2014年5月20日 星期二

做好PUE量測 方知機房能效優化之道

做好PUE量測 方知機房能效優化之道

有鑑於公務機關與學校機房能耗嚴重,政府已積極研礙相關創建規範,並藉由實際訪查,完成台灣首次具系統性、規模性的PUE量測。經濟部能源局在2013年曾發布一份資料,指台灣服務業資料中心年耗電量約4.1億度,約佔商業部門總用電1.4%比重,至於政府或學校的資料中心耗電量則更高,達到3億度之譜,佔相關領域總用電的6.8%。可以預見,未來隨著企業或機構對網路及通信應用需求高漲,若不及早因應控制,機房能源消耗情況恐將日益嚴重。

其實早在2012年,時任行政院政務委員的張善政,即已意識到此問題的迫切性,遂於行政院節能減碳推動會議101年度第一次委員會議中提出建議,研擬推動台灣資料中心節能之可行做法,視市場技術狀況,責成政府機關資料中心能源使用效率達於一定水準,至於具體實踐手段,一來可投入資本以改善機房設施,二來可逕行委外遷移至能效達一定水平之商用資料中心。


此言一出,後續多項措施隨之啟動。除了展開資料中心耗能量測技術建立、能源效率管理研析之先期研究,並由教育部電算中心、內政部建研所、研考會資管處等多個單位協助調查量測相關事宜,以期根據量測結果,作為今後研擬資料中心節能推動措施、訂定新建資料中心能源使用效率基準、及研擬政府機房委外招標規範等業務之參照規範。

而參與執行「資料中心耗能量測技術建立與能源效率管理研析」計畫的工研院綠能與環境研究所,亦於2012年8月至2013年10月期間,實際訪查政府機關、學校單位甚至若干民營企業的機房,以執行PUE量測工作。

而在不久前,執行單位也利用公開研討會場合,向大眾分享了此一量測計畫的施行成果,連帶點出多項值得企業機構留意的關鍵要素。

權衡量測成本與精準度  求取適當PUE計算方式

首先,由於量測方式及量測位置,以往業界尚無統一規範,導致業者或研究單位所端出的PUE量測數值,比較基準不甚一致,倘若只看數字而不明就理,恐對於受測單位的能源使用效率多所誤解,顯然有導正必要。因此透過此次計畫執行,工研院與幾家協力廠商花了頗多時間與心力,研擬討論最適用於台灣現況的量測方法。

按國際通用的PUE計算方式,通常可分為Category 0、Category 1、Category 2與Category 3四種型態,各類型對應的量測點有所不同。其中Category 0計算分母為「週期時間內UPS輸出位置之最大尖峰用電」、分子為「週期時間內資料中心總用電之最大尖峰用電」,是唯一分子分母皆取kW為單位的算法,計算基礎相對粗略,故而率先遭捨棄。

而在Category 1、Category 2及Category 3部分,量測基準各為UPS Output、PDU Output與IT Input,計算公式的分子與分母皆以kWh為單位,其中Category 3量測點數最為龐大,看似最貼近機房實際用電情況,但由於工程浩大而致量測成本負擔吃重,執行難度偏高。

至於Category 2,則考量部分機房並未採用PDU設備,就算有,亦頗多採用排插式裝置,無法作為量測點執行計算;權衡之下,工研院決定採用Category 1量測模式

然不可否認,縱使Category 1被運用的頻度最高,但結算結果的精準度,仍未必到達爐火純青,只不過機房管理人員並非數學家,僅須儘可能還原事實真相、求取相對精準數值即可,絕無必要在數字運算上斤斤計較;在此前提下,工研院即使採納Category 1,亦須顧及多數機房並非處於獨棟建築物的現實(所以機房將與整棟建物共用變壓器),若將量測點置於市電供應與變壓器之間,恐難分辨何者為機房所用、何者為其他空間所用,因此將Category 1計算方式略做修正,把原本變壓器前量測位置,改置於變壓器、UPS之間。

值得一提的,Category 1另一量測點、也就是計算式的分母部分,係設置於UPS到PDU之間,然而這段仍可能有變數產生,例如某些中小企業,當市電從變壓器進入UPS後,或從UPS到PDU之前,或許會出現分流,其中一路串接機房的機櫃與資訊設備,另一路則串聯至辦公室,支應該區域中個人電腦、印表機、投影機甚或其他設備的用電,工研院便為此詳加釐清,在公式上予以扣除,以避免辦公室耗電誤遭納入機房PUE計算,影響數值的合理性。

工研院建議,爾後用戶若欲自行量測,亦不妨採用Category 1計算方式,即是在週期時間內以總耗電量kWh作為計算,避免墊高量測成本,亦可獲取具有可信度的PUE數據;此外,用戶必須留意,電力變壓器供應範圍含括整棟建築物,而非僅止於機房本身,所以在變壓器前掛表可行性不高,必須調整到變壓器後(UPS前)的位置。

獨立空調加冷熱通道  為降低PUE必備要件

除了量測方式外,最令人關注的,無疑還是訪查41座機房後的實際結果,幾經歸納,發現政府機關與學校單位機房,具備幾項共同特徵:第一,機房皆位在建築物中的某一空間,故機房設置會受限於建築空間與結構,逾五成機房雖為獨立空間,卻出現了對外開窗的怪異場景;第二,逾七成五機房擁有獨立空調系統,雖為可喜現象,但僅不到3分之1已規劃冷熱通道,亟待改善的空間著實不小;第三,超過3分之2機房的電力系統,堪稱清楚、明確且乾淨,並未同時供應予非機房設備,有助於提高整體能源使用效率,理應繼續維持。

此次訪查的41座機房,PUE表現落差可謂不小,表現好的僅在1.6上下,表現差的甚至高於2.6,顯見不同政府機關與學校的資料中心能源使用效率,優劣差異實為可觀;剖析PUE表現較佳的機房,大致具備幾項值得其餘用戶參酌的共同特色。

針對建築空間部分,多為獨立空間、並未混雜其他用途,絕不對外開窗且有遮蔽隔絕,空間規劃適當並無過大或過小之虞,設備與佈線的空間佈局皆屬理想。

在電力系統方面,PUE表現優異的機房,電力線路至為明確,反觀PUE較差者,甚至有從地下室UPS拉線至十幾層樓的不當案例,後者光是電力線路不明所導致的耗損,就足以形成PUE下降的絆腳石,其他較佳特徵還包括擁有獨立的機房電力迴路,且多採用高效率UPS、避免過度低載。

有關資訊機房的耗電大戶、也就是空調系統部分,PUE表現優異的機房,均十分關注空調操作溫度的調整事宜,也多具備獨立空調系統,冷熱通道明確分離,並針對空機櫃加裝隔板、嚴防混風效應,也多已更換採用高效率空調設備。

據悉,參與此次計畫的單位,包括工研院、協力廠商,甚至納入專業技師、建築師,已共同組成一專案小組,刻正研擬有關資料中心耗能量測技術建立與能源效率管理的規範,預計2014年底出爐;與此同時,上述成員也共同組成台灣資料中心基礎建設技術委員會,未來除將負責持續維護上述資訊機房創建基礎設施規範外,並將討論制定相關認證機制。

另一方面,伴隨台灣大哥大綠能機房案例,已使Uptime Institute的Tier III認證,成為業界起而效尤的標竿,工研院除負責維護Uptime Institute白皮書的中文版本外,也促使Uptime機房設計師專業認證(Accredited Tier Designer;ATD)在台灣的首次教育訓練課程,將在2014年第三季起正式開辦,期盼致使台灣資料中心設計水平,與國際標準鏈結得更為扎實緊密。

轉載自《DIGITIMES中文網