通过计算和改进电力使用效率(PUE)，提高数据中心的能源效率

多年来，数据中心所有者和运营商一直致力于提高设施能源效率。电力成本在数据中心的运营预算中占了相当大的一部分，并且由于地缘政治的发展，许多地区的电力成本一直在飙升。在美国，运营一个典型的大型数据中心一年的成本占资本支出的8.6%。电力支出占该预算的40%到80%。

超大规模运营商、托管服务提供商和企业的数据中心团队希望高效地为设备供电和冷却设备，以便降低成本，并腾出资金用于其他投资，或将更多利润返还给企业。此外，企业还面临股东和媒体日益增长的压力，要求将电力消耗降至最低。虽然数据中心目前使用全球1%的电力，但由于数字化、人工智能驱动的分析和服务、加密货币以及其他电力和计算密集型趋势呈指数级增长，该行业的电力消耗正在快速增长。

本文将深入探讨电力使用效率(PUE)的概念、它为什么重要，以及如何优化数据中心或设施网络的功耗。

什么是电力使用效率(PUE)，其是如何计算的？

据TechTarget称，PUE是用于确定数据中心能源效率的关键指标，其是通过将进入设施的总功率除以用于运行IT设备的功率来确定的。服务器是最大的能源消耗大户，消耗了数据中心40%的电力，其次是电力和冷却设备，占39%。

设施效率越高，得分越接近1.0。因此，企业希望降低其PUE分数以提高能源效率。根据Gartner的数据，虽然数据中心目前的平均PUE分数为1.57，但一些较新的设施能够达到1.3甚至更低的PUE。

Google在其所有大型数据中心拥有令人羡慕的1.1 PUE。Microsoft的PUE在现有设施中为1.22，在新设施中为1.12。AWS数据无法在线获得，但据说其能效比美国数据中心的中位数高3.6倍。

为什么要使用数据中心基础设施管理（DCIM）软件计算PUE

通过手动计算PUE以监控能源使用情况，这非常耗时，且容易在过程中引入错误。故此，需要计算每个设备的用电量，同时通过比较输入和输出值来计算损耗；把这些数字加起来；然后将总输入功率除以这个总和。要创建可信赖的PUE分数，并衡量数据中心能效计划的影响，需要每周或每月或全年重复这一过程。

有一种更简单的PUE计算方法：使用数据中心基础设施管理(DCIM)软件来帮助提高对数据中心电源链的可见性。如此，可以很容易地看到不同的设备，如配电单元(PDU)、不间断电源(UPS)、机房空调(CRAC)和支持SNMP（简单网络管理协议）的分支电路等的用电量。有了这些数据，PUE的计算变得更加自动化，也更容易进行。

了解数据中心设施的PUE分数有助于：

• 实时监控设备设施用电量
• 分析历史数据以确定关键趋势
• 评估和比较优化能源使用的机会
• 为新投资准备商业案例
• 展示实现可持续发展目标的进展

如何使用PUE数据提高数据中心能效

那么，在计算出PUE分数后，可以采取哪些步骤来提高它？

• 远程监控管理：使用DCIM等集中管理平台，对虚拟化、软硬件资产进行远程监控和管理。这些工具提供了全面而细致的见解；使团队能够跟踪和趋势数据，例如电力消耗；并接收警报，例如设备出现故障时。通过使用此数据维护和升级IT、电源和冷却技术，可以提高PUE分数。
• 停用“僵尸”服务器：僵尸、昏迷或幽灵的服务器是指消耗能源但不处理工作负载的服务器。一项研究发现，大约25%的服务器和30%的虚拟机是僵尸，因此可以退役。DCIM解决方案可以配置为自动删除不消耗电力的系统到PUE评分中，例如虚拟服务器。
• 尽可能虚拟化：数据中心团队现在正在虚拟化无数设备，包括应用、服务器、数据存储、计算网络、用户桌面等等。VMWare等虚拟化技术提供商提供将物理资源与虚拟环境分离的管理程序，使底层设备能够动态支持更多的资源和用户。虚拟化使主机能够支持更多设备，从而降低功耗。然而，虚拟化也增加了机架的功率密度，因为计算得到了更有效的利用。因此，为了从虚拟化中获得更多优势，还应该改进底层系统的电源和冷却。
• 改进电源管理和配电：在实现数据中心现代化时，请考虑升级电源管理系统，例如安装新的断路器、开关设备、智能PDU、UPS等。优化电力负载可以降低能源成本，同时防止电力设备过载可以避免可能对IT设备造成有害成本的停电。一项关于数据中心性能的451 Research调查发现，75%的受访者表示其电力效率低于80%，这表明需要改进。
• 优化冷却：数据中心团队有多种工具来改善冷却，包括使用环境传感器来确定设备的适当温度，确保合适的湿度和气流，以及升级报废系统。冷热通道气流遏制系统将冷热空气分开，更有效地冷却设备并降低电力成本。另一种策略是对高密度工作负载使用液体冷却。
• 使用更多可再生能源：从历史上看，可再生能源因其不可预测性而成为不了数据中心的最佳选择。然而，电池储能系统(BESS)使创建混合能源系统并在最佳时间使用最佳能源成为可能。

如何选择合适的数据中心电源管理软件

许多企业提供DCIM软件，可用于计算PUE。软件应提供：

• 全广度发现，能够计算和找到所有的资源在一个地方
• 方便的拖放功能，以建模数据中心空间
• 自动生成机架图的能力
• IT配线架管理能力
• 详细的设备信息
• 集成电源管理功能
• 根据设施需求定制功能的能力
• 跨设施网络的可扩展性

此外，团队可能会考虑从还提供其他关键数据中心管理功能的供应商处购买DCIM解决方案，如IT资产管理(ITAM)和配置管理数据库(CMDB)。通过这样做，他们可以获得数据中心性能的整体视图，更容易地解决问题，优化软件许可和其他支出等等。

提高PUE分数，以保持竞争力运行节能数据中心并不断优化流程被视为市场竞争优势。企业甚至选择数据中心合作伙伴，部分原因在于其PUE分数。原因是企业可以通过与节能伙伴合作来减少自己的碳足迹。此外，所有数据中心运营商都希望经营盈利业务，以便发展和扩大规模，并在气候和地缘政治变化的时代证明自己的商业模式具有前瞻性。