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PUE vs DCIE en un Data Center

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PUE vs DCIE en un Data Center

Volvemos a contar con la inestimable colaboración de uno de los mejores expertos en Data Centers en España. David Fernández Santamaría, Sales Manager Infrastructure for data centers and IT rooms, de la firma Electroson Data Center Critical Services, nos escribe un artículo, en exclusiva para nuestro periódico instaladoresdetelecomhoy.com explicando las diferencias entre los dos principales parámetros que miden la biondad de una instalación en cualquier Data Center que se precie como tal.

¿Qué es PUE?

Power Usage Effectiveness es una métrica definida por The Green Grid para medir la eficiencia energética de los centros de datos.

Se calcula de la siguiente forma: PUE = Potencia eléctrica total del centro / Potencia eléctrica total consumida por los sistemas. Su mejor valor teórico es 1, los valores que se han publicado varían entre 1.2 y 3.5/4. Un valor de 1 implica que toda la energía consumida por el centro la consumirían los sistemas de información; un valor de PUE = 2 indica que el conjunto de las infraestructuras del centro consumen la misma energía que los sistemas.

Enlace al documento de The Green Grid.

¿Qué es DCiE?

DCiE (Datacenter Infrastructure Efficiency) es el inverso del PUE, es decir, la potencia eléctrica consumida por el equipamiento IT dividida por la potencia eléctrica total del centro en porcentaje. Su valor máximo teórico es 100%, y sus valores típicos estarían entre 85% y 28%

¿Qué significa?

El PUE da una medida de la cantidad total de energía que necesita un centro que aloja sistemas informáticos y de comunicaciones en relación con la energía que estos sistemas utilizan directamente. Las instalaciones de los centros de datos requieren mantener unas determinadas condiciones de temperatura y humedad para que los sistemas informáticos funcionen correctamente, así como proporcionar determinados niveles de redundancia eléctrica. Todas estas infraestructuras consumen energía que, sumada al consumo directo de los sistemas, conforman la factura eléctrica de nuestro centro de datos. Vamos, que el PUE el DCiE nos indican que parte de nuestra factura es debida a los sistemas directamente y cual al resto de infraestructuras.

¿Cómo se mide?

No existe ninguna especificación concreta para medir el PUE y el DCiE. En realidad éste es uno de los principales problemas a la hora de comparar mediciones entre centros, los valores que se publican por lo general no tienen porqué estar midiendo lo mismo. Mientras que The Green Grid insiste en que lo importante es medir y evaluar de forma consistente la eficiencia en un centro para poder mejorarla, el mercado ofrece y publica PUEs cada vez más agresivos a los que la comunidad técnica plantea dudas inmediatamente.

Una posible instalación para la medición de PUEs implementada en algunos centros de datos consiste en instalar medidores de kWh (Kilowattios-hora) a la salida de los centros de transformación de la instalación, y también a la salida de los sistemas de alimentación ininterrumpida. El PUE en este caso es el valor obtenido de dividir la suma de las medidas obtenidas en kWh de la salida de los centros de transformación por la suma de los valores obtenidos en los SAIs a lo largo de un periodo determinado.

¿Por qué es importante el PUE?

La preocupación por la eficiencia energética de los centros de datos despega en 2007 con un informe de la EPA (Agencia Medioambiental Norteamericana) que constata el gran consumo energético de los centros de datos norteamericanos y vaticina su crecimiento exponencial en los próximos años debido al crecimiento de las necesidades de computación. La necesidad de que todas las industrias sean lo más eficientes posibles desde el punto de vista energético, hace que el sector de los data centers focalice sus esfuerzos en disponer de medios que permitan mejorar la eficiencia energética de sus servicios.

El PUE es la principal métrica aceptada de forma generalizada por la industria de los centros de datos que permite tener una indicación de la eficiencia energética de un centro de datos tanto en su fase de diseño como durante su operación. Aunque el sector no está de acuerdo en como implementarla en la realidad, es el indicador principal que empresas y proveedores utilizan para promocionar la eficiencia de sus nuevas infraestructuras.

¿Qué valores de PUE son típicos?

Como referencia podemos utilizar las menciones que dos de los principales proveedores de servicios de centros de datos hicieron en el último congreso al que hemos acudido. Se citaron valores de 2.2, 2.4 y 2.6 para instalaciones tradicionales. Miembros de The Green Grid han publicado comentarios refiriéndose a valores medios en USA de 2.04 de entre todos los centros encuestados por la EPA (Agencia de Medioambiente Norteamericana). Google, Amazon y Arsys, entre otros, han publicado recientemente valores inferiores a 1.5.

Como nota importante, la compañía Electroson Data Center Critical Services, ha realizado instalaciones en España con PUE de solo 1,22.

¿Por qué la potencia eléctrica total consumida en un centro de datos no es igual a la potencia total consumida por el equipamiento informático?

La potencia total consumida en el centro es siempre mayor a la consumida por el equipamiento informático ya que las instalaciones que mantienen operativo al centro también consumen energía. El principal coste energético de las infraestructuras son los sistemas de climatización que se requieren para mantener condiciones de temperatura y humedad adecuadas. También consumen energía las instalaciones eléctricas, los SAIs, la iluminación, lo equipos de monitorización, los de seguridad,…

¿Un valor de PUE concreto me garantiza que los valores de temperatura y humedad en el centro son los adecuados para el equipamiento informático?

No. En absoluto. El PUE únicamente da una medida de cuanta energía están consumiendo nuestras infraestructuras para proporcionar los watios de potencia IT requeridos por nuestros sistemas. Si en el centro no existe una política de climatización coherente o, simplemente se gasta menos energía de la necesaria en climatización pueden obtenerse valores de PUE bajos sin que se garantice un entorno adecuado para los sistemas. Porque el PUE tenga un valor determinado no significa que el centro opere correctamente y que los sistemas vayan a encontrarse en un entorno adecuado.

¿Cómo es posible entonces que exista un PUE < 2?

Los centros de datos que tienen eficiencias energéticas mayores, y por tanto PUEs inferiores a un valor de 2, únicamente pueden conseguirlo si las infraestructuras que se requieren para funcionar consumen menos energía que los sistemas. Esto se consigue únicamente en centros con niveles mínimos de redundancia en sus sistemas eléctricos y utilizando medios externos al centro para obtener mayor eficiencia en la climatización. Esto se conoce en el mercado como “free cooling” y no deja de ser una solución delicada por posibles problemas relacionados con la contaminación del aire, sino que además no es viable en todas las horas del día ni en todos los climas, evidentemente.

La guerra del PUE menor que 2 la desatan las grandes compañías de servicios web, como Google, que diseña e implementa decenas de centros de datos con planteamientos muy distintos a los de un usuario tradicional de estas infraestructuras.

Como medida estándar debemos entender que por cada vatio que consumen los sistemas de IT necesitaremos como mínimo un vatio para enfriar el calor que éstos generan. Estos valores indicarán por tanto que nuestro PUE será habitualmente superior a 2.

¿El PUE es un valor constante en un centro a lo largo del año?

No. El valor de PUE medido va a cambiar según la época del año siempre. El clima afecta directamente a cualquier sistema de refrigeración que se esté utilizando en la instalación. El PUE también se ve afectado por el grado de carga del centro. No puede darse un valor de PUE para una instalación sin indicar si es un valor de diseño o un valor operativo actual y el grado de carga al que esta operando la instalación.

¿Cómo afecta el clima a las mediciones del PUE?

Según Jim Smith, Director Técnico de Digital Realty Trust las mediciones en sus centros de datos realizadas durante 2008 y 2009 varían hasta un 19% dependiendo de la época del año. El mismo indica que se puede utilizar como válida una variación de +/- 10% que puede ser mayor según la climatología, por supuesto.

¿De qué otros factores depende el PUE?

Tanto como criterio de diseño como métrica operativa el PUE depende de varios factures a tener en cuenta:

  1. Del nivel de redundancia eléctrica de la instalación.

A mayor disponibilidad de las infraestructuras y mayor redundancia de las instalaciones, mayor consumo eléctrico y menor eficiencia energética. No pueden compararse PUEs de instalaciones con distinto nivel de redundancia.

  1. Del nivel de redundancia de la instalación de climatización.

A mayor disponibilidad de las infraestructuras y mayor redundancia de las instalaciones, mayor consumo eléctrico y menor eficiencia energética. No pueden compararse PUEs de instalaciones con distinto nivel de redundancia.

  1. De la eficiencia del sistema de climatización.

La eficiencia del sistema de climatización es posiblemente el elemento que mayor impacto puede tener en el PUE. En este aspecto influyen muchos factores, desde la tecnología utilizada en el sistema de climatización hasta la disposición de los Racks, retornos de aire, etc.

  1. De la eficiencia del sistema eléctrico y de alimentación ininterrumpida.

Los SAIs no son eficientes al 100% y su eficiencia depende de la carga que soportan. La mayor parte de las instalaciones de centros de datos operan a bajos niveles de carga y los SAIs raramente superan cargas de un 40% por motivos de redundancia.

  1. El grado de ocupación del centro y su capacidad.

La eficiencia del consumo eléctrico del centro también varía según su grado de ocupación. Muchos centros de datos operan por debajo de la mitad de su capacidad. A menor ocupación la eficiencia de tener el centro “enchufado” es menor debido tanto a la falta de carga de los SAIs como al consumo en “stand-by” de los sistemas de climatización.