A medição do PUE de um data center

No artigo publicado em 16 de maio de 2018, em meu blog (http://www.claritytreinamentos.com.br/2018/05/16/pue-uma-metrica-de-eficiencia-do-data-center/), expliquei o conceito da métrica PUE, cobrindo sua definição, princípio de cálculo e principais finalidades. Aqui, vou elaborar mais sobre o tema, explorando detalhes sobre sua medição e cálculo.

Como vimos, o PUE mostra o overhead de energia gasto em relação aos sistemas de TI. Esse overhead representa a energia gasta nos sistemas que auxiliam na contínua operação dos sistemas críticos de TI, incluindo, mas não necessariamente se limitando a:

  • Energia gasta na refrigeração/ventilação dos equipamentos de TI e dos equipamentos necessários ao seu funcionamento, incluindo bombas, chillers, ventoinhas, torres de resfriamento, fancoils, evaporadoras e condensadoras
  • Perdas elétricas nos equipamentos, cabos e conexões da distribuição elétrica (ex.: UPS, quadros elétricos, transformadores, geradores etc.)
  • Alimentação elétrica de sistemas auxiliares necessários, como alarmes de incêndio, controle de acesso e automação
  • Iluminação das salas que compõem o data center

Ao computar a energia gasta pelos sistemas de TI, deve-se considerar, para além de servidores, armazenamento e comunicações (switches e roteadores), todo o equipamento de TI suplementar, como monitores, chaveadores KVM, estações de monitoramento etc., desde que necessários à operação dos serviços críticos.

Então, um data center com PUE 1,60 significa que 60% de toda a energia por ele consumida é gasta por esses sistemas acima listados como overhead. Obviamente, quanto mais perto de 1,00, mais eficiente esses sistemas serão ao atenderem as necessidades de TI.

Mas, onde medir o consumo de TI e qual a unidade utilizada? A primeira edição do PUE descrevia somente uma relação entre picos de demanda. Ou seja, durante um período de avaliação (por exemplo, durante um mês), é anotado o pico de demanda total do data center (DEM_TOT) e o pico de demanda dos equipamentos de TI (DEM_TI), ambos medidos em kW. O PUE seria então DEM_TOT/DEM_TI. Exemplo: pico de demanda do data center durante um ano = 500 kW, pico de demanda de TI durante esse ano = 300 kW; PUE = 500/300 = 1,67.

Posteriormente, foi lançada a segunda versão do PUE, em três níveis, 1, 2 e 3. Esse novo PUE (versão 2) prefere que o cálculo seja feito com dados de consumo, em kWh, e não de demanda, como anteriormente. Então, durante o período de avaliação, é medido o consumo elétrico total do data center (CONS_TOT) e o dos equipamentos de TI (CONS_TI). O PUE é agora CONS_TOT/CONS_TI. Exemplo: consumo elétrico total do data center durante um ano = 4.500.000 kWh, consumo elétrico de TI durante esse ano = 2.600.000 kWh; PUE = 4.500.000/2.600.000 = 1,73. Esta maneira é superior à anterior, pois utiliza o consumo total, que já contabiliza todos os picos, vales e sazonalidades ocorridas durante o período.

Os três níveis do PUE versão 2 se referem ao local onde deve ser medido o consumo de TI, bem como periodicidade mínima da medição (se usada a demanda pontual):

  • PUE1: nível 1; medição na saída do UPS; se medido como demanda (kW), a periodicidade deve ser mensal ou semanal
  • PUE2: nível 2; medição na saída do PDU; se medido como demanda (kW), a periodicidade deve ser diária ou horária
  • PUE3: nível 3; medição na tomada elétrica dos equipamentos de TI (nos racks); se medido como demanda (kW), a periodicidade deve ser de 15 minutos ou menos

Atualmente, o PUE também é definido na norma ISO/IEC 30134-2 – Power usage effectiveness (PUE).

A medição do consumo total deve ser sempre realizada na entrada do data center. Deve-se deduzir daí toda energia utilizada para outros sistemas não relacionados ao data center, se existirem.

Quanto mais perto da carga de TI for a medição, ou seja, quanto maior o nível do PUE, mais precisa será a métrica ao identificar as perdas decorrentes do overhead das instalações.

Quando a medição for realizada por consumo (kWh), é importante manter o cálculo do PUE trimestral de cada estação climática do ano, bem como o anual, de forma a ressaltar (trimestral) e a nivelar (anual) os efeitos da temperatura externa no PUE.

Como curiosidade, e a nível de ilustração, podemos consultar o PUE dos data centers da Google aqui: https://www.google.com/about/datacenters/efficiency/internal/. Ali podemos ver o gráfico dos cálculos anuais e trimestrais do PUE.

O PUE1 e o PUE2 até admitem ter suas medições de consumo realizadas de forma manual, em rondas periódicas. É relativamente fácil obter dados de consumo de TI para o PUE1, pois todos os UPS já vêm com recursos para informar os dados de fornecimento de energia. Para o PUE2, é necessária a instalação de medidores nos quadros principais de distribuição de energia ininterrupta para o data center (PDU).

O PUE3, por sua granularidade (medição em cada rack de TI), deve necessariamente ser medido de forma automática. Isso não deve ser um problema, pois para o PUE3 é necessária a utilização de “PDU inteligente de rack” em todos os racks, os quais já são naturalmente dotados de capacidade remota de monitoramento, via SNMP ou equivalente. Porém, isso torna a instalação mais cara, portanto não é uma solução viável para muitos data centers.

Se o data center adquirir outros recursos utilizados para alimentação elétrica ou refrigeração, como diesel ou gás (para geração local regular), ou água potável (para refrigeração), a energia embutida em tais insumos também deve ser contabilizada na energia total consumida pelo data center. A norma do PUE inclui fatores para a conversão dessa energia embutida em energia a ser contabilizada pelo PUE.

O PUE, em princípio, não deve ser utilizado para comparar instalações diferentes, a não ser que a metodologia de todos os locais seja compatibilizada. O PUE é bastante útil para servir de base para o próprio data center medir sua evolução com o tempo e após alterações significativas da instalação.

Mas, atenção, o PUE não mede a eficiência elétrica dos equipamentos de TI! O aumento da eficiência de TI (com o uso de técnicas de consolidação e virtualização, por exemplo) reduzirá o consumo elétrico do data center, mas, se não houver um correspondente ajuste no parque eletromecânico, o PUE poderá aumentar, mesmo que o consumo total da instalação tenha diminuído.

Por outro lado, aumentar muito a temperatura de fornecimento do ar condicionado, para a faixa “permitida” da ASHRAE, poderá proporcionar uma boa economia no gasto energético da refrigeração. Mas, dependendo da temperatura e nível de carga dos servidores, pode ser que suas ventoinhas sejam aceleradas ao máximo, para compensar esse aumento. Isso pode levar a um consumo extra que anula os ganhos com a redução da refrigeração, levando a um maior consumo do data center. Nesse caso, paradoxalmente, o PUE pode melhorar, pois o consumo das ventoinhas dos servidores é contabilizado como consumo de TI!

Ou seja, o PUE não deve ser o único recurso para acompanhar a eficiência elétrica do data center. Ele deve sempre ser acompanhado por outros indicadores, como o consumo elétrico total e índices de eficiência dos equipamentos de TI, como por exemplo o ITEU e o ITEE, também definidos na norma ISO/IEC 30134.

Seguem os links para os sites onde se pode adquirir os documentos aqui citados:

The Green Grid® – PUE: https://www.thegreengrid.org/en/resources/library-and-tools/20-PUE%3A-A-Comprehensive-Examination-of-the-Metric

Norma ISO/IEC 30134-2:2016: https://www.iso.org/standard/63451.html

A medição do PUE é apenas um dos itens avaliados para a obtenção do único selo de eficiência energética para data centers, o CEEDA. Mais informações, aqui: http://www.ceedacert.com/

O cálculo do PUE é abordado nos cursos DCDA e EnergyPro, do DCProfessional. Mais informações, aqui: https://www.br.dcpro.training/

 

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Até a próxima!

Marcelo Barboza, RCDD, DCDC, NTS, ATS, DCS Design, Assessor CEEDA
Clarity Treinamentos
marcelo@claritytreinamentos.com.br

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