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 теплохладотехникой 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, — корпоративная серверная ферма 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.