Medição do PUE em um data center

  Na edição n◦ 10 expliquei o conceito da métrica PUE, cobrindo a sua definição, princípio de cálculo e principais finalidades. Aqui, vou elaborar mais sobre o tema, explorando detalhes da sua medição e cálculo.

  O PUE mostra o overhead de energia gasto em relação aos sistemas de TI, 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 sistemas 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 (como 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, 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; e 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.

  A medição do consumo total é sempre realizada na entrada do data center. Deve-se deduzir daí toda a 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 para ilustração, podemos consultar o PUE dos data centers do Google no link https://bit.ly/2E52CI7. Também é possível ver o gráfico dos cálculos anuais e trimestrais do PUE.

  O PUE₁ e o PUE₂ até admitem ter as 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 é 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 aumenta o custo de instalação, 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 (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 a 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. Porém, dependendo da temperatura e nível de carga dos servidores, pode ser que as 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.

  Assim, 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.

  Abaixo os links de onde é possível adquirir os documentos aqui citados.

The Green Grid® – PUE (https://bit.ly/2zuIZXd).

Norma ISO/IEC 30134-2:2016 (https://bit.ly/2E4w012).

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 em (https://bit.ly/1KQBY1r).