Метрики эффективности ЦОД: от "А" до "Я"

В условиях усиливающейся борьбы за внимание потенциальных клиентов между коммерческими дата-центрами и компаниями, в значительной степени полагающимися на ресурсы ЦОД, способность продемонстрировать целевой аудитории более высокий уровень эффективности инфраструктуры ЦОД, чем у конкурентов, обеспечивает важное преимущество.

Существует целый ряд показателей, используемых для оценки эффективности центров обработки данных и упрощающих сравнение отдельных объектов. Наиболее популярная метрика PUE (см. ниже) в основном используется операторами и владельцами ЦОД в маркетинговых целях. Данный индикатор считается наиболее известным и широко используемым в РФ.

Метрика PUE, впервые предложенная еще в середине "нулевых" инженерами Кристианом Белади из Microsoft и Крисом Мэлоуном из Google, впоследствии стала де-факто наиболее популярным инструментом измерения энергоэффективности центров обработки данных.

Но оценки с использованием только лишь одного индикатора, как правило, недостаточно для получения полного представления об инфраструктуре анализируемой серверной фермы. Ниже представлен обзор наиболее важных показателей.

Метрика (аббревиатура / расшифровка)	Краткое описание
PUE (Power Usage Effectiveness)	Оценка эффективности физической IT-инфраструктуры ЦОД
pPUE (partial PUE)	Оценка эффективности физической IT-инфраструктуры части ЦОД
DCiE (Data Center Infrastructure Efficiency)	Оценка эффективности физической IT-инфраструктуры ЦОД
DCeP (Data Center Energy Productivity)	Количество полезной работы на единицу потребляемой ЦОД электроэнергии
ERE (Energy Reuse Effectiveness)	Уровень рекуперации энергии и экологической устойчивости ЦОД
CUE (Carbon Usage Effectiveness)	Оценка выбросов СO2 на основе количества потребляемой электроэнергии
WUE (Water Usage Efficiency)	Оценка водопотребления (например, в случае применения адиабатического охлаждения центра обработки данных)
IUE (Infrastructure Usage Efficiency)	Затраты на содержание инфраструктуры и ее воздействие на окружающую среду
EER (Energy Reuse Effectiveness)	Классификация холодильного оборудования и систем
ESEER (European Seasonal Energy Efficiency Ratio)	Учет места эксплуатации и температуры окружающей среды при оценке холодильного оборудования и систем
SEER (Seasonal Energy Efficiency Ratio)	Учет места эксплуатации и температуры окружающей среды при оценке холодильного оборудования и систем
cosφ	Оценка эффективности систем ИБП
КПД системы ИБП	Оценка эффективности систем ИБП
LEED (Leadership in Energy and Environmental Design)	Система добровольной экологической сертификации, охватывающая проектирование, строительство, эксплуатацию и техническое обслуживание ЦОД

Примечательно, что большинство индикаторов, включая, помимо прочего, CUE, WUE и PUE создал и популяризировал консорциум The Green Grid, являющийся некоммерческим объединением компаний, учреждений и организаций, основанным в 2006 году с целью повышения эффективности и устойчивости центров обработки данных. Рассмотрим перечисленные показатели более детально.

PUE

Коэффициент PUE отражает соотношение количества электроэнергии, расходуемой на обеспечение работоспособности всего электромеханического оборудования внутри дата-центра, и электричества, которое потребляется только IT-оборудованием внутри ЦОД (серверы, коммутаторы и системы хранения данных).

PUE = (Общее энергопотребление ЦОД)/(Количество электроэнергии, используемой IT-оборудованием)

Изначально метрика предназначалась для внутреннего использования операторами дата-центров. Но сегодня коэффициент PUE применяется многими компаниями для рекламы собственных ЦОД и демонстрации их энергоэффективности потенциальным клиентам. Идеальный PUE приближается к единице. Средний показатель PUE в российских дата-центра находится в диапазоне от 1,5–1,8.

DCiE

DCiE - инверсия PUE. Иными словами, показатель отражает отношение энергопотребления IT-оборудования ЦОД к общему энергопотреблению дата-центра. Как правило, DCiE указывается в процентах. Идеальный центр обработки данных должен иметь значение DCiE, равное 100 %, что означает "стопроцентную эффективность".

DCiE =(Количество электроэнергии, используемой IT-оборудованием)/(Общее энергопотребление ЦОД)

DCeP

Являясь критерием оценки количества полезной работы из расчета на единицу потребляемой дата-центром электроэнергии, DCeP выходит за рамки стандартного PUE, поскольку учитывает ряд дополнительных факторов. Например, особенности бизнеса компании-владельца ЦОД. Коэффициент DCeP не получил широкой известности в РФ.

ERE

Индикатор ERE демонстрирует эффективность рекуперации (частичного восстановления и повторного использования) энергии, генерируемой в ходе эксплуатации ЦОД. Как правило, речь идет о тепловой энергии, которая выделяется серверами.

ERE= (Рекуперация энергии, расходуемой системами охлаждения, электропитания, освещения и IT-оборудованием )/(Количество электроэнергии, используемой IT-оборудованием)

WUE

Коэффициент эффективности водопользования WUE определяется следующим образом:

WUE = (Совокупный объема воды, используемой в ЦОД)/(Количество электроэнергии, используемой для обеспечения работоспособности IT-оборудования)

Следовательно, единицей измерения WUE выступает "литр / кВт*ч". Идеальное значение коэффициента WUE равно нулю (в отличие от PUE, идеальный уровень которого, как уже отмечалось выше, равен единице). Индикатор актуален для засушливых регионов, где вода является крайне ценным ресурсом.

CUE

Метрика CUE дополняет показатель PUE. Целью разработки CUE выступала оценка рациональности использования электроэнергии в центре обработки данных. Формула расчета следующая:

CUE = CEF х PUE

Переменная CEF (Carbоn Emission Factor / коэффициент выбросов углерода) определяет коэффициент выбросов С02 в структуре энергетического баланса места расположения ЦОД. Уровень выбросов С02 из расчета на количество энергопотребления в кВт*ч зависит от структуры энергетики конкретной страны / региона (ядерная энергия, уголь и газ или возобновляемые источники энергии).

IUE

Метрика разработана группой китайских экспертов The Green Gauge China (TGGC), сформированной на базе The Green Grid. Призвана помочь операторам ЦОД в снижении затрат на содержание инфраструктуры ЦОД и минимизации негативного воздействия серверной фермы на окружающую среду. При проведении расчетов учитываются подача и распределение электроэнергии, охлаждение и распределение хладагентов (включая охлажденный воздух), равно как и емкость стоек по высоте U. Метрика расширяет понятие PUE, добавляя новые переменные, отражающие IT-нагрузку ЦОД.

В отличие от PUE, данная метрика не предлагает четкие числовые результаты, подходящие для сравнительного анализа нескольких ЦОД. Цель состоит в оптимизации конкретного дата-центра путем постройки гистограмм и логических схем взаимосвязей, демонстрирующих, какие элементы ограничивают эффективность анализируемого объекта.

EER

Используется для определения эффективности систем и устройств охлаждения. EER определяется как отношение холодопроизводительности к потребляемой теплохладотехникой электроэнергии. Чем больше EER, тем эффективнее используется электрическая энергия для охлаждения серверов в ЦОД.

EER = (Уровень холодопроизводительности)/(Количество потребляемой тепло/хладо-техникой электроэнергии)

ESEER / SEER

Эффективность системы охлаждения ЦОД зависит от внешних климатических условий, которые периодически меняются. Оценить влияние данного фактора помогает (Европейский) сезонный коэффициент энергоэффективности (E)SEER.

Согласно спецификациям организации Eurovent, показатель ESEER рассчитывается с применением вышеописанного индикатора ERE. Формула расчета выглядит следующим образом:

ESEER = EER [100%] х 0,03 + EER [75%] х 0,33 + EER [50%] х 0,41 + EER [25%] х 0,23.

Формула расчета показателя SEER (сезонный коэффициент энергоэффективности), описание которого изложено в стандарте ANSI/AHRI 210/240, является более простой и выглядит так:

SEER = (Общее годовое энергопотребление системы охлаждения )/( Общее годовое потребление электроэнергии)

cosφ

Коэффициент мощности, также обозначаемый cosφ, часто используется для отражения характеристик эффективности систем ИБП, развертываемых в ЦОД. Оптимальной для применения метрики является ситуация, когда форма сигнала на выходе представляет собой чистую синусоиду и не содержит гармоник.

Коэффициент мощности cosφ = (Активная мощность)/(Полная мощность)

Чем ближе коэффициент мощности к "1", тем эффективнее система ИБП. Коэффициент мощности ИБП на стороне входа также зависит от нагрузки и обычно указывается для различных нагрузок в системе ИБП, как показано в таблице ниже.

cosφ	Нагрузка
0,999	100%
0,995	75%
0,985	50%
0,960	25%

КПД ИБП

Еще одним важным параметром системы ИБП является КПД, который рассчитывается как отношение выходной мощности устройства к мощности, потребляемой им от электрической сети. Из-за внутренних потерь КПД ИБП зависит от нагрузки. Чем больше нагрузка на систему ИБП, тем выше эффективность.

КПД системы ИБП дата-центра = (Выходная мощность устройства)/(Мощность, потребляемая устройством из электросети)

Эффективность	Нагрузка
95,5%	100%
95,5%	75%
95,0%	50%
94,5%	25%

LEED

Признанная на международном рынке система экологической сертификации зданий, включая ЦОД, позволяющая владельцам построек продемонстрировать всем заинтересованным сторонам факт проектирования и возведения здания, а также обустройства внутренних помещений с использованием передовых стратегий, направленных на повышение эффективности в разрезе ключевых показателей:

• Экономия электроэнергии;
• Водоэффективность;
• Сокращение выбросов CO2;
• Улучшение качества окружающей среды и среды внутри помещений;
• Рациональное использование ресурсов.

Данный инструмент практически не применяется в России для сертификации дата-центров. Единственный ЦОД, сертифицированный с использованием LEED, — корпоративный МегаЦОД Сбербанка в инновационном центре Сколково.

Заключение

Несмотря стремление многочисленных СМИ позиционировать индустрию ЦОД как один из локомотивов мирового энергопотребления, за последнее десятилетие операторы дата-центров по всему миру добились ошеломляющих успехов в области повышения энергоэффективности инфраструктуры и устойчивого развития - во многом благодаря всё более широкому применению вышеперечисленных метрик.

В недалеком прошлом перечень ключевых показателей эффективности ЦОД ограничивался такими индикаторами как время безотказной работы, физическая безопасность инфраструктуры и температура внутри машзалов.

Хотя эти показатели все еще применяются, сегодня субъекты отрасли "вооружены" гораздо более надежным и целостным набором ключевых показателей эффективности, включая, помимо прочего, популярный PUE, ускоряющий сравнительный анализ нескольких серверных ферм, и новейший IUE, упрощающий оптимизацию инфраструктуры конкретного ЦОД.