【IT168 解读】由工业和信息化部电信研究院承办的“云计算发展与政策论坛”第二次高端会议3月16日在北京香山饭店成功召开。原信息产业部部长、论坛名誉理事长吴基传，工业和信息化部副部长杨学山，中国互联网协会理事长、中国工程院院士胡启恒，中国工程院院士李德毅、李国杰，工信部、发改委相关司局领导，以及来自论坛成员单位的140多位领导和专家出席了会议。

　　数据中心是高能耗通信的代表，是实施能效通信需要关注的主要对象。运用虚拟化技术建设数据中心，实现规模化的信息处理，将节省的资源用于进一步提高生产力，但现阶段较为核心问题出现在数据中心能耗巨大，且能源消耗成本超过数据中心运营维护成本的一半，能源需求及冷却成本还在不断大幅度上涨。

　　本次大会的最大亮点就是，就是公开发布了《数据中心能效测评指南》。以下简称为《测评指南》，此指南是在工业和信息化部和国家发改委的指导下，结合中国现有的数据中心实际状况和发展需求编制的。《测评指南》使得运维人员及数据中心运营者了解数据中心能源效率状况，同时为不同数据中心之间能源效率的比较提供了参考基准。

　　据Gartner统计，我国现有各类数据中心40多万个，数量约占全球13%，能耗已经占到我国全社会用电量的1.5%左右。而且随着云计算的深入发展，数据中心的数量会快速增长。然而我国数据中心的绿色化水平低，能耗普遍较高，大量数据中心甚至还没有开始监测能源利用效率。《测评指南》的发布，改变了数据中心能效评估指标缺失、评估方法不统一的问题，对推动我国云计算数据中心实现绿色发展具有十分重要的推动作用。

　　在本指南中定义了电能利用效率(PUE)、局部PUE(pPUE)、制冷/供电负载系数(CLF/PLF)和可再生能源(RER)利用率等四个能效关键指标，并规范了相应的测量方法和数据发布要求。下面，我们来对针对其中的关键指标做一详细解读。

　数据中心的能耗组成：

　　正如《测试指南》所说，数据中心一般由所在地电网或专用的发电设施提供电力，经过变、配电等环节处理后，为数据中心的用电设备提供电源。数据中心的电能消耗由以下部分组成：IT设备、制冷设备、供配电系统、照明等其它消耗电能的数据中心设备。如下图所示：

　　从此图中可以看出，制冷在整个数据中心的电能消耗中，所占比例最大达到45%，其次是IT设备占到30%，供配电系统占到24%，照明等其他设备占1%。

　　数据中心制冷系统

　　我们首先来看看能耗小霸王：数据中心制冷系统。数据中心制冷设备是为保证IT设备运行所需温、湿度环境而建立的配套设施，主要包括：(1)机房内所使用的空调设备，包括机房专用空调、行间制冷空调、湿度调节设备等;(2)提供冷源的设备，包括风冷室外机、冷水机组、冷却塔、水泵、水处理等;(3)如果使用新风系统，还包括送风、回风风扇、加/除湿设备、风阀等。

　　那么如何降低此类的功耗，目前也有一些成熟的方案，例如263数据中心的风冷降温技术。昌平数据中心地处北京郊区，每年有半年以上的时间温度低于20度，在这种情况下适当地利用自然风来对机房降温，可以大大减少电能的消耗。冬天的时候，我们将经过过滤的室外冷空气直接抽到机房里，给机房降温，每个月能节省1万度电，这对于数据中心来说是非常可观的。而在夏天，263数据中心在节能方面同样有高招，就是用工业用盐对自来水进行软化后，用水泵将软化水打成雾状的水珠。这些雾化水喷射到空调的冷凝器上，由雾化水带走了一部分热量，降低室外机的负载，这样夏天又可以每月节省1万多度电。除此之外有的数据中心采用效液体冷却系统，也是不错的选择。

　　数据中心IT设备

　　IT设备是大家所熟悉的，具体包括计算、存储、网络等不同类型的设备，用于承载在数据中心中运行的应用系统，并为用户提供信息处理和存储、通讯等服务。如机架式、刀片式或塔式服务器;磁盘阵列、SAN交换机等存储设备;交换机、路由器、防火墙、VPN等网络设备以及用于运行维护的监控管理等设备。

　　数据中心供配电系统

　　数据中心供配电系统用于提供满足设备使用的电压和电流，并保证供电的安全性和可靠性。供配电系统通常由变压器、配电柜、发电机、UPS(Uninterruptible power supply，不间断电源)、HVDC(High Voltage Direct Current，高压直流)、电池、机柜配电单元等设备组成。

　　信息设备功能越来越强，功率密度越来越高。数据中心设备机柜用电负荷由以前的2kVA/台，提高到3kVA/台、4kVA/台，甚至更高。机房单位面积的平均用电负荷也由1kVA每平方，提高到1.5kVA每平方、2kVA每平方，甚至更高。同时，随着数据中心规模的不断扩大，对供电总容量的要求也从数千千伏安提高到数万千伏安。

　　数据中心中其它消耗电能的基础设施，包括照明设备、安防设备、灭火、防水、传感器以及相关数据中心建筑的管理系统等，这一部分所占能耗较小，但在保证数据中心正常运行以及防突发事件方面功能不可小视。

　　数据中心的能效指标

　　在了解数据中心的能耗组成后，我们就需要有一组量化的指标来衡量数据中心是否达到了绿色标准。数据中心能效指标是衡量数据中心能效的量化标准，它可以反映数据中心运行过程中的电能利用情况，作为数据中心设计和运维改进的重要依据，并为不同数据中心之间能效比较提供依据。

　　综合考虑数据中心能效指标的可测量性、可比较性和可优化性，大家需要掌握一个比较重要的术语：PUE。

　　PUE：电能利用效率

　　PUE是国内外数据中心普遍接受和采用的一种衡量数据中心基础设施能效的指标，其计算公式为：PUE = 数据中心总耗电/IT设备耗电

　　PUE的实际含义，是计算在提供给数据中心的总电能中，有多少电能是真正应用到IT设备上。根据定义，PUE值的取值范围为1.06到无穷大，数据中心机房的PUE值越大，则表示制冷和供电等配套基础设施所消耗的电能越大。PUE定义简单、易于操作，只需分别测量出数据中心总耗电和IT设备耗电，就能计算出数据中心的PUE值。

　　数据中心的总耗电是维持数据中心正常运行的所有耗电，包括IT设备、制冷设备、供配电系统和其它设施的耗电的总和。如果数据中心所在建筑同时用于办公等其它用途，则办公等所消耗的电能不包括在数据中心总耗电中。在数据中心中，只有IT设备的耗电被认为是“有意义”的电能。

　　此外，在本指南中还给出了另一个扩展参考标准，局部电能利用效率pPUE。

　　pPUE(Partial PUE，局部电能利用效率)用于对数据中心的局部区域或设备的能效进行评估和分析。在采用pPUE指标进行数据中心能效评测时，首先根据需要从数据中心中划分出不同的分区(也称为Zone)。例如，一个多层数据中心建筑中的一个机房，或者一个集装箱数据中心的集装箱模块，都可以作为一个Zone。

　　局部PUE用于反映数据中心的部分设备或区域的能效情况，其数值可能大于或小于整体PUE。要提高整个数据中心的能源效率，一般要首先提升pPUE值较大的部分设备或区域的能效。局部PUE适合用于基于集装箱、模块化数据中心或者由多个建筑和机房构成的较大型数据中心的局部能效评估。

　　制冷/供电负载系数

　　在本指南中，将制冷负责系统使用CLF表示，供电负载系统用PLF表示。

　　CLF(Cooling Load Factor，制冷负载系数)，定义为数据中心中制冷设备耗电与IT设备耗电的比值，即： CLF = 制冷设备耗电 / IT设备耗电

　　PLF(Power Load Factor，供电负载系数)，定义为数据中心中供配电系统耗电与IT设备耗电的比值，即： PLF = 供配电系统耗电 / IT设备耗电

　　CLF和PLF可以看作是PUE的补充和深化，通过分别计算这两个指标，可以进一步深入分析制冷系统和供配电系统的能源效率。

　　可再生能源使用率

　　在本指南中，给可再生能源下的定义是是指在自然界中可以循环再生的能源，主要包括太阳能、风能、水能、生物质能、地热能和海洋能等。可再生能源对环境无害或危害极小，而且资源分布广泛，适宜就地开发利用。

　　可再生能源使用RER(Renewable Energy Ratio)用于衡量数据中心利用可再生能源的情况，以促进可再生、无碳排放或极少碳排放的能源利用。

　　RER的定义为：RER = 可再生能源供电 / 数据中心总耗电

　　能效指标的测量方法

　　能效测量方法是为计算数据中心能效，对数据中心及其子系统耗电进行测量的方法，但需要注意测量点、测量周期及测量设备的要求等。

　　能效指标测量点：

　　在此需要计算前面所提到的四个能源指标：PUE、CLF、PLF、RER。

　　为计算PUE，需要在上图所示的数据中心示意图中，测量数据中心总耗电及IT设备耗电。

　　具体测量点如下：数据中心总耗电。在正常情况下，数据中心的电能由市电提供，测量点应取市电输入变压器之前，即图中的M1点。当市电故障情况下，柴油发电机产生的电力(图中的M2点)作为数据中心总耗电的测量点。如果是多用途机房楼，数据中心总耗电计算中，需减去在M4点测量的办公等其它耗电。IT设备耗电。严格来说，IT设备耗电应该在各IT设备输入电源处测量耗电量并进行加总，但由于IT设备数量较多，这一方法将大大增加测量工作量和成本。因此，在实际操作中，可在UPS输出或者列头柜配电输入处进行测量，将测量值加总作为IT设备耗电，测量点即图中的M3点。

　　确定测量点之后，根据定义，PUE的计算方法为：

　　PUE = (PM1 + PM2 – PM4) / PM3

　　其中PM1为在M1点测得的用电量，依此类推。

　　为计算CLF和PLF指标，需要在PUE测量点的基础上，增加制冷设备耗电、照明等其他设备耗电的测量点，即下图中的M5、M6点。

　　根据定义，CLF和PLF的计算公式分别为：

　　CLF = PM5 / PM3

　　PLF = (PM1 + PM2 –PM3– PM4 – PM5– PM6) / PM3

　　为计算RER指标，需要分别测量不同供电方式供给数据中心的用电量，从而计算出可再生能源供电占数据中心总耗电的比例。可再生能源供电可能来自市电(例如水电)，也可能来自于自供(例如数据中心装配太阳能或风能发电机)。假定市电中可再生能源占比为r%，则根据定义，RER的计算公式为：

　　RER = (PM1*r% + PM3) / (PM1 + PM2 + PM3)

　　实际测量中，由于测量位置、测量仪表和共享电力等的限制，有时耗电量可能无法直接测量得到或测量数值不精确，因此必须通过一定的方法进行间接测量和估算。

　　测量时间和频率

　　通过以上的解读，大家了解各指标的计算方法。但能耗指标的数值受各种因素的影响，会随季节、节假日和每天忙闲时段的改变发生变化，因此为全面、准确了解数据中心的能效，推荐采用固定测量仪表，对数据中心能耗进行持续、长期的测量和记录。若数据中心未安装固定测量设备，可采用钳形功率计等设备测量数据中心及IT设备等的短时用电量。建议测量的周期和频率如下：每次测量不小于一小时;每天测量不少于2次，建议在业务忙时和闲时分别进行;每月不少于3天，例如，指南中的建议是在每月5日、15日、25日进行测量。

　　同时，《测评指南》指出必须在规定的对应测量点进行测量。可安装固定测量设备，也可以利用供电、空调或IT设备内置的测量功能。测量设备的精度要求误差不超过±3%，解析度不低于0.1kWh，建议采用支持通过网络自动上报或者自动获取能耗数据的智能测量仪表，实现能耗远程、自动化采集。建议建设能效管理系统，实现对能耗数据的统计、分析和能效指标的自动计算。

　　《测评指南》最后再一次指出，为了保证测试的正确性，即使采用了相同的指标定义、测量点、测量周期和测量工具，数据中心的能效仍然可能会因为其所在地理位置、功率密度、主要业务类型、IT设备上架率等不同而产生明显差异。

　　为更加全面、准确的反映数据中心能效，在公布能效指标数值时，建议包括相关的细节信息，如数据中心所在的地理位置，至少精确到具体的城市;数据中心时测试的具体时间段、室内外温湿度等;数据中心的设计功率密度，单位为kW/机架;数据中心规模，以总电容量计算(kW);数据中心实际使用率、上架IT设备功率占总设计IT功率的比例;数据中心建筑形式，单体机房、与办公等混用或者模块化等;数据中心用途，企业应用、互联网应用、客户设备托管等;数据中心供电和制冷方式，例如高压直流，风冷/水冷式空调、自然冷源(说明年使用时长);是否采用了间接测量和估算方法， 估算时的测量点、热负荷比例和估算方法等。

　　本指南从理论高度结合中国数据中心现状，明确了每个能效指标和各个测量点，给出了间接测量和估算的建议，完善了测量时间和测量频率，对测量设备提出了具体的精度等要求，并提出了具体的能效指标发布要求，实现了数据中心能效指标的可测量，可发布和可比较。