在數據中心基礎設施的效率能夠使用PUE使用或其他指標進行基準測試之前，必須就哪些能源消耗是由IT負載產生的、哪些能源消耗是由物理基礎設施產生的、以及什么負載不應該被計算在內等一系列問題達成精準的共識。但不幸的是，通常公布的效率數據并沒有使用標準的方法進行計算，而當采用不同的方法計算時，同一家數據中心將獲得不同的效率評分。在本文中，我們將為廣大讀者諸君解釋這一問題，并介紹進行數據中心負載效率計算的標準的分類方法。
現如今，將對于數據中心基礎設施效率的確定作為有效的能源管理計劃的一部分所帶來的好處已然獲得了業界的廣泛認可。電源使用效率(PUE)及其倒數：數據中心基礎設施效率(DCIE)的標準度量已成為業界公認的標準。
在為數據中心提供能源審計過程中，施耐德電氣公司已經通過建立特定的數據中心PUE，確定了一系列的實際問題。如下，是造成功率消耗子系統作為IT負載、物理基礎設施分類困難的一些問題：
在數據中心的設備會消耗功率，但他們的功率數據如何(或者是否應該)被計算在對于數據中心效率的計算中尚不明確。
某些數據中心的子系統并不存在于數據中心中(例如，室外照明系統或NOC系統)。
某些子系統支持混合使用的設施，并被其他非數據中心功能所共享(例如，冷卻塔和制冷機組)，所以歸屬于數據中心的功率部分不能直接測量。
某些子系統極為不切實際或儀器功耗相當昂貴(例如，由于大量的輸出連接，或配電柜所需的PDU電源分配單元)
某些實際的功率測量點包括了與數據中心不相關的負載，但在測量過程中又無法將其分離。
在一家典型的數據中心，經常存在上述的一個或多個實際問題，而且在那類共享使用設施(例如一幢辦公大樓)的數據中心幾乎總會存在。由于大多試圖確定PUE值的數據中心運營人員都會遇到上述的一個或多個問題，故而需要界定一套標準的方式以便對這些問題加以處理。而這也就是本文的目的所在了。
本文定義了一套標準的方法，以收集來自數據中心的數據，并為廣大讀者諸君進一步說明了如何使用這些數據來計算PUE值，介紹重點放在了如何處理混亂或不完整的數據方面。
企業用戶們總是可以彌補自己收集和處理能耗數據的方法，但是，如若沒有一套標準的方法，是無法對數據中心的能源效率進行測量的。重要的是要注意，各種不同的標準組織機構，如綠色網格組織及其他組織已經認識到這方面的問題了，并正在以研究指導方針和測量標準的形式提供相應的解決方案。其中的一套指導原則便是由ASHRAE和綠色網格組織所共同正式發布的題為《PUE：綜合全面的檢查度量標準(PUE: A Comprehensive Examination of the Metric)》。預計該標準將涉及到本文中所描述的許多問題。而鑒于該標準的制定，本文將在第一時間立即進行更新，進行適當的調整，以便與該標準保持一致。故而當在參考借鑒本文中所介紹的方法之前，我們建議您不妨先訪問whitepapers.apc.com，以確保您所使用的是最新版本的標準。
一套分為三部分的方法
為了克服上述的這些問題，如下，我們將分三個部分，來為大家介紹這套分為三部分的方法：
1、建立一套標準的數據中心子系統分類，分別為：(a)IT負載、(b)的物理基礎設施、(c)在能耗計算中不包括的數據中心子系統。
2、如果一個子系統的功耗由于與非數據中心負載共享的原因無法被直接測量，則可以為該子系統類型使用一種標準化的方法以估計其能耗情況。
3、如果一個子系統的功耗由于測量的技術壁壘的原因無法被直接測量，則可以為該子系統類型使用一種標準化的方法以估計其能耗情況。
如下，我們將為大家依次介紹三部分的方法每一部分。
第1部分：數據中心子系統的標準分類
為了進行數據中心效率計算，關鍵是要明確界定：哪部分的能耗是由IT負載產生的;哪部分的能耗是由物理基礎設施產生的。很顯然，服務器和存儲設備是被作為IT負載而設計指定的;而UPS和冷卻/空氣處理單元則是作為物理基礎設施而設計指定的，但在進行能源效率計算時，數據中心仍然有許多的功率消耗子系統并沒有這樣明顯的分類，包括諸如人員空間、配電柜開關設備與網絡運營中心(見下圖1)。
對于這些子系統所消耗功率。如果不對所有的數據中心進行均勻一致的分類，那么，對不同的數據中心所計算得出的功率結果進行直接的比較是不可能的。企業客戶、政府機構和公用事業提供商們對于數據中心能耗測量的基準研究正進行著不斷的努力，故而建立一套關于什么應該被視為IT負載、什么應該被認為是物理基礎設施(有時稱現場基礎設施)、以及什么不應該被包括在數據中心效率的計算范圍內的規范準則是必不可少的。此外，當涉及到獲取計算數據中心能源效率所需的關鍵數據時，經常會面臨一些實際的問題。
在對數據中心能源效率計算的負載分配時，進行上述三種分類的目的，既有理論方面也有實踐方面的考慮。關于不同類型的負載是否應該被納入到數據中心PUE的度量，理性主義者們往往會得出不同的結論。而如果將其計算在內的話，其是否是屬于IT負載。本文中，我們采用了以下的實踐指導原則，來構建了本文的分類體系：
如果使用子系統來管理能源是數據中心能源管理的一個現實和理想的結果，那么系統負載就應該被包括在PUE度量之內。
如果在測量的過程中，通常對于某一特定的負載單獨進行測量并不實際，那么就不應該規定對該特定負載的度量應該被單獨列出了進行度量計算。
關于數據中心的各種類型的設備的一份綜合列表應該是標準化的，其應該對 IT負載 、 物理基礎設施 、及 不應該被包括在數據中心效率的計算范圍內的設備 進行明確的分類界定。
下表是對建立一份通用的子系統列表及其各自應該被分配到三個類別中的哪一類所進行的一個初步嘗試，分別以 IT負載 、 物理基礎設施 或 不被包括(在數據中心能源效率計算范圍之內) 。該表格與ASHRAE和綠色網格組織所發布的題為《PUE：綜合全面的檢查度量標準》是一致的：公制的全面檢查。表1-4C提供了應該被納入到數據中心PUE核算以及應被數據中心PUE核算排除的子系統的列表。這些子系統被分為設備類型的四個單獨表：IT設備、電源設備、冷卻設備及其他設備。
圖1 功率消耗子系統的統一分類對于數據中心的效率基準是至關重要的
在表1中，各種不同的IT負載被確定并分類到IT負載類別中。某些類型的IT設備很明顯是應該這樣歸類，但對其他某些類型的設備分類并不總是這樣的。例如，當涉及到災難恢復IT負載或網絡運營中心(NOC)負載是否應該被歸類為數據中心內的IT負載通常就存在著一定的混亂。
幾乎所有的數據中心都擁有某種形式的網絡運營中心，其可能是小如在機房內的一臺桌面臺式機，也可能是擁有十幾臺工作站和幾面墻都是巨屏顯示器的一個大房間。在某些情況下，一家企業組織可能具有一處監視多個數據中心的大型中央NOC，在這種情況下，一處數據中心可能背負著一處大型的NOC，同時其他類似的數據中心則僅僅只有一處小的NOC。有觀點贊同將NOC納入到數據中心的PUE計算，也有觀點認為應該將其排除在PUE計算。然而，數據中心能耗管理可取的原則涉及到諸如一處NOC的負載，NOC應該被納入到數據中心能源消耗報告中，故而也就在PUE中了。此外，與NOC相關的能源使用，包括諸如電源和冷卻，想要從數據中心其它相關的能源使用中分離出來可能是相當困難的。這再次表明，將NOC納入到能源報告和PUE計算中，是符合實際的。
表1 數據中心IT子系統的分類(參見圖1的分類情況)
表2列出了可以在任何一家典型的數據中心找到的電源子系統，及其是如何在PUE計算中進行分配的。雖然這些分配中的大多數都是顯而易見的，但這個圖表的重要價值是其作為一份清單，有助于確保所有相關的數據均已經被發現并納入PUE的計算中。特別是，許多報道PUE測量期間PUE計算，這可導致大的誤差，特別是許多PUE測量報告在進行PUE計算時，錯誤地將PDU和靜態轉換開關(STS)單元作為IT負載的一部分，可能產生很大的誤差，尤其是在部分負載的數據中心。盡管有人認為很難測量這些設備的功耗，但以較高的精確度來估計它們則是完全可能的。因此，在進行效率計算時忽略它們是無效的。
在PUE計算時的其他常見的錯誤包括：遺漏了配電柜開關和自動轉換開關(ATS)設備。在許多情況下，測量這些設備的功耗是不切實際的或不符合成本效益的，但對它們進行估計則始終是較為實際的。盡管這種估計有一定的誤差，但事實上，這些子系統僅僅只占到整個系統能量使用的一個非常小的百分比(約1%左右)，導致估計其對于能量使用或PUE的最終計算的貢獻只有一個非常小的誤差。
可再生的新能源發電系統，如風力渦輪機和太陽能電池板在數據中心的采用，其對于供給數據中心運營能量所需的貢獻不應被納入PUE的計算，因為其掩蓋了數據中心真實的性能和扭曲了度量的目的。同樣，使用數據中心的廢熱來為辦公樓供暖也不能納入PUE的計算。
表2 數據中心電源子系統的建議分類(參見圖1的分類情況)
表3列出了應被包括在PUE計算之列的各種冷卻子系統。需要注意的是，當在進行數據中心的效率計算時，其中一些系統往往在不經意間被忽略，如空氣補給系統、中央加濕器和供暖機組，導致數據中心的效率被高估。
表3 數據中心制冷子系統的建議分類(參見圖1的分類情況)
表4 數據中心其他子系統的建議分類(參見圖1的分類情況)
表4中列出了在任何一家數據中心內通常都會有的，但卻沒有出現在前面的表格中的照明設備及其它設備。在一般情況下，照明被包括在數據中心的能耗計算范圍內，但由于每處具體數據中心的不同，有的數據中心則將室外照明排除在數據中心的能耗計算范圍外。如果在能耗測量過程中，戶外照明設備及其能源使用情況無法容易地從數據中心負載中排除，可以通過減去其估計值的方式被刪除。
需要注意的是：人員/辦公室載荷被特別從數據中心效率計算中排除掉了。這是因為，在許多情況下，分配人員負載到數據中心是極其困難的，因為絕大多數的數據中心設施都有非數據中心人員的功能在同一建筑內，而基于每處數據中心站點的不同，與非數據中心的工作人員相關的載荷量的范圍又各有不同。而從數據中心負載從許多混合使用的設施的人員辦公室載荷中分離出是非常具有挑戰性的，但其實要真正做到這一點并不需要昂貴的投入或牽扯到太多的復雜性。接下來，我們將為廣大讀者介紹如何解決這類問題。
第2部分：共享資源的估計
如上文所述，正確和一致的數據中心負載分類，是確定數據中心PUE的一個重要部分。然而，正如在本文引言中所解釋的，一些消耗功率的設備以及一些與數據中心運營相關的設備是與其他用途所共用的。例如，數據中心可能是與相鄰的辦公樓共享一個冷卻裝置;或者某家數據中心的UPS也可以為一處呼叫中心提供功率。即使對于這樣共享設備的能耗情況的精確測量實際上也無助于數據中心效率的計算，因為該設備的能耗應該與負載相關，而不應該被包括在數據中心的PUE之內。
當一款設備是被共享時，所采取的一種常見的方法是簡單地將該設備從PUE計算中省略。這可能會導致重大的錯誤，特別是如果該裝置是一個主要的能源用戶的話，如一臺冷卻機組。這種做法使得以基準為目的的PUE計算變得無效。一個更好的策略是估計(或間接測量)與數據中心相關的共享設備的功耗部分，然后將其納入到PUE計算中。這種方法可以產生令人驚訝的準確結果。
例如，一款冷水機組與其他非數據中心負載共享的情況。目標是測量或估計冷水機組所消耗的功率與數據中心相關的部分。如下，有三種不同的方法來確定一款共享的冷水機組的能源使用情況：
1、在冷水機組上使用所有其它數據中心負載已知的電力消耗來測量/估計熱負荷，測量/估計冷水機組的效率性能，然后使用此信息來計算正用于數據中心的負載的冷水機組的用電功率。
2、在數據中心和其它負載之間(使用水溫度、壓力、泵設置等)測量/估計熱負荷的劃分部分，測量冷水機組的輸入功率，然后根據該劃分的熱負荷部分將冷卻器功率分配到數據中心。
3、在冷水機組上關閉非數據中心負載，然后測量冷水機，以確定與數據中心相關的冷卻功率。
在業界專家對數據中心能源審計期間，這類間接測量和估計的方法經常為他們所使用，但更復雜的數據中心運營商們也可以嘗試。一旦為某一特定的數據中心確定了該技術，再次使用該技術來計算隨著時間的推移效率的趨勢就變得很容易了。
類似的技術可用于其它類型的共享資源。這些估計和建模技術可以在數據中心的軟件管理工具中被形式化，以提供連續的效率報告。例如，來自施耐德電氣公司的英飛(InfraStruXure)中央數據中心管理套件為在其能源管理工具中處理共享資源不斷提供了增加的備選方案。
第3部分：不切實際的設備測量的估算
數據中心的每款功率消耗裝置設備都可以有其能源使用測量方法。 但是，這些方法可能是相當復雜的、成本昂貴的，甚至對于一些裝置的能源使用情況的測量是不切實際的。在許多情況下，在一個實際的和成本有效的PUE測定方式中，可以允許采用間接測量和設備能耗估計的方法。
例如，對于一款電源分配單元(PDU)的情況，這顯然是一款功率裝置。在數據中心的負載部分，PDU的能耗可以超過IT負載的10%，這無疑會對PUE的計算產生一個顯著影響。然而，大多數的數據中心運營商在PUE計算時忽略了PDU能耗，因為它們被認為是難以確定的，故而造成了計算PUE的嚴重的錯誤。
PDU的功耗直接進行測量是非常難的有如下幾個方面的原因：
PDU內的儀表不能直接提供功耗信息
PDU中的輸入和輸出儀表通常不提供瓦特值，只提供伏安或安培的電流單位
PDU中的輸入和輸出儀表不夠準確，無法通過從輸入減去輸出的方法來確定功耗
在PDU有大量的輸出，可能需要通過將其相加以得到輸出功率
慶幸的是，一款PDU的功耗是相當確定的，因為如果提供了PDU的功能特點，其可以從IT負載直接計算得出。因此，一款PDU的功耗可以以高精準度被估計，無論該負載是以瓦特值、伏安或安培為電流單位提供的。事實上，以這種方法估計功耗通常比使用內置的PDU 儀表更準確。 一旦PDU的功耗被估計了，其就可以從UPS輸出計量中減去，以獲得IT負載，然后可以被算作基礎設施的負載的一部分，以確定PUE。較之忽略PDU的功耗，這一簡單的方法大大提高了PUE的計算。這一功能可以內置到能源審計過程中所使用的軟件工具，或可以直接內置到實時的能源管理軟件，如英飛中央能源管理軟件系統。
結論
PUE被定義為數據中心輸入功率與IT負載功率兩個數據之比。雖然在最開始，想要簡單的獲得這兩個數據的測量值，并計算它們的比例似乎是一大問題，但其實在數據中心的生產中這種簡單性是很罕見的。
數據中心通常是一處具有多種用途的建筑物組成部分，因此，通過一個單一測量點就能找到數據中心的總輸入功率或測量IT負載是不可能的。這就意味著，必須通過確定適當的測量點來捕獲所有數據中心能源使用情況，并且典型地需要從不同的子系統的電源使用數據組合中找到數據中心的總輸入功率。問題的進一步復雜化，想要通過測量獲得其中一些子系統或與非數據中心應用程序共享的裝置的功率可能是不切實際的。
在本文中，我們為廣大讀者朋友們列出了需要被納入數據中心能源利用分析范圍之內的不同的子系統的清單，以及這些子系統的能源使用情況應該如果被納入到PUE計算中。此外，本文還為大家描述了確定數據中心共享的設備能源使用情況的較為實際的方法，及對哪些設備的能耗測量是不切實際的，以便于大家計算PUE。
數據中心運營商們需要了解：確定PUE并不需要大量，昂貴的儀器，因為在一處數據中心，許多功耗可以通過間接的測量和估計的方法來非常有效地估算。
對于典型的數據中心而言，雖然這些方法似乎很難實施，但低成本，易于使用的軟件工具則可用來簡化問題，并允許任何數據中心，無論其規模大小，新建或改造，都能擁有一個有效實時的能量管理系統。
關于作者
本文作者Victor Avelar是施耐德電氣公司數據中心科學中心的主任兼高級研究分析師。他負責數據中心的設計和運營研究，并就風險評估和設計實踐，以優化數據中心環境的可用性和效率等方面為客戶提供咨詢。Victor擁有美國倫斯勒理工學院機械工程學士學位和巴布森學院的MBA學位。他是AFCOM和美國質量協會的成員。
