اثربخشی و کارایی مصرف برق در مراکز داده (PUE)

اثربخشی مصرف برق(Power Usage Effectiveness) شاخصی برای اندازه‌گیری بهره ‌وری انرژی یک مرکز داده است. به عبارت دیگر، PUE عملکرد انرژی مرکز داده را با محاسبه نسبت انرژی مصرف شده به عنوان یک کل در مقایسه با انرژی استفاده شده توسط تجهیزات فناوری اطلاعات به تنهایی ارزیابی می‌کند. PUE بسته به مرکز داده، طراحی و میزان اشغال آن، و همچنین معیارهای دیگر، از جمله دمای بیرونی مرکز داده، متفاوت است.

با توجه به گرمای ساطع شده توسط یک مرکز داده، به راحتی می‌توان فهمید که PUE یک مرکز داده تا حد زیادی به دلیل انرژی صرف شده برای خنک کردن اتاق‌های کامپیوتر است. این رقم همچنین به میزان کمتری شامل تامین انرژی، روشنایی، نظارت و امنیت است.

درک روش محاسبه مقدار PUE

درک اینکه چقدر انرژی برای خنک کردن زیرساخت‌های فناوری اطلاعات لازم است، دشوار است. به عنوان مثال، یک اتاق کامپیوتر 1000 متر مربعی در یک مرکز داده می‌تواند به راحتی 2 مگاوات انرژی مصرف کند. امروزه، بسیاری از DCها دارای PUE 1.7 هستند، به این معنی که 1.4 مگاوات انرژی برای خنک کردن مرکز داده و همچنین برای هر چیز دیگری استفاده می‌شود. در حالی که یک روند نزولی عمومی در PUEها وجود دارد، مقدار انرژی مورد استفاده برای خنک کردن هنوز قابل توجه بوده و یکی از عوامل اصلی آلودگی دیجیتال است.

چگونه می‌توان PUE را کاهش داد

کاهش PUE مرکز داده یک چالش بزرگ است، هم برای کاهش هزینه‌ها و هم برای بهبود ردپای محیطی شرکت‌ها. راه حل‌های متعددی برای کاهش PUE موجود است که همگی به میزان کم و بیش موثر و امکان پذیر هستند:

• اجازه دادن به اتاق‌های سرور برای کار در دمای بالاتر (خوشبختانه، سرورهای امروزی به طور فزاینده‌ای این اجازه را می‌دهند).

• کاهش چگالی و در نتیجه انرژی مصرفی در هر متر مربع: این راه حل به دفع گرما کمک می‌کند اما با روش‌های فعلی که برای مقابله با تجهیزات بسیار متراکم نیاز به تراکم روز افزون دارد، مغایرت دارد.

• بهبود جریان هوای خنک در اتاق‌های کامپیوتر: این را می‌توان به عنوان مثال با استفاده از راه حل‌های مهار انجام داد.

• بهینه سازی تولید هوای خنک: راه‌های مختلفی برای انجام این کار وجود دارد، از جمله استفاده ترکیبی از هوای بیرون و مبدل‌های حرارتی. این ترکیب با بهره‌گیری از دمای بیرون پایین‌تر، هوای در گردش را خنک می‌کند.

• مکان یابی مراکز داده در قطب شمال یا زیر دریا: اگرچه این راه حل به نظر می‌رسد بسیار موثر باشد، اما به راحتی می‌توان اشکالات این نوع تاسیسات را تصور کرد.

اثربخشی مصرف برق

اثربخشی مصرف برق (PUE) نسبتی است که نشان می‌دهد یک مرکز داده کامپیوتری تا چه اندازه از انرژی استفاده می‌کند. به طور خاص، چه مقدار انرژی توسط تجهیزات محاسباتی استفاده می‌شود (برخلاف سرمایش و سایر سربارهایی که از تجهیزات پشتیبانی می‌کنند).

PUE نسبت مقدار کل انرژی مصرف شده توسط یک مرکز داده کامپیوتری است به انرژی تحویل شده به تجهیزات محاسباتی.

PUE، معکوس بهره وری زیرساخت مرکز داده است.

PUE در ابتدا توسط کنسرسیومی به نام گرین گرید توسعه داده شد است. PUE در سال 2016 به عنوان یک استاندارد جهانی تحت ISO/IEC 30134-2:2016 منتشر شد.

 یک PUE ایده آل 1.0 است. هر وسیله مصرف کننده انرژی به عنوان یک دستگاه محاسباتی در یک مرکز داده در نظر گرفته نمی‌شود (به عنوان مثال، روشنایی، خنک کننده، و غیره) که در دسته مصرف کننده انرژی تاسیسات قرار می‌گیرند.

مزایا و محدودیت‌ها

PUE در سال 2006 معرفی و توسط گرین گرید (سازمان غیرانتفاعی متخصصان فناوری اطلاعات) در سال 2007 ترویج شد و به متداول‌ترین معیار برای گزارش کارایی انرژی مراکز داده تبدیل شده است، اگرچه به عنوان “اثربخشی مصرف انرژی” نامگذاری شده است اما در واقع میزان مصرف انرژی یک مرکز داده را اندازه‌گیری می‌کند.

یکی از مشکلات واقعی این است که PUE، آب و هوای درون شهرهایی را که مراکز داده ساخته شده‌اند (دمای بیرونی مرکز داده) در نظر نمی‌گیرد. به طور خاص، دماهای عادی مختلف خارج از مرکز داده را در نظر نمی‌گیرد. به عنوان مثال، یک مرکز داده واقع در آلاسکا را نمی‌توان به طور موثر با یک مرکز داده در میامی مقایسه کرد. آب و هوای سردتر باعث نیاز کمتر به سیستم خنک کننده عظیم می‌شود. سیستم‌های خنک کننده تقریباً 30 درصد از انرژی مصرف شده در کل یک تأسیسات مرکز داده را تشکیل می‌دهند، در حالی که تجهیزات مرکز داده نزدیک به 50 درصد از کل تجهیزات را تشکیل می‌دهند. به همین دلیل، مرکز داده میامی ممکن است PUE نهایی 1.8 داشته باشد و مرکز داده در آلاسکا ممکن است نسبت 1.7 داشته باشد، اما مرکز داده میامی ممکن است به طور کلی کارآمدتر کار کند. مخصوصاً اگر در آلاسکا باشد، ممکن است نتیجه بهتری بگیرد. علاوه بر این، طبق یک مطالعه موردی در Science Direct، “” PUE تخمینی عملاً بی معنی است مگر اینکه IT با ظرفیت کامل کار کند.

در مجموع، یافتن مسائل ساده و در عین حال تکرار شونده مانند مشکلات مرتبط با اثر دماهای متفاوت در شهرها و یادگیری نحوه محاسبه صحیح کل مصرف انرژی تاسیسات بسیار ضروری است. با انجام این کار، ادامه کاهش این مشکلات تضمین می‌کند که پیشرفت بیشتر و استانداردهای بالاتر همیشه برای بهبود موفقیت PUE برای تسهیلات مرکز داده آینده تحت فشار قرار می‌گیرند.

برای به دست آوردن نتایج دقیق از یک محاسبه کارایی، تمام داده‌های مرتبط با مرکز داده باید گنجانده شوند. حتی یک اشتباه کوچک می‌تواند تفاوت‌های زیادی در نتایج PUE ایجاد کند. یکی از مشکلات عملی که اغلب در مراکز داده معمولی مورد توجه قرار می‌گیرد شامل افزودن انرژی هر سیستم تولید انرژی جایگزین (مانند توربین‌های بادی و پنل‌های خورشیدی) که به موازات مرکز داده با PUE کار می‌کنند، است که منجر به مبهم شدن داده‌های واقعی می‌شود. مشکل دیگر عملکرد مرکز این است که برخی از دستگاه‌هایی که انرژی مصرف می‌کنند و با یک مرکز داده مرتبط هستند ممکن است در واقع انرژی را به اشتراک بگذارند یا در جاهای دیگر استفاده کنند و باعث خطای بزرگی در PUE شود.