Современный центр обработки данных (ЦОД) является ключевым элементом цифровой экономики, обеспечивая работу облачных сервисов, искусственного интеллекта и глобальных коммуникаций. Однако стремительное развитие ИТ-инфраструктуры сопровождается колоссальным ростом потребления ресурсов. Дата-центры сегодня – это мощные промышленные объекты, которые предъявляют высокие требования к электросетям. Контроль и оптимизация их расходов на энергию становится стратегической задачей. Любое повышение энергопотребления дата-центров немедленно отражается на операционных расходах (OpEx) и, как следствие, на конкурентоспособности бизнеса.
Для эффективного управления этими расходами и стандартизации измерений ИТ-отрасль приняла универсальную метрику. Эта метрика, известная как PUE (Power Usage Effectiveness), стала важнейшим инструментом, позволяющим не только измерить, но и целенаправленно улучшить показатели эффективности использования энергии. PUE трансформировался из простого технического коэффициента в финансовый индикатор, который используют инвесторы и руководители для оценки совокупной стоимости владения (TCO) и принятия решений о модернизации или строительстве новых ЦОД.
Содержание
- Формула расчета PUE и ее составляющие
- Цель и уровни PUE
- Современные методы снижения PUE
- Комплексные метрики устойчивости дата-центров
- Заключение
Формула расчета PUE и ее составляющие
PUE, или Power Usage ffectiveness, – это коэффициент, который измеряет отношение общего количества энергии, потребляемой ЦОДом, к энергии, фактически доставленной ИТ-оборудованию. Эта метрика была разработана некоммерческим консорциумом The Green Grid Association в 2007 году. С тех пор PUE получил широкое глобальное признание и был стандартизирован под номером ISO/IEC 30134-2:2016, что подтверждает его статус универсального языка для оценки энергоэффективности ЦОД по всему миру.
По своей сути PUE показывает, насколько эффективно используется электрическая энергия в дата-центре. Чем ближе значение PUE к идеальной единице (1.0), тем меньше энергии тратится на вспомогательные системы, такие как охлаждение, оборудование для преобразования мощности и освещение.
Расчет PUE является простым, но требует точного измерения двух ключевых компонентов. Метрика PUE рассчитывается как отношение общего энергопотребления ЦОД к энергопотреблению ИТ-оборудования:
Общее энергопотребление ЦОД измеряется на входе от поставщика коммунальных услуг и включает всю энергию, потребляемую объектом. Сюда входят: энергия, потребляемая серверами, системами хранения данных и коммутаторами (ИТ-нагрузка); а также энергия, идущая на охлаждение, системы бесперебойного питания (ИБП), освещение и прочие нагрузки смешанного назначения.
Энергопотребление ИТ-оборудования – это чистая мощность, которая поступает непосредственно на вычислительное оборудование (серверы, СХД, сетевые устройства). Разница между общим потреблением и потреблением ИТ-оборудования представляет собой потери, связанные с инфраструктурой. Идеальный коэффициент PUE, равный 1.0, означает, что вся поступающая энергия используется исключительно для питания вычислительной техники. Если ЦОД имеет PUE 2.0, это означает, что на каждый киловатт, идущий на вычисления, тратится еще один киловатт на работу вспомогательных систем.
Цель и уровни PUE
Основная цель мониторинга и снижения PUE заключается в получении прямой экономической выгоды. Повышая эффективность использования электрической энергии в ЦОДе, операторы напрямую сокращают эксплуатационные расходы (OpEx) и уменьшают совокупную стоимость владения (TCO). Поскольку энергоснабжение и охлаждение являются двумя наиболее значимыми статьями расходов в ЦОДе, оптимизация PUE позволяет стабилизировать эти переменные затраты.
Для коммерческих центров данных низкий PUE является не просто мерой экономии, а критически важным элементом конкурентного преимущества. Анализ, проведенный Uptime Institute, показал, что средний PUE крупнейших центров обработки данных в 2020 году составлял 1.59. Это значение служит отраслевым бенчмарком: ЦОД с PUE 1.25 считается высокоэффективным и демонстрирует значительное превосходство над среднерыночными показателями. Управление PUE, таким образом, превращается в стратегическое управление рисками, поскольку снижение потребления энергии делает ЦОД менее чувствительным к колебаниям тарифов на электричество.
Ассоциация The Green Grid разработала систему градации, которая помогает операторам быстро оценить уровень энергоэффективности своего объекта и определить, требуется ли немедленная оптимизация.
| Значение PUE | Уровень эффективности | Комментарий |
| 1.0 | Идеал | Теоретический предел, недостижимый на практике |
| 1.0 – 1.2 | Высочайшая эффективность | Достигается мировыми лидерами с применением передовых технологий |
| 1.2 – 1.5 | Хорошая эффективность | Целевой показатель для современных, оптимизированных центров |
| > 1.5 | Требуется оптимизация | Указывает на высокие потери на обслуживающую инфраструктуру |
Стремление к PUE в диапазоне 1.2–1.5 является минимальной целью для новых проектов, так как это гарантирует конкурентоспособность объекта на долгие годы.
Современные методы снижения PUE
Энергоэффективность в наибольшей степени зависит от систем охлаждения, которые часто потребляют значительную долю от общего энергопотребления ЦОД. Поэтому большая часть усилий по снижению показателей эффективности использования энергии направлена именно на оптимизацию климатической системы.
Фундаментальная оптимизация воздушных потоков
Самые простые, но наиболее эффективные методы повышения эффективности инфраструктуры ЦОД лежат в области базовой организации пространства. Ключевым требованием является изоляция коридоров: формирование четко разделенных холодных и горячих коридоров. Эта мера предотвращает смешивание воздуха, подаваемого для охлаждения оборудования, с горячим воздухом, который выбрасывается из серверных стоек. Несмешивание воздушных масс является самым простым и давно известным методом снижения PUE.
Второй фундаментальный принцип – поддержание максимально высокой допустимой температуры воздуха в холодных коридорах. Руководящие рекомендации ASHRAE TC9.9 указывают на возможность работы оборудования при более широком температурном и влажностном диапазоне, чем принято традиционно. Чем выше допустимая температура в холодном коридоре, тем меньше энергии требуется для работы систем кондиционирования, что напрямую снижает PUE.
Энергосберегающая система фрикулинга
Фрикулинг (Free Cooling) представляет собой технологию энергосбережения, которая использует холодный потенциал наружной среды (воздуха или воды) для охлаждения теплоносителя, что позволяет либо полностью отключить компрессорное оборудование, либо значительно снизить его нагрузку.
Внедрение фрикулинга позволяет снизить PUE в ЦОД с типовых 1.7–1.8 до 1.35–1.40. Эффективность этого метода сильно зависит от географического положения ЦОД. В умеренном и холодном климате, как в большей части России (например, в Москве, где период с температурой свыше 25°С длится менее двух недель), фрикулинг может работать большую часть года, обеспечивая максимальную экономию.
Разновидности фрикулинга:
- Прямой фрикулинг (Direct Free Cooling). Этот метод, также называемый Fresh Air Cooling, предполагает непосредственный забор наружного воздуха для охлаждения стоек и последующий выброс нагретого воздуха. Он является одним из наиболее энергоэффективных методов. Однако, несмотря на высокую экономию энергии, прямой фрикулинг требует тщательного контроля влажности воздуха. Если влажность выходит за пределы, рекомендованные ASHRAE, оператору приходится включать осушители или увлажнители. Работа этих дополнительных систем может нивелировать часть экономии и привести к увеличению PUE.
- Фреоновый фрикулинг. Это пример косвенного фрикулинга. В этом случае наружный воздух охлаждает хладагент (фреон) через сухой охладитель (драйкулер), который, в свою очередь, отводит тепло от оборудования. Компрессоры чиллера отключаются или работают с минимальной нагрузкой. Фреоновый фрикулинг является интеллектуальным решением, обеспечивающим значительное снижение энергопотребления, и быстро окупается, несмотря на более высокую первоначальную стоимость.
Роль высокоэффективного оборудования
Понимание, что PUE в ЦОД — это соотношение общей энергии к ИТ-нагрузке, требует комплексного подхода. Помимо систем охлаждения, существенную долю потерь вносят системы энергоснабжения, прежде всего ИБП и распределительное оборудование.
Потери в ИБП возникают при преобразовании электрической энергии. Выбор современных систем бесперебойного питания с коэффициентом полезного действия (КПД) 97% и выше критически важен. Каждый процент, добавленный к КПД ИБП, уменьшает общие потери и, соответственно, снижает PUE. Инвестиции в высокоэффективные компоненты инфраструктуры, такие как модульные дата-центры с оптимизированными системами питания, напрямую способствуют минимизации потерь и повышению общих показателей эффективности использования энергии.
Комплексные метрики устойчивости дата-центров
С развитием технологий и усилением требований к экологической ответственности ЦОД, показатель PUE уже не может рассматриваться как единственный критерий эффективности. В отрасли используются дополнительные метрики, дающие более полную картину устойчивости дата-центра.
DCiE как обратная величина PUE
DCiE (Data Center Infrastructure Efficiency) – это показатель, который является прямой обратной величиной PUE. DCiE выражается в процентах и показывает, какая доля от общего потребления энергии ЦОД приходится на полезную ИТ-нагрузку.
Формула расчета:
Если PUE равен 2.0, то DCiE составляет 50%, то есть только половина потребляемой энергии идет на вычисления, а вторая половина – на поддержку инфраструктуры. Соответственно, чем выше DCiE, тем эффективнее система используется.
Экологические показатели WUE и CUE
Для всесторонней оценки экологического следа ЦОД и его устойчивости, мировое сообщество, в том числе The Green Grid, продвигает использование других ключевых метрик: WUE и CUE.
1. WUE (Water Usage Effectiveness). Этот показатель измеряет эффективность использования воды. Он стал критически важным, поскольку многие высокоэффективные методы снижения PUE, такие как адиабатическое или испарительное охлаждение (которые используют фрикулинг), требуют значительного потребления воды. WUE рассчитывается как отношение общего объема воды, потребленного ЦОД, к энергии, потребленной ИТ-оборудованием.
Низкий WUE (например, 0.2 л/кВтч и менее) указывает на эффективное водопользование. Однако часто возникает конфликт: методы, радикально снижающие PUE, могут одновременно увеличивать WUE. Это требует от операторов ЦОД поиска оптимального баланса между энергетической эффективностью и рациональным водопользованием.
2. CUE (Carbon Usage Effectiveness). CUE измеряет углеродный след ЦОД, то есть количество выбросов CO2, связанных с его деятельностью. Этот показатель напрямую зависит от PUE и от источника энергии, используемого для питания ЦОД (например, атомная энергия, газ, уголь).
где CEF (Carbon Emission Factor) – это коэффициент выбросов CO2 на кВтч потребленной энергии.
| Метрика | Название | Фокус измерения | Формула расчета |
| PUE | Power Usage Effectiveness | Энергоэффективность инфраструктуры | PUE=Общее энергопотребление ЦОД ⁄ Энергопотребление ИТ-оборудования |
| WUE | Water Usage Effectiveness | Эффективность использования воды | WUE=Потребление воды (л) ⁄ Потребление энергии ИТ (кВтч) |
| CUE | Carbon Usage Effectiveness | Углеродный след | CUE=CEF×PUE |
Эти метрики показывают, что современная энергоэффективность ЦОД должна оцениваться комплексно. Внедрение PUE в качестве основного инструмента измерения и контроля, а также его связь с другими экологическими показателями, позволяет компаниям достигать максимальной устойчивости.
Заключение
PUE (Power Usage Effectiveness) остается наиболее признанным, простым и эффективным инструментом для измерения и повышения показателей эффективности использования энергии в центрах обработки данных. Эта метрика, стандартизированная на международном уровне, позволяет операторам проводить бенчмаркинг и целенаправленно инвестировать в технологии, которые приносят быструю окупаемость.
Снижение PUE – это не просто техническое упражнение, а финансовое решение, которое напрямую снижает операционные издержки, увеличивает маржинальность и повышает конкурентоспособность коммерческих дата-центров на долгие годы. Инвестиции в энергоэффективность, такие как внедрение систем фрикулинга, оптимизация воздушных потоков и использование высокоэффективного оборудования, позволяют перевести неопределенные переменные расходы (энергопотребление) в предсказуемые капитальные затраты (CapEx).
Для обеспечения лидерства в отрасли современные ЦОД должны стремиться к достижению значения показателя PUE не выше 1.3, используя его в связке с метриками WUE и CUE для полной оценки устойчивости и минимизации воздействия на окружающую среду. Только комплексный подход к энергоэффективности ЦОД гарантирует стабильность и успех в условиях растущего мирового спроса на вычислительные мощности.
