数据中心能耗指标PUE解释

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数据中心能耗指标 PUE 解释

本文深入浅出地解释了数据中心能耗评价指标电能利用效率 PUE 的基

本概念和发展历史,并对数据中心能耗构成及对 PUE 计算的影响进行

了分析,阐述了影响 PUE 值的各项重要因素,总结了目前业界数据中心

节能的主要方法并提出相关建议。

一、PUE 基本概念

1.定义

电能利用效率(Power Usage Eﬀectiveness,PUE)是2007 年由美国绿

色网格组织(The Green Grid, TGG)提出的用以评价数据中心能源利用

效率的一种指标,目前被国内外数据中心行业广泛使用。根据 TGG 的

定义, PUE 计算公式为:PUE=Pt/PIT,其中 Pt 为数据中心全年总耗电量,

单位是 KWh;PIT 为数据中心的 IT 设备全年耗电量,单位也是 KWh。数

据中心 IT 设备的耗电量是包含在数据中心总耗电量内,所以 PUE 是一

个大于 1的数值, PUE 值越低,说明数据中心用于 IT 设备以外的能耗越

低,越节能。当前,国外先进的数据中心 PUE 值通常小于 2。2015 年我

国工业和信息化部、国家机关事务管理局和国家能源局在《关于印发

国家绿色数据中心试点工作方案的通知》中指出:我国数据中心大多数

的PUE 仍普遍大于 2.2,与国际先进水平存在较大差距。

在研究 PUE 时,很有必要对两大重要组织做简单介绍。一个是上文提

到的绿色网格组织(TGG)。它是一个全球性非营利机构,致力于开发影

响深远而又不受任何平台约束的技术标准、测量方法、处理流程及新

技术,力求提升数据管理方面的能源效益。TGG 在2012 年发布的第

49 号白皮书《PUE:指标的综合检验》中对 TGG 之前出版的有关 PUE

的文件进行了全面梳理和总结,重新给出了 PUE 的定义和计算方法。

另一个组织是美国供暖、制冷与空调工程师学会(ASHRAE)。无论是

在美国还是在全球, ASHRAE 都是数据中心最重要的技术资料来源。

ASHRAE 在2016 年发布公告称 PUE 只适合对运行中的数据中心的效

率进行评价,而不适合于数据中心的设计,因为在设计过程中无法准确

地确定系统的 PUE。

这里需要关注的是,即使后续在 PUE 基础上衍生了各种指标,基于

PUE 的测量值都是一段时间内的耗电量,而不是瞬时的功耗。用瞬时

功耗的比值来计算 PUE,不能体现数据中心的能耗水平。TGG 也明确

指出:在计算 PUE 时,最佳实践是自动、实时监控,每隔 15 分钟或者更

短时间间隔内采集数据;当报告PUE 值时,数据中心的所有者应使用一

年内的平均PUE 值。因此,在给出 PUE 值的同时,必须说明测量周期

或者测量的时间点。同时, TGG 也明确指出,不同数据中心的 PUE 值

不能进行简单的比较。

2.采集点

TGG 给出了 PUE 计算时的三种测量采集方法。数据中心总耗电量 Pt

都是电力公司对数据中心的输入。如果数据中心所在的建筑物是多用

途的,必须对数据中心的总耗能进行识别,需要减去办公区域的用电。

但是用于数据中心技术支持的总控中心的用电必须包括在内。IT 设备

总耗电量 PIT 的采集点有三种:第1级是基本级别,采集点是 UPS 的输

出;第2级是中级级别,采集点是机房内配电柜的输出;第3级是高级级

别,采集点是机柜内电源插座的输出,也就是IT 设备的输入,具体见表

1。这三种计算方法的采集点对电力使用的功耗或电量的采集的颗粒度

要求逐级提高。目前,我国多数数据中心采用的是第 1级的采集和计算

方式。因此,得到的 PUE 数值也比第2级和第 3级数值更低。

3.片面性

目前,业界公认PUE 是一个片面的指标,有局限性。最明显的一点是,

当采用虚拟化等技术时会大幅降低IT 设备的数量和耗电量,从而实现

降低电费这一最有实际效益的目标。但是,数据中心 IT 设备耗电量降

低时,数据中心总耗电量并不会同样程度地降低,两者之间不是简单的

线性关系,这就造成了数据中心 PUE 值反而增大。因此,业界十几年来

尝试研究其他更为科学的指标。这些衍生而来的性能指标主要包

括:ASHRAE 提出的暖通空调负载系数(MLC)、供电损失系数(ELC) ;T

GG 提出的 IT 设备热一致性(ITTC)、IT 设备的容错性(ITTR)、水利用

效率(WUE)和碳利用效率(CUE) ;ISO 提出的可再生能源系

数(REF)、服务器能源效率(ITEE)等。但是,多数新提出的衡量指标

由于偏学术或者计算复杂,很难被接受。因此, PUE 仍是目前数据中心

能耗衡量的最重要指标。2016 年4月15 日,国际标准化组织发布了

ISO/IEC 30134-1 标准, PUE “ ”被称为数据中心的关键性能指标。

4. EEUE

在国内,由于意识到PUE 指标的片面性以及业界在应用时的随意性,

2016 年我国发布了 GB/T 32910-2016《数据中心资源利用第 3部分:

电能能效要求和测量方法》。该国家标准参照 PUE,重新定义了 EEUE

(Electric energy usuage eﬀectiveness)。EEUE 在计算公式上与 PUE

相同。该国标对 EEUE 的测量、计算方法进行了统一的规定,明确提出

了我国数据中心电能能效要求,将数据中心按其电能使用效率值的大小

分为节能、较节能、合格、较耗能和高耗能五级。同时,该标准在充分

考虑我国国情的基础上,根据数据中心的制冷技术、使用负荷率、安全

等级和所处地域的不同,制定了能源效率值调整模型。通过该调整模型

可以实现不同数据中心的比较,从而形成全国范围内数据中心能效的统

一比较标准。GB/T 32910-2016 也明确指出,电量数据的标准取得方法

是使用电能计量仪表统计的方式,而不是使用功率表以抽样法测量的方

式获得。

表1 PUE 能耗采集点

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摘要：

数据中心能耗指标PUE解释本文深入浅出地解释了数据中心能耗评价指标电能利用效率PUE的基本概念和发展历史, 并对数据中心能耗构成及对PUE计算的影响进行了分析, 阐述了影响PUE值的各项重要因素, 总结了目前业界数据中心节能的主要方法并提出相关建议。一、PUE基本概念1. 定义电能利用效率 (PowerUsageEffectiveness,PUE) 是2007年由美国绿色网格组织(TheGreenGrid,TGG) 提出的用以评价数据中心能源利用效率的一种指标, 目前被国内外数据中心行业广泛使用。根据TGG的定义,PUE计算公式为:PUE=Pt/PIT,其中Pt为数据中心全年总耗电量, 单位是...

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