什么是PUE（电源使用效率）？

电源使用效率(PUE)是一项用于确定数据中心能源效率的指标。PUE的计算方法是，将进入数据中心的总电量除以运行数据中心IT设备所用的电量。PUE用比率表示，随着商值向1.0减小，总效率提高。

数据中心基础设施及其内部的处理能力需要消耗大量能源，运行效率低下的数据中心将会消耗更多电力。监控 PUE 等指标有助于对数据中心效率进行基准测试，同时控制成本。组织和数据中心管理人员可以使用此指标(通过能耗来衡量数据中心效率)，然后再次衡量对数据中心设施进行任何更改的影响。这有助于降低功耗和能源成本。

PUE 由绿色网格 (The Green Grid) 的成员创建，该组织是一个专注于数据中心能源效率的行业组织。根据《Uptime Institute 2024 年全球数据中心调查结果》报告，PUE 和功耗是备受关注的可持续发展方法之一。绿色网格组织认可的类似基准测试标准是数据中心基础设施效率(DCiE)。

PUE 是如何计算的?

以下公式计算电源使用效率：

PUE = 设施总功率/IT 设备能耗

设施总功率是指设施的运行功耗，包括所有数据中心硬件、供电组件、冷却系统和照明系统。IT 设备能耗是指用于为现场存储和网络设备以及控制设备(例如显示器和工作站)供电的能耗。

PUE 值必须高于 1.0——理想值为 1.3 到 3.0——这表示高效的电力输送。影响因素包括：使用布线基础设施将电力损耗降至最低甚至为零，以及无需风扇通风即可实现设备冷却。

DCiE 指标通常与电源使用效率 (PUE) 进行比较。它是 PUE 的倒数，因为它将 IT 设备的能耗除以数据中心的总能耗。例如，PUE 为 1.0 表示 DCiE 值为 100%(即能效为 100%)，而 PUE 为 2.0 表示 DCiE 为 50%。

使用以下步骤计算 PUE：

1.测量设施电表的能耗。如果数据中心位于混合用途设施或办公楼内，则仅测量为数据中心供电的电表。如果没有单独的电表，则估算建筑物非数据中心部分的功耗，并将其从公式中剔除。然而，更好的方法是使用数据中心基础设施管理 (DCIM) 应用软件。与其查看电表进行估算，不如安装额外的传感器来收集实时能耗数据，以测量 PUE。

2.在完成电源转换、切换和调节后，测量 IT 设备的负载。最有用的测量点是为计算机和网络设备供电的配电单元。该测量值应代表输送到数据中心服务器机架的总功率。

3.进行计算。收集到测量值后，将设施总功率除以设备能耗，即可计算出 PUE。

PUE 的优势与局限性

测量电源使用效率的优势包括：

  • PUE 计算可重复。该指标旨在多次使用，以衡量数据中心效率的变化。
  • PUE 值可以衡量更高效的实践。该指标有助于确定降低能耗的有效方法。
  • DCIM 软件集成。DCIM 软件可以自动实时计算 PUE，并将数据整合到报告中。
  • PUE 指标可能具有竞争力。拥有良好 PUE 比率的组织可以在营销材料中使用其得分。

然而，数据中心 PUE 也存在一些局限性：

  • 设施总功率计算并非总是准确。设施总功率计算的准确性是影响 PUE 测量的主要因素。如果组织需要通过共享电表估算该数字，则最终计算结果只是一个估计值。
  • PUE 不捕获机架级功耗。机架级功耗不包含在整体 PUE 计算中，这可能会降低 PUE 的准确性。
  • PUE 并非营销指标。虽然企业可以在市场营销中使用 PUE，但该指标旨在用作改进和评估指标。营销人员不应仅仅因为 PUE 是一个广为人知的概念就过度依赖它。

如何降低 PUE?

以下步骤有助于将数据中心的电源使用效率比 (PUE) 降低至接近 1.0：

  • 虚拟化服务器。多个虚拟机可以在单个硬件服务器上运行各自的工作负载，从而降低能耗并节省空间。
  • 改进冷却系统。数据中心需要冷却系统来防止过热。然而，基于制冷剂的冷却系统耗电量巨大。改进这些系统或减少数据中心对它们的依赖有助于降低 PUE。
  • 优化冷空气生产。例如，可以使用自然冷却的室外空气或热交换器，而不是依赖制冷剂。
  • 更换低效硬件。某些硬件的质量和性能可能会随着时间的推移而下降，因此如果服务器或存储系统性能不佳，则应将其更换。
  • 使用节能的不间断电源 (UPS)。配电设计应采用 UPS，以提高效率。更高效的设备和更短的输电距离有助于提高效率。
  • 使用节能照明。虽然照明通常只占能源消耗的一小部分，但它仍然是减少电力和热量产生的一种简单方法。在运动传感器和照明控制器上用LED灯代替荧光灯，有助于降低运行功耗和热量产生。

能源使用效率系统制造商

PUE测量技术通常由生产用于检查和分析数据中心基础设施整体效率的系统的供应商提供。以下是提供PUE测量和专业知识的公司类型：

  • 冷却系统供应商。此类公司提供先进冷却技术的系统和专业知识，以降低能耗。
  • 数据中心基础设施管理工具。DCIM系统负责分析和管理与数据中心基础设施相关的诸多问题。
  • IT设备制造商。戴尔和HPE等公司提供节能服务器和存储设备。
  • 咨询服务。Uptime Institute和绿色网格组织提供改善PUE的咨询服务。

以下供应商提供 DCIM 产品：

  • Device42
  • Hyperview
  • IBM Maximo
  • ManageEngine
  • 微软
  • Modius
  • Nlyte Software
  • 施耐德电气
  • Sunbird Software
  • Vertiv

在选择系统能够测量 PUE 的公司时，请仔细检查每个供应商的功能，以确保它们满足您的基础设施要求。

人工智能对能源使用效率的影响

与当今大多数技术一样，人工智能极大地增强了数据中心基础设施和能源管理技术的功能。人工智能可以通过自动化各种重复性任务(例如电力使用、冷却系统性能监控和维护计划)来增强和优化能源使用。然而，讽刺的是，使用人工智能应用也会增加与能源需求增加相关的成本，从而对数据中心的碳足迹产生负面影响。最终，将人工智能用于能源管理有助于平衡能源使用和环境问题。