数据中心效率计算指南 数据中心子系统分类

  引言：

  作为有效能源管理计划的一部分，确定数据中心基础设施效率的好处已被广泛认可。用电效用(PUE)的标准指标及其对应的数据中心基础设施效率1(DCIE)已经成为公认的标准。

  在为数据中心提供能源审计的过程中，施耐德电气旗下APC通过对特定数据中心PUE的确定发现了一些应用问题。以下是导致功率消耗子系统分类为IT负载、物理基础设施或其他时出现困难的一些问题：

  ² 在数据中心遇到的消耗功率的设备，在效率计算时应该如何计算其功率数据或是否应该将其计算在内仍然不清楚。

  ² 某些数据中心子系统没有出现在一些数据中心中(例如室外照明或网络运营中心)一些子系统支持混合使用的设施，并为其它非数据中心的功能设施(例如冷却塔和冷水机组)所共用，因此归于数据中心的这一小部分功率不能被直接测量。

  ² 对于某些子系统来说，为其提供功率消耗测量设备是非常不切实际的，或是成本非常高昂(例如对于PDU，由于其具有大量的输出接线或开关设备)。

  ² 一些实际的电力负荷测量点包括一些与数据中心无关的、但在测量时不能分开的负载。

  在典型的数据中心中经常会出现一个或多个上述应用问题，并且数据中心几乎总是存在共同使用的设施(例如办公楼)。由于大多数数据中心运营商在试图确定PUE时会遇到一个或多个上述问题，因此应确定一个标准的处理方法。这就是本文的目的。

  本文确立了一种收集数据中心数据的标准方法，阐述了如何使用这种方法来计算PUE，并将重点放在如何处理混乱或不完整的数据。

  用户总是可以找到自己的方法来收集和处理能源数据，但如果没有标准方法，就不能对数据中心的效率进行标准检查。需要重点注意的是，诸如Green Grid和其他标准组织均认可本文概述的问题，并在以指南和标准制定解决方案。可预期的是，标准制定将会涉及本文所描述的诸多问题。当该标准存在时，本文将会被立即更新以适当描述和配合这一标准。

  为了克服这些难题，我们将对三部分构成法进行概述，了解何为三部分构成法：

  1.建立一个标准来对数据中心子系统进行分类：(a)IT负载;(b)物理基础设施;或是，(c)不在计算之内。

  2.如果一个子系统由于与非数据中心负载共用而不能直接测量其功率消耗，使用标准化方法来估计该类型子系统的功率。

  3.如果由于测量技术障碍而不能直接测量某一子系统的功率，使用标准化方法来估计该类型子系统的功率。

  下面将主要针对三部分构成法的第一部分：数据中心子系统的标准分类来进行详细说明。

  第一部分：数据中心子系统的标准分类

  对于完成数据中心的效率计算来说，关键是要清楚界定哪些功率消耗子系统为IT负载、以及哪些功率消耗子系统是物理基础设施。虽然服务器和存储设备规定为IT负载非常明显，不间断电源(UPS)和制冷/气流管理设备规定为物理基础设施也很明显，但在效率计算中数据中心的许

  多功率消耗子系统的分类就不那么明显了，包括人员空间、开关设备以及网络运营中心(图1)。

  这些子系统同样消耗功率。如果对于所有数据中心这些子系统没有进行统一分类，就不可能直接比较不同数据中心的效率计算结果。客户、政府机构和公用事业供应商正在致力于实施数据中心效率的标准检查，因此必须建立相关准则来确定什么是IT负载、什么是物理基础设施(有时称现场基础设施)、以及什么不包括在数据中心的效率计算中。此外，很多时候在获取用于计算数据中心效率的关键数据方面会遇到实际问题。

  为了完成数据中心的效率计算，在将负载划分为上述三种类型时兼有理论和实际应用考虑。不同类型的负载是否应全部计入PUE度量指标，如果计算在内，它们是否是IT负载，对于这些问题，理性的人们会得出不同的结论。

  下面的实用指导适用于构建本文的分类系统：

  ² 如果管理能源使用的子系统对数据中心能源管理的结果是现实并可取的，则系统负载应被包括在PUE度量指标内。

  ² 在测量过程中，如果分开测量某个负载是典型的但不可实现的，那么不应为度量指标计算规定将该特定负载分开。

  ² 为了计算数据中心的效率，应该将数据中心内的设备类型综合列表标准化，明确分配为“IT负载”、“物理基础设施”或“不包括”。

  为了进行数据中心效率计算，下表初步建立了一个常见子系统清单并将其分配到三种类型，即“IT负载”、“物理基础设施”或“不包含”。表1-4提供了一个应被计入PUE以及应被排除在外的子系统清单。这些子系统分为4个单独的设备类型表：IT、电源、制冷及其它。

  图1.对于数据中心效率的标准检查来说将消耗功率的子系统进行统一分类是必须的。

  在表1中，各种IT负载被识别并归入IT负载类型。有些类型的IT设备可以很明显地归入IT负载类型，但其它IT设备的分类并不总是始终如一。例如，数据中心内的灾难恢复IT负载或网络运营中心(NOC)负载是否应该被归为IT负载还存在一定的混乱。

  几乎所有的数据中心有一定形式的网络运营中心，它可能是计算机室的一个小桌子，也可能是一个拥有几十台工作站和监视器墙的大机房。在某些情况下，一个组织可能有一个能够监控许多数据中心的大型中央网络运营中心，在这种情况下，一个数据中心可能承担一个大型网络运营中心，而其它类似的数据中心只有一个小型网络运营中心。对于是否将网络运营中心列入PUE计算还存在一些争议。但是，遵循管理数据中心相关负载(例如网络运营中心)的能源使用具有可取性这一原则，网络运营中心应包括在能源报告中，因此也应包括在PUE计算中。此外，网络运营中心相关的能源使用(例如供电和制冷)与其他数据中心有关的能源使用进行分离可能是相当困难的。这再次表明，将网络运营中心包括在能源报告和PUE计算中是切乎实际的。

  表1数据中心IT子系统的建议分类(对于分类关系请参考图1)

  表2列出了可在典型数据中心找到的功率消耗子系统以及它们如何在PUE计算中进行分配。虽然这些分配大部分是显而易见的，此图表的重要价值在于作为一个清单，它可以用于确保能够找到所有适当的数据并将其整合到PUE计算中。特别是许多报告的PUE测量结果在PUE计算过程中错误地将PDU和静态转换开关(STS)分配为IT负载的一部分，这可能会导致较大的误差，特别是对于部分加载的数据中心。虽然有人争论说很难测量这些设备的损耗，但对其进行高精度估计存在很大的可能性。因此在计算效率时将其省略决不是正确的。

  在PUE计算中出现的其它常见错误是忽略开关设备和自动转换开关(ATS)设备。在许多情况下，测量这些设备的损耗是不切实际的或成本非常高昂，但对其进行估计总是具有一定的实用价值。虽然这种估计有一些误差，但事实上，这些子系统占整个系统的能源使用量的比例很小(约1%)，因此这种估计对于能源使用或PUE的最终计算来说仅会产生非常小的误差。

  预备发电系统，例如风力发电机和太阳能电池板与数据中心并联运行，不应纳入PUE计算中，因为它会掩盖数据中心的真实性能和歪曲度量指标的目的。

  表2.数据中心功率消耗子系统的建议分类(对于分类关系请参考图1)

  表3列出了应被包括在PUE计算内的各种制冷子系统。请注意，在计算数据中心的效率时这些系统的一些内容往往会被不经意地忽略，如新风系统、中央加湿器、供暖机组，导致数据中心的效率被高估。

  表3数据中心制冷子系统的建议分类(对于分类关系请参考图1)

  表4数据中心其它子系统的建议分类(对于分类关系请参考图1)

  表4列出了通常可在数据中心内发现的、但没有出现在上面各表中的照明设备和其它设备。一般来说，照明要包含在数据中心能源计算中，但室外照明被排除在外，这是由于各个场所之间的变化很大。如果有室外照明，但在测量期间其能源使用不容易从数据中心负载中除掉，则可以从数据中心负载中减去一个估计值。

  请注意，工作人员/办公场所负载被专门排除在数据中心效率计算之外。这是因为在许多情况下很难将工作人员/办公场所负载分配给数据中心，因为绝大多数的数据中心设施在同一建筑物内存在非数据中心工作人员办公场所的功能，与非数据中心工作人员办公场所相关的负载数量由于场所的不同而变化很大。在许多混合使用设施内将数据中心负载与工作人员办公场所负载进行分离具有一定挑战性，但它并不复杂，成本也不高。下一节我们将继续讲述如何解决这一类型的问题。