確評估各種節能改進措施是否合理，指導我們不斷調整改進節能方案以進一步降低PUE值，達到節能減排的目的。
對于有使用可再生能源(如太陽能、風能等)的數據中心，TGG認為不應計算在列，而且認為對PUE沒有影響。對此筆者有不同見解，不管數據中心是如何利用這種非電能源的，只要這種能源的利用對節能減排有利并且確實降低了數據中心基礎設施的用電量，那么就對降低PUE值有貢獻，這與國外某些PUE值超低的數據中心充分利用天然的冷源給IT設備降溫以實現節能減排是一回事。所以，對于使用某些非電能的數據中心，如太陽能、風能等可再生能源，可利用的廢熱、余熱，天然的低溫水源和空氣能等等，這些能源雖不計算在列，但是合理利用這些能源可以大大減小數據中心的市電用電量，并且很有可能降低PUE值。
11 PUE測量的分類
隨著數據中心建設的火熱進行，在PUE問世的短短五六年間，PUE得到了廣泛認可和不斷發展，全球數據中心的PUE紀錄在不斷刷新，在賺足媒體目光獲得巨大廣告效應的同時，人們開始質疑PUE測量的公正性和權威性。為此，TGG提出數據中心PUE的測量分為4類:PUE0, PUE1, PUE2和PUE3，如表1所示。
表1 PUE測量的分類
上述PUE0-3使PUE的測量具有一定的公正性，避免出現模棱兩可的情況。如PUEO中分子分母均采用一年內的最大值，PUE1-3中分子分母均為年耗能，從PUE0到PUE3，測量的等級要求越來越高。而且，PUE1-3分子分母均不限于電能，可包括某些非電能源，如數據中心的澳化鏗冷水機組使用的燃氣、柴油、煤炭等燃料需折算在內(PUE0用于僅使用電能的數據中心)，避免不同數據中心使用不同能源產生的計算分歧。對于某些數據中心使用天然氣進行熱電聯產的情況，只要數據中心對熱和電進行合理的綜合利用，減少能源浪費，應該可以降低PUE值。如果僅利用其電能，仍然采用電冷機，未利用余熱進行制冷，對熱能棄之不用，對PUE是沒有好處的，因為生產同樣的電能，會比專業熱電廠耗費更多的天然氣，這對節能減排不利。
12 PUE帶給我們的啟示
PUE提出的初衷是希望合理減小數據中心基礎設施的耗電量，更多地使用可再生能源，最終目的是節能減排，而不是一味地追求低PUE值。不同數據中心盲目地攀比PUE不可取。正如PUE創始人Christian Belady所說:“我并不在意你的PUE是1. 25還是1. 5，只要你在關注這個問題，同時又在不
斷取得進步就足夠了。”
13 PUE的局限性
我們知道，對于一個現成的數據中心，基礎設施耗電減少IW只能帶來整個數據中心節能m，如果IT設備耗電減少Iw，整個數據中心就可能節能2 W，甚至更多。但是IT設備節能1W對PUE是沒有幫助的，這就是PUE的局限性，它不能衡量數據中心整體的電能使用效率。也不能衡量IT設備本身的電能使用效率，僅僅是衡量基礎設施的電能使用效率。PUE值低說明大部分電能都用在IT設備上。我們希望找到一個公認的能夠體現數據中心整體或者是體現數據中心IT設備電能使用效率的指標，這個指標應該是單位電能的產出，有量綱的，雖然已經有許多專家學者提出了眾多指標，但到目前為止還沒有一個能像PUE一樣得到廣泛認可。
核心關注：拓步ERP系統平臺是覆蓋了眾多的業務領域、行業應用，蘊涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業務管理理念，功能涉及供應鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業務領域的管理，全面涵蓋了企業關注ERP管理系統的核心領域，是眾多中小企業信息化建設首選的ERP管理軟件信賴品牌。
轉載請注明出處：拓步ERP資訊網http://www.lukmueng.com/
本文標題：解讀綠色數據中心PUE指標
相關文章
