数据中心基础设施管理的能源使用效率！

　　任何设备或系统的效率都来自其能源输入(电能、燃料及任何使其“运转”的能源)中转化为有效结果的那一部分(未获得有效结果的能源输入一律被视为“浪费”)。这一“有效输出”占“总输入”的比例通常以百分比表示，在数据中心基础设施管理的范畴内,效率被定义为总设施功率与IT设备消耗功率的比值。这个参数成为数据中心的能源使用效率(Power?Usage?Effectiveness,简称PUE)。
　　PUE等于1相当于**效率的数据中心。PUE的值越高,数据中心的整体效率越低。目前,PUE值已经成为国际上比较通行的数据中心电力使用效率的衡量指标。PUE值越接近于1,表示一个数据中心的绿色化程度越高。当前,国外先进的数据中心机房PUE值通常小于2,而我国的大多数数据中心的PUE值在2～3之间。也就是说,国内机房内芯片级主设备1W的功耗会导致总体耗电量达到2～3W,而国外机房内芯片级主设备1W的功耗只会导致总体耗电量为2W以下。
　　一、数据中心效率模型中的“有效”和“浪费”概念
　　在上述数据中心的模型中,“浪费”是指所有不属于IT设备所消耗能量。不言而喻,数据中心基础设施管理除了为IT设备提供能量之外,还需进行其他有效的工作,这些工作称为“辅助支持”。
　　数据中心基础设施管理能耗的比例(53%)中,暖通系统能耗占41%(其中冷水系统占23%,加湿系统占3%,精密空调占15%),配电系统占9%(其中UPS能耗占6%,PDU能耗占3%),照明及辅助设备占2%,开关装置/发电机占1%。
　　二、对数据中心基础设施管理进行科学管理,提高数据中心效率。原则上讲,提高数据中心效率的方法有三种:
　　（1）改进数据中心基础设施管理的内部设计,减少工作时的能耗;
　　（2)使数据中心基础设施管理组件的规划与实际IT负载更好地匹配(适度规划),提高组件的工作效率;
　　(3)开发新技术,减少提供数据中心基础设施各项功能所需的能耗。
　　虽然数据中心的效率可以凭经验来确定,即将所有IT设备的能耗相加并与数据中心的电能输入总量相除,提出的做法是依据制造商提供的UPS和精密空调等主要组件的效率声明。这比较省事,但获得的效率参数常常被严重夸大(比如乘以一个系数),掩盖了可能有助于发现省电成本的机会的任何信息。
　　UPS制造商提供的UPS电源设备的效率,通常以输出电能与输入电能的百分比来表示;同样,冷却设备制造商提供的效率通常以“性能系数”(排出的热量与输入的电能之比)的相关参数来表示。
　　不同制造商发布的同类设备的效率值相差并不大,这导致人们简单地认为,只需将各个组件的无效耗电量相加便可获得数据中心的效率损耗数字。实际上,这种方法无法获得真实的数据中心的准确数据。
　　UPS电源设备与冷却系统在以低于设备额定值使用时效率会显着下降,这意味着对数据中心效率进行的任何分析都必须将负载适当地表示为设计容量的一部分。
　　三、对于每种UPS电源及冷却设备而言,设备在低于额定容量的状态下工作的原因主要包括:
　　（1）数据中心IT负载低于系统设计容量。研究结果表明,一般的数据中心都在低于设计值65%的状态下工作。不能物尽其用是数据中心效率地下的一个非常重要的原因;
　　（2）有意使用过度规划的组件,以提供安全容限。设计通常会将组件进行过度规划,其目的是避免组件以接近其容量极限的状态工作。可以在没有任何降额的情况下运行设备,但为高可用性设施推荐的设计实践是采用10%～20%的降额值;
　　（3）组件以N+1或2N配置的形式与其他组件协同工作。通常做法是以N+1甚至2N配置形式来使用设备,以提高可靠性以及/或允许对组件进行同步维护,而*关闭系统。以这种配置来运行数据中心意味着IT负载由更多的设备分担,从而有效地降低每台设备的负担。对于2N系统,任何单一设备的负载都小于其设计值的一半。数据中心的效率受到以N+1或2N配置形式工作设备的严重影响;
　　（4）组件过度规划以适应负载的多样性。这种影响很微妙,距离来说:假如一个数据中心的负载为1MW,由一个1.1MW的UPS提供支持,在UPS与IT负载之间有10台配电装置(PDU),每台都为该IT负载提供部分电能。乍看起来,似乎选用额定值100kW的PDU就能满足系统设计要求。但实际上,由于现实中的数据装修不可能保证每台PDU均匀的负载平衡、平均分配。具体一台PDU的负载取决于该PDU所在机柜内的IT设备,通常一个数据中心各PDU的负载存在数倍的差异。也就是说,我们需要选用额定值不少于200kW的PDU。
　　在数据中心运行维护过程中,人们往往产生这样一个概念:UPS电源及冷却设备的热输出(无效耗电量)占IT负载的比例是微不足道的,因此可以忽略不计。事实上,数据中心内UPS电源和冷却设备产生的热量与IT设备本身产生的热量并无不同,都需要用冷却系统加以消除。这给冷却系统带来了额外的负担。
　　四、通过以上讨论,经过对数据中心运维经验数据分析,可以发现减少损耗和提高数据中心工作效率的措施:
　　（1）较大的节省能源措施是采用允许UPS电源和冷却基础设施随着负载的增加而增加的适应性、模块化结构,以减少数据中心的过度规划;这种措施降低损耗的潜力约为50%;
　　（2）提高冷却系统的效率,这种措施降低损耗的潜力约为30%;
　　（3）降低数据中心UPS电源和冷却设备的空载损耗,这种措施降低损耗的潜力约为10%。
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