Os benefícios de se determinar a eficiência da infraestrutura do data center como parte de um plano efetivo de gerenciamento de energia são amplamente reconhecidos. A métrica padrão PUE (Eficácia do Uso da Energia) e a métrica recíproca DCiE (Eficiência da Infraestrutura do Data Center 1 ) surgiram como padrões reconhecidos. Durante o fornecimento de auditorias de energia para data centers, a Schneider Electric identificou diversos problemas práticos ao determinar a PUE de data centers específicos. Apresentamos aqui alguns dos problemas que dificultam a classificação dos subsistemas de consumo de energia como cargas de TI, da infraestrutura física ou como nenhuma delas: Há dispositivos em data centers que consomem energia, porém não está claro como (ou se) seus dados de energia devem ser contabilizados no cálculo da eficiência Alguns subsistemas de data centers não estão presentes em alguns data centers (por exemplo, iluminação da área externa ou NOC) Alguns subsistemas suportam uma instalação de uso misto e são compartilhados com outras funções fora do data center (por exemplo, torres de resfriamento e chillers), portanto a fração de energia que pode ser atribuída ao data center não pode ser medida diretamente. Alguns subsistemas são extremamente impraticáveis ou caros para instrumentar e medir o consumo de energia (por exemplo: as PDUs, devido à quantidade de conexões de saída, ou os painéis de distribuição) Alguns pontos práticos de medição da energia incluem cargas que não estão relacionadas ao data center, mas que não podem ser separadas durante a medição Um ou mais dos problemas práticos acima estão frequentemente presentes em data centers típicos, e estão praticamente sempre presentes em data centers que estão instalados em uma instalação de uso compartilhado, com em um edifício comercial. Como a maioria dos operadores de data centers que tenta determinar a PUE encontrará um ou mais dos problemas acima, deve ser definido um modo padrão para lidar com eles. Esta é a finalidade deste artigo. Este artigo define uma abordagem padrão para coletar dados de data centers e mostrar como se deve utilizá-los para calcular a PUE, com um foco no que deve ser feito com dados que estão confusos ou incompletos. Os usuários podem sempre adotar sua própria abordagem para coletor e processar dados de energia, porém a eficiência do data center não pode ser comparada de forma padrão sem um método standard. É importante observar que diversas organizações de normas como a Green Grid e outras organizações reconhecem os problemas aqui detalhados e estão trabalhando em soluções, na forma de diretrizes e normas. Espera-se que surjam normas relacionadas a muitos dos problemas descritos neste artigo. Quando tais normas forem lançadas, este artigo será atualizado imediatamente, conforme apropriado, para descrever e se alinhar com tais normas. Portanto, antes de aplicar os métodos aqui descritos, visite a página apc.com para certificar-se de você esteja utilizando a versão mais recente deste artigo. Para superar esses problemas, a metodologia de três partes a seguir está detalhada neste artigo: 1. Estabelecer um padrão para categorizar os subsistemas do data center como: (a) carga de TI, (b) infraestrutura física, ou (c) não incluída no cálculo 1 Neste artigo, a PUE será utilizada como a métrica de eficiência. As mesmas considerações se aplicam igualmente à DCiE
2. Se o consumo de energia de um subsistema não pode ser medido diretamente porque ele é compartilhado com cargas fora do data center, estime a quantidade de energia elétrica usando uma metodologia padronizada para o tipo de subsistema 3. Se o consumo de energia de um subsistema não pode ser medido diretamente devido a barreiras técnicas para a medição, estime a quantidade de energia elétrica usando uma metodologia padronizada para o tipo de subsistema Cada uma das três partes do método é descrita a seguir. Para fazer os cálculos da eficiência do data center, é fundamental definir claramente qual energia constitui a carga de TI, e qual energia é da infraestrutura física. Embora a designação de servidores e dispositivos de armazenamento como carga de TI seja evidente, e a designação de no-breaks e unidades de refrigeração/movimentação de ar como infraestrutura física também seja evidente, existem muitos subsistemas que consomem energia no data center que possuem uma participação menos evidente no cálculo da eficiência, entre eles espaços pessoais, painéis de distribuição e centros de operações de rede (ver Figura 1). Esses subsistemas consomem energia. Se eles não forem classificados de forma uniforme para todos os data centers, não será possível comparar diretamente os resultados de eficiência calculados para data centers distintos. Existem esforços em andamento empreendidos por clientes, agencias governamentais e concessionárias de energia para estabelecer uma referência para a eficiência de data centers, portanto é fundamental estabelecer diretrizes padronizadas para o que é considerado carga de TI, e o que é considerado infraestrutura física (algumas vezes chamado de infraestrutura do local), e o que não deve ser incluído no cálculo da eficiência de um data center. Além disso, há em geral problemas práticos para obter os dados-chave necessários para calcular a eficiência de um data center. Existem considerações teóricas e práticas para designar as cargas nas três categorias acima, a fim de calcular a eficiência do data center. Pessoas racionais podem tirar conclusões diferentes se os diferentes tipos de cargas devem ser contabilizados na métrica da PUE, e se forem contabilizados, se serão cargas de TI ou não. As seguintes diretrizes práticas são aplicadas para montar o sistema de categorias deste artigo: Se o gerenciamento do uso da energia do subsistema for uma saída realista e desejável do gerenciamento de energia do data center, então a carga do sistema deve ser incluída na métrica PUE. Se normalmente não for prático separar a medição de uma carga específica durante um processo de medição, então não deve ser prescrito que a carga específica seja separada para o cálculo da métrica. Uma lista abrangente de tipos de dispositivos encontrados em um data center deve ser padronizada, com uma clara designação de Carga de TI, "Carga de Infraestrutura Física", ou "carga não Incluída, para fins do cálculo da eficiência do data center. As tabelas a seguir são uma tentativa preliminar para estabelecer uma lista de subsistemas comuns e suas designações a uma das três categorias: Carga de TI, Infraestrutura Física, ou Não Incluída, para calcular a eficiência do data center. As Tabelas de 1 a 4 apresentam uma lista de subsistemas que podem ser incluídos na PUE e os que devem ser excluídos. Esses subsistemas são agrupados em quatro tipos de tabelas separadas de equipamentos TI, energia, refrigeração, e outros.
? Data center Infraestrutura física Energia Resfriamento Iluminação Segurança física Prot. Contra incêndio Carga TI Servidores Armazenagem Rede Não incluído? PUE Power Usage Effectiveness = Na Tabela 1, várias cargas de TI são identificadas e classificadas na categoria de Carga de TI. Alguns tipos de equipamentos de TI são classificados facilmente, mas outros tipos nem sempre são classificados de forma uniforme. Por exemplo, normalmente há alguma confusão se as cargas de TI de recuperação de desastres ou as cargas do centro de operações da rede (NOC) devem ser classificadas como cargas de TI dentro do data center. Praticamente todos os data centers têm alguma forma de centro de operações de rede, que pode ser bem pequeno como uma mesa no centro de processamento de dados, ou pode ser uma sala grande com dezenas de estações de trabalho e paredes de monitores. Em alguns casos, uma organização pode ter uma grande central NOC que monitora uma quantidade de data centers, e nesse caso um data center pode ser sobrecarregado com um NOC de grande porte enquanto outro data center similar possui apenas um NOC pequeno. Existem argumentos a favor da inclusão do NOC nos cálculos da PUE e argumentos contra a inclusão do NOC. Entretanto, usando o princípio de que é desejável gerenciar a energia de cargas relacionadas ao data center, como a de um NOC, o NOC deve ser incluído nos relatórios de energia e, portanto, na PUE. Adicionalmente, o uso da energia relacionada ao NOC como distribuição elétrica e refrigeração, pode ser bem difícil para separar de outros usos da energia relacionados ao data center. Isto sugere novamente que é prático incluir o NOC nos relatórios de energia e nos cálculos da PUE.
TI Algumas pessoas têm argumentado que isto não deve ser incluído, mas é muito difícil separar esses dispositivos. Algumas pessoas têm argumentado que isto não deve ser incluído porque não se trata realmente de equipamento de TI, mas é muito difícil separar isto. A finalidade de listar a recuperação de desastres (que é um tipo de aplicação em data center) é cobrir a possibilidade de que alguns data centers possuem recuperação de desastres (DR) no mesmo local. Idealmente a recuperação de desastres é administrada completamente separada da instalação de um data center principal e deve ser gerenciada e medida como um data center independente. Consequentemente, se a recuperação de desastres estiver no mesmo local e possuir recursos compartilhados de infraestrutura física então ela deve ser incluída e é apenas outro processo de negócios que é suportado dentro do data center principal. Esta carga é formada principalmente por computadores e monitores para o controle do data center. Poderia ser argumentado para incluir essa carga em qualquer uma das 3 categorias, porém em alguns casos ela não está localizada no mesmo local que o data center, tornando a designação difícil. Uma avaliação geral é incluir no consumo de TI quando ela é compartilhada dentro da mesma instalação e compartilha recursos de espaços incertos. Poderia ser a instalação independente como uma NOC, que poderia gerar uma nova categoria de data center e seria incluída como carga de TI, com uma classificação separada para a linha de base da PUE. A Tabela 2 lista os subsistemas elétricos que podem ser encontrados em um data center típico e como eles são designados no cálculo da PUE. Embora a maioria dessas designações seja evidente, o valor importante desse quadro é servir como lista de verificação para certificar-se de que todos os dados apropriados foram encontrados e integrados no cálculo da PUE. Em especial, muitas medições de PUE relatadas designam incorretamente as PDUs e chaves de transferência estática (STS) como parte da carga de TI durante o cálculo da PUE, que pode resultar em grandes erros, especialmente em data centers parcialmente carregados. Embora possa ser argumentado que é difícil medir as perdas desses dispositivos, é possível estimá-las com um alto grau de precisão. Portanto, nunca é válido omiti-las do cálculo da eficiência. Outros erros comuns cometidos no cálculo da PUE são omissões de equipamentos de dispositivos de manobra e chaves de transferência automática (ATS). Em muitos casos, não é prático ou econômico medir as perdas desses dispositivos, mas é sempre prático estimá-las. Embora tais estimativas apresentem alguns erros, o fato de que esses subsistemas sejam uma pequena porcentagem do uso da energia do sistema geral (ao redor de 1%) faz com que a estimativa contribua apenas com um erro muito pequeno no cálculo final do uso da energia ou da PUE.
Infraestrutura Física - energia Sistemas de geração de energia alternativos como turbinas eólicas e painéis solares operam em paralelo com os data centers e sua contribuição de energia não deve ser incorporada na PUE porque isto mascara o desempenho real do data center e distorce a finalidade da métrica. (para áreas externas ou internas) Muitos locais não têm uma maneira para determinar a energia dos dispositivos de manobra, portanto seria necessário estimá-la, se ela for incluída. Energia, espaço e recursos são consumidos para fornecer e operar esses equipamentos, que são uma parte essencial de todos os data centers. (aquecedor de bloco, aquecedor de camisa de água, aquecedores de tiras, controles do gerador, carregador da bateria do gerador) Essas fazem parte claramente do caminho da energia, mas algumas pessoas têm argumentado que este equipamento deve ser considerado parte da carga de TI porque é difícil separá-lo. Em geral, normalmente é necessária apenas uma estimativa. Seguindo a mesma lógica acima, se a Recuperação de Desastres pode ser isolada, então ela não é incluída na PUE da instalação principal, caso contrário ela deve ser incluída. Esses sistemas operam sempre praticamente em paralelo com o data center, e são simplesmente coarrendados com o data center. Sua inclusão nos cálculos da PUE poderia mascarar o desempenho real do data center. A Tabela 3 lista diversos subsistemas de refrigeração que devem ser incluídos no cálculo da PUE. É importante observar que alguns desses sistemas são omitidos inadvertidamente, em geral, ao calcular a eficiência do data center, como sistemas de ar de reposição, umidificadores centrais, e aquecedores de unidades, resultando em uma eficiência superestimada do data center.
Infraestrutura física - Refrigeração (primarias, secundárias, terciárias) (ventiladores, aquecedores da bacia) (bombas de filtros e injetores ) Há argumentos de que é difícil separar esses equipamentos em instalações de uso misto. Nesses casos, é necessário um método de estimativa da energia designada ao data center. Equipamentos de tratamento de água incluem sistema de filtração de água e sistemas químicos. (fita de aquecimento, traços de calor, aquecedores de tiras) Compressores de ar em geral alimentam válvulas pneumáticas em estações de água gelada. (ventiladores, serpentinas de reaquecimento, umidificação) CRAH - Umidades de manuseio de ar para sala de computadores CRAC - Unidades condicionadoras de ar para sala de computadores Além do espaço de TI do data center, são utilizados às vezes para condicionar salas mecânicas/elétricas, que devem ser consideradas. Algumas pessoas têm argumentado que isto é difícil de medir e, portanto, não deve ser incluído. Pequenos aquecedores (montados no teto, em geral) são utilizados algumas vezes em salas mecânicas e elétricas durante os meses de inverno. (Condensadores são utilizados somente em unidades CRAC resfriadas a ar) Muita água pode ser consumida pelos sistemas de refrigeração. Alguns data centers bombeiam sua própria água, porém alguns compram água como uma utilidade, que é bombeada por bombas remotas da concessionária. A água, como um recurso, requer energia para ser resfriada, armazenada, e transportada.
Infraestrutura Física - outros Algumas pessoas têm argumentado que somente o caminho da energia e a refrigeração devem ser incluídos no cálculo da eficiência. Isto é mais fácil de quantificar em data centers construídos especificamente para este objetivo, mas em edifícios de uso misto, um compartilhamento proporcional da iluminação do espaço elétrico e mecânico deve ser contabilizado. (sistemas de incêndio, dampers, HVAC, CLPs) HVAC - Aquecimento, ventilação e ar condicionado CLP Controlador lógico programável Isto varia muito de local a local e muitos data centers estão dentro de instalações mistas, logo, é muito difícil atribuir a carga do data center. Algumas pessoas têm argumentado que não há um padrão claro para decidir qual espaço pessoal deve ser designado à infraestrutura do data center, portanto isto não deve ser incluído. Outros dizem que é difícil separar essas cargas. Este espaço varia bastante e é mais bem dirigido a um modelo de consumo eficiente por meio do Conselho de Edifícios Verdes dos EUA (USGBC). Isto não está incluído e este espaço varia muito em instalações de uso misto. É mais bem otimizado por meio de melhores práticas de organizações como a USGBC. A Tabela 4 lista equipamentos de iluminação e outros dispositivos que são encontrados normalmente em data centers, mas que não aparecem nas tabelas anteriores. Em geral, a iluminação está incluída no cálculo da energia de data centers, porém a iluminação da área externa é excluída devido ao alto grau de variação entre os locais. Se houver luzes externas e o uso da energia não pode ser facilmente removido das cargas do data center durante a medição, elas podem ser removidas subtraindo seus valores estimados. Observe que as cargas de pessoal / escritório estão excluídas especificamente do cálculo da eficiência do data center. Isto porque é extremamente difícil atribuir cargas de pessoas aos data center em muitas situações porque na grande maioria das instalações de data center há funções de pessoas externas ao data center no mesmo edifício, e a quantidade da carga associada ao pessoal externo ao data center varia em grande escala de local a local. Pode ser desafiador separar as cargas do data center das cargas de escritórios pessoais em muitas instalações de uso misto, mas não deve ser muito caro ou complexo fazer isto. As próximas seções tratam deste tipo de questão.
Classificar as cargas do data center de forma correta e uniforme, conforme descrito na seção anterior, é uma parte importante da determinação da PUE de data centers. No entanto, conforme explicado na introdução, alguns dispositivos que consomem energia, e estão associados a um data center, são compartilhados com outros usos. Por exemplo, um data center pode compartilhar uma estação de água gelada com um edifício comercial ao lado ou o no-break do data center também pode fornecer energia ao call center. Mesmo uma medição exata do uso da energia desses dispositivos compartilhados não é útil para o cálculo da eficiência do data center, porque as perdas desses dispositivos associadas às cargas fora do data center não devem ser incluídas na PUE. Uma abordagem comum feita quando um dispositivo é compartilhado, é simplesmente omitir o dispositivo do cálculo da PUE. Isto pode resultar em erros importantes, especialmente se o dispositivo for um grande usuário de energia como um resfriador de água (chiller). Este tipo de abordagem invalida o cálculo da PUE para fins de comparação. Uma melhor estratégia é estimar (ou medir indiretamente) a fração das perdas do dispositivo compartilhado que está associado ao data center e, em seguida, usar essas perdas no cálculo da PUE. Essa abordagem pode produzir resultados surpreendentemente precisos. Considere o caso de uma estação de água gelada que é compartilhada com outras cargas fora do data center. A meta é medir ou estimar a fração da energia elétrica que a estação de água gelada consome, que está relacionada ao data center. Aqui estão três métodos alternativos para determinar o uso da energia de uma estação de água gelada compartilhada: 1. Meça/estime a carga térmica do chiller usando perdas elétricas conhecidas de todas as outras cargas do data center, meça/estime a eficiência do resfriador de água e, em seguida, use essas informações para calcular a energia elétrica que o chiller está usando para as cargas do data center 2. Meça/estime a divisão proporcional da carga térmica entre o data center e as outras cargas (usando a temperatura da água, pressão, ajustes da bomba, etc.); meça a potência de entrada do chiller e, em seguida, aloque a fração da energia do chiller ao data center de acordo com a divisão proporcional. 3. Desligue as cargas do chiller que não são do data center e, em seguida meça o chiller para determinar sua energia associada ao data center 2 Essas medições e estimativas indiretas são feitas tipicamente durante uma auditoria de energia do data center por um especialista, mas podem ser tentada por operadores experientes do data center. Assim que a técnica é estabelecida para um data center específico, é fácil reutilizá-la ao longo do tempo para verificar a tendência da eficiência. Técnicas similares podem ser utilizadas para outros tipos de recursos compartilhados. Essas técnicas de estimativa e modelamento podem ser formalizadas nas ferramentas de gerenciamento de software do data center para fornecer relatórios contínuos sobre a eficiência. Por exemplo, a solução de gerenciamento de data centers InfraStruXure Central da Schneider Electric oferece uma quantidade de opções cada vez maior para administrar recursos compartilhados em suas ferramentas de gerenciamento da energia. Cada dispositivo de consumo de energia em um data center pode ter seu uso de energia medido. Entretanto, pode ser complexo, caro e impraticável medir o uso da energia de alguns dispositivos. Em muitos casos, a medição e a estimativa indireta dos dispositivos pode permitir a determinação da PUE de forma prática e econômica. 2 Esta alocação não é exata, e normalmente superestima ligeiramente as perdas designadas ao data center porque algumas perdas na estação de água gelada são fixas e não desaparecem quando as cargas que não são do data center são desligadas.
Considere o caso de uma unidade de distribuição de energia elétrica (PDU), que é claramente um dispositivo de energia. Em um data center parcialmente carregado, as perdas nas PDUs podem estar acima de 10% da carga de TI, com um efeito significativo no cálculo da PUE. Assim, a maioria dos operadores de data centers omite as perdas das PDUs no cálculo da PUE porque elas são consideradas muito difíceis de determinar, causando um erro grave no cálculo da PUE. Há muitas razões pelas quais as perdas de um PDU são muito difíceis de medir diretamente: A instrumentação dentro das PDUs nunca fornece as informações de perdas diretamente A instrumentação na entrada e saída das PDUs normalmente não fornecem valores em Watts, apenas em VA ou ampères A instrumentação de entrada e saída das PDUs não é suficientemente precisa para permitir a subtração do valor da saída do total da entrada, para determinar as perdas Existe um grande número de saídas na PDU que precisariam ser somadas para se obter a energia de saída Felizmente as perdas em uma PDU são fáceis de determinar, ou seja, elas podem ser diretamente calculadas da carga de TI, se as especificações da PDU forem fornecidas. As perdas de uma PDU podem ser estimadas, portanto, com um alto grau de precisão se a carga for conhecida em Watts, ampères ou em VA. De fato, estimar as perdas dessa forma é tipicamente MAIS preciso do que usar instrumentação instalada na PDU 3. Assim que as perdas da PDU são estimadas, elas são subtraídas da medição de saída do no-break para obter a carga de TI, e elas são contabilizadas como parte da carga da infraestrutura, na determinação da PUE. Este método simples melhora muito o cálculo da PUE quando comparado à opção de se ignorar as perdas da PDU. Esta função pode ser embutida nas ferramentas de software utilizadas durante uma auditoria de energia, ou a função pode ser embutida diretamente no software de gerenciamento de energia em tempo real, como ocorre no sistema de software de gerenciamento de energia InfraStruXure Central. Essas técnicas de estimativa estão descritas com mais detalhes em outros white papers listados no final deste artigo. 3 Os erros de medição de perdas da PDU são amplificados porque são a diferença entre dois números grandes. Os erros são tão grandes que normalmente fazem com que a eficiência da PDU, determinada pela medição direta, ultrapasse 100%, o que é obviamente impossível.
A PUE é definida como o quociente entre dois números: a energia de entrada do data center em relação à potência da carga de TI. Embora à primeira vista pareça ser um problema de simplesmente obter duas medições e fazer esse quociente, isto raramente é assim tão simples em data centers de produção. Os data centers fazem parte, em geral, de um edifício de uso múltiplo, assim, pode ser impossível encontrar um simples ponto para medir a potência de entrada total do data center ou medir a carga de TI. Isso significa que os pontos de medição apropriados para coletar todos os usos da energia do data center precisam ser identificados e, normalmente, os dados do uso da energia elétrica de diferentes subsistemas precisam ser combinados para se descobrir a potência total de entrada do data center. Para complicar mais ainda o problema, parte dessas medições de potência pode ser impraticável de se obter, ou os dispositivos podem ser compartilhados com aplicações que não são do data center. Este artigo apresentou listas de diversos subsistemas do data center que precisam ser incluídos na análise do uso da energia, e também como o uso da energia desses subsistemas deve ser incorporado ao cálculo da PUE. Adicionalmente, o artigo descreveu abordagens práticas para determinar o uso da energia de dispositivos compartilhados e dispositivos que são impraticáveis para medir, para permitir o cálculo da PUE. Os operadores de data centers precisam entender que determinar a PUE não exige muita instrumentação cara porque muitas perdas em um data center podem ser estimadas bem efetivamente por medição e estimativa indireta. Embora esses métodos possam parecer difíceis para os usuários típicos implantarem, ferramentas de software de baixo custo e fáceis de utilizar estão disponíveis para simplificar o problema e permitir que qualquer data center, grande ou pequeno, novo ou readaptado, tenha um sistema de gerenciamento de energia eficaz em tempo real. Victor Avelar é Analista de Pesquisa Sênior na Schneider Electric. É responsável pelo projeto e pesquisa de operações de data centers e consulta clientes sobre avaliação de risco e práticas de projeto para otimizar a disponibilidade e eficiência de seus ambientes de data center. Victor é graduado em Engenharia Mecânica pelo Rensselaer Polytechnic Institute e possui um MBA pelo Babson College, e é membro da AFCOM e do American Society for Quality.