IT-Connection

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  • Jörg Poschen
    Jörg Poschen    Premium Member   Group moderator
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    Konfusion rund um die PUE: Was wird hier eigentlich gemessen?
    Sehr geehrte Gruppenmitglieder,

    ich gebe es zu: Ich habe geklaut - und zwar einen meiner Meinung nach exzellenten Artikel von Julius Neudorfer, CTO und Gründer der North American Access Technologies Inc. sowie aktives Mitglied von ASHRAE und IEEE, der unter der Headline „PUE: Cold Con-Fusion in the Data Center“ auf http://www.ctoedge.com erschienen ist. Diesen habe ich nach bestem Wissen übersetzt und aufbereitet, um mit Ihnen ein paar ganz grundlegende und entscheidende Gedanken zur PUE-Ermittlung teilen und diskutieren zu können.

    Viel Vergnügen bei der Lektüre und einen lebendigen Austausch wünscht Ihnen,

    Jörg Poschen



    PUE (Power Usage Effectiveness) und DCiE (Data Centre Infrastructure Efficiency) sind von dem Konsortium Green Grid in 2007 kreierte Messgrößen zur Ermittlung der Energieeffizienz im Rechenzentrum. Diese Richtgrößen dienen einerseits als Ausgangswerte, um die Effizienz eines Rechenzentrums zu bestimmen und vergleichbar zu machen. Zudem sind sie Marketinginstrumente, um Mitbewerber durch sagenhaft niedrige PUE-Werte in die Schranken zu weisen.

    Vornehmlich rekurriert wird auf den PUE-Wert, während der DCiE-Wert lediglich den reziproken Wert des PUE angibt und somit den Anteil des Stromverbrauchs des IT-Equipments am gesamten Stromverbrauch eines Rechenzentrums ausweist. Zum Stromverbrauch des IT-Equipment gehört die ganze Last der Server, Speicher, Netzwergeräte, etc. , während der Gesamtstromverbrauch im RZ zusätzlich noch die Last vom Gebäude (Bedarf Stromnetz), Strom (USV, Notstromgeneratoren, Schaltanlage, etc.) sowie
    der Kühlung (Kühlaggregate, Air Conditioning, etc.) miteinschließt.

    Der PUE-Wert ergibt sich demnach aus dem Quotienten von:

    Gesamtstromverbrauch im Rechenzentrum / Stromverbrauch des IT-Equipments

    Der DCiE-Wert wird einfach durch den Kehrwert des PUE dargestellt.


    PUE? Wie wird die eigentlich gemessen, in kVA, kW oder kWh?

    Das größte Problem besteht bei der korrekten Bestimmung des PUE-Wertes darin, überhaupt genau zu wissen, wo und mit welchen Mitteln und was eigentlich gemessen werden soll. Das ist mitunter auch darauf zurückzuführen, dass viele IT- und sogar einige Facility-Fachkräfte nicht den Unterschied zwischen Energie und Strom kennen. Deshalb ist ihnen der Unterschied zwischen KVA und KW oder kWh in diesem Zusammenhang auch nicht geläufig. Deshalb empfiehlt sich für eine Ermittlung des PUE natürlich auch die korrekte Verwendung dieser Messgrößen, für die im folgenden eine kurze Definition geliefert wird:

    kVA (Kilovoltampere) auch „Scheinleistung“ = Volt x Ampere/1000
    Beispiel: 230V @200A = 230 x 200/1000 = 46 kVA

    kW (Kilowatt) auch „Wirkleistung“ = Volt x Ampere/1000 x Leistungsfaktor
    Beispiel: 230V @200A = 230 x 200 /1000 x 0,9 = 41,4 kW

    Strom wird berechnet in kW. Energie ist Strom x Zeit, und wird in kWh berechnet.
    Beispiel: 1 KW x 24h = 24 kWh


    Was ist also grundlegend bei der Ermittlung des PUE-Wertes zu beachten?

    Die Scheinleistung (kVA) kann nicht für die Berechnung verwendet werden, sondern einzig die Wirkleistung (kW). Demnach muss sichergestellt sein, dass die Messgeräte auch den Verbrauch in kW oder sogar kWh messen können. Dabei ist zu beachten, dass ein kW-Wert immer nur eine Momentaufnahme des Verbrauchs liefern kann. D.h. im Klartext: Ein findiger Facility- oder IT-Manager kann im kältesten Winter (ohne dass der Einsatz von Chillern erforderlich ist) seinen PUE-Wert ermitteln, der dann in einem sensationellen Bereich zwischen 1,0 und 1,5 liegen wird. Damit ist aber nichts über die tatsächliche „Energie“-Effizienz ausgesagt, denn diese bemisst sich ja anhand eines längeren Zeitraums und wird in kWh ausgedrückt. Um ein realistisches Effizienz-Modell zu erhalten, empfiehlt The Green Grid ein Messverfahren, das sich auf eine Erhebung der zwölfmonatigen Durchschnittswerte der Wirkleistung (kW) beziehen soll. Dieses Verfahren bezeichnet The Green Grid als „Level 3- Advanced-Continuous Monitoring. Viel einfacher und aussagefähiger wäre es hingegen, sich einfach auf einen „Jahres-PUE-Wert“ zu einigen, der auf den tatsächlichen Energieverbräuchen eines zwölfmonatigen Zeitraums basiert. Die entsprechende Formel würde dann lauten:

    IT Energie (kWh) / Totaler Verbrauch Facility Energie (kWh)


    Welche Fehlerquellen bestehen bei der Ermittlung des PUE-Wertes?

    Im Rahmen des von der US-amerikanischen Environmental Protection Agency (EPA) vorbereiteten Energy Star for Data Centres Zertifizierungsprogramms wurden über 100 Rechenzentrumsstandorte für ein Jahr unter die Lupe genommen. Festzustellen war, dass in den meisten Rechenzentren die Messpunkte zur Ermittlung der PUE nicht richtig gewählt worden sind, so dass weder die Wirkleistung (true power) noch der Energieverbrauch erfasst werden konnten. In den meisten Fällen konzentrierten sich die RZ-Verantwortlichen bei der Messung auf die abgegebene Leistung der Unterbrechungsfreien Stromversorgungen (USVen oder UPS – Uninterruptible Power Supply), um die verbrauchte IT-Energie zu bestimmen. Hierbei werden jedoch die Verteilungsverluste beim Downstreaming sowie durch jede weitere Transformation entstehende Verluste ignoriert. Festzustellen war sogar, dass in einigen Rechenzentren die Gebläse der CRAH (Computer Room Air Handling)-Systeme von den USVen versorgt wurden, wodurch diese Verbräuche fälschlich dem IT Equipment zugeschlagen und nicht korrekterweise dem totalen Verbrauch der Facility-Energie (total facility energy). Diese führte letztlich zu einer massiven Verzerrung bei der Berechnung des PUE-Wertes.

    Seien Sie kritisch bei “gehypten” PUE-Werten!

    Oftmals können PUE-Fabelwerte, die sich 1,0 annähern oder nur geringfügig darüber liegen auf nicht sachgemäßes Vorgehen bei der Messung oder die Verwendung nicht zulässiger Messgrößen (kVA) hinweisen. Ohne signifikante thermische oder energetische Optimierungen im Rechenzentrum ist davon auszugehen, dass bei korrekter Messung über einen angemessen Zeitraum (möglichst ein Jahr) und unter Verwendung der kWh-Größe als Maßeinheit ein durchschnittlicher PUE zwischen 1,8 und 2,5 als realistisch angesehen werden kann.

    Tipps zur internen Ermittlung des PUE

    Sofern Sie den PUE als Marketinginstrument benötigen, dann umgehen Sie bitte die oben benannten Fallgruben. Wenn es Ihnen jedoch darum geht, Ihre eigenen Bemühungen zur Erhöhung der Energieeffizienz intern zu erfassen und Optimierungen zu evaluieren, dann sollten Sie für aussagefähige Vergleiche minutiös dokumentieren, wie, wo, wann und über welchen Zeitraum sie die erste Messung für ihre PUE durchgeführt haben und diese Bedingungen bei Folgemessungen konstant halten. Ferner sollten Sie natürlich auch bitte stets eine feste Messgröße beibehalten. Und bitte verzagen Sie nicht, wenn Ihnen als einzige Messgrößen der Output der USVen sowie der Gesamtstromverbrauch nur als „Scheinleistung“ in kVA zur Verfügung stehen. Intern können Sie in jedem Fall darauf rekurrieren und erhalten relativ gute Indikatoren, um Fortschritte Ihres Bemühens um eine höhere Energieeffizienz abzulesen.

    Ein wichtiges P.S.

    Nehmen Sie bitte einfach hin, dass der PUE-Wert die derzeit einzige Kenngröße ist, welche wir länderübergreifend zur relativen Ermittlung und Vergleichbarkeit der Strom- bzw. Energieeffizienz in verschiedenen Rechenzentren zur Verfügung haben. Verzweifeln Sie bitte nicht daran, dass energetische Optimierungen, wie z.B. durch Virtualisierung, leider durch die PUE abgestraft werden, da sich diese performancesteigernde Maßnahme nicht positiv auf die PUE-Berechnung im Sinne eines verringerten Wertes des Quotienten auswirkt. Diese Schwäche ist den geistigen Vätern des PUE bewusst, und es wird daher fieberhaft an einer neuen Formel gearbeitet, die eine Ratio zwischen IT-Equipment, totalem Facility-Verbrauch und Performance herstellen will.
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  • Jörg Poschen
    Jörg Poschen    Premium Member   Group moderator
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    Re^2: Konfusion rund um die PUE: Was wird hier eigentlich gemessen?
    Guten Morgen, Herr Kaiser.

    Genau das ist das Kernproblem.

    Und von daher war ich auch ein wenig enttäuscht, als der EUE (Energy Usage Effectiveness)-Kennwert vom Energy Research Centre of the Netherlands (ECN)2 vorgestellt wurde. Bei dem im engsten Sinne einfach das von The Green Grid empfohlene und oben beschriebene "Level 3 Advanced Continous Monitoring"-Verfahren aufgegriffen und umettikettiert wurde. Den letztlich bedeutet EUE nichts anderes, als dass hier das Verhältnis des Energiebedarfs des gesamten Rechenzentrums zum Energiebedarf der IT für den Zeitraum von einem Jahr in kWh abgebildet wird und damit zumindest alle saisonalen Klimabedingungen als Einflussgrößen erfasst werden.
    Ein wesentlicher und großer Schritt nach vorne ist dies somit nicht, denn für das Verhältnis von Verbrauch und Performance (vielleicht sogar per Stellfläche) besteht immer noch kein Indikator.


    Mit besten Grüßen,

    Jörg Poschen
    This post was modified on 14 May 2010 at 11:17 am.
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  • Ansgar Seyfferth
    Ansgar Seyfferth    Group moderator
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    Re^4: Konfusion rund um die PUE: Was wird hier eigentlich gemessen?
    Hallo,

    Dem kann ich nur zustimmen. Natürlich geht es bei der Energieeffizienz letztlich um das Verhältnis

    Performance / Gesamtstromverbrauch
    = Performance / IT-Equipment-Stromverbrauch
    * IT-Equipment-Stromverbrauch / Gesamtstromverbrauch

    Der zweite Faktor ist gerade die DCiE, die wie ihr Name schon sagt, nur eine Aussage darüber trifft, wie effizient die Infrastruktur des Rechenzentrums ist.

    Die Effizienz das IT-Equipments dagegen liegt im ersten Faktor. Hierbei geht es einerseits um die Effizienz der Hardware selbst, d.h. das Verhältnis aus den Performance-Benchmarks (am besten selber mit den eigenen Applikationen gemessen, oder sonst die für den konkreten Fall repräsentativsten veröffentlichten Standard-Benchmarks) und dem angegebenen Daten zum Stromverbrauch, welches ein Kriterium für die Auswahl der jeweils geeignetsten Hardware darstellt, und auch für die Entscheidung, wann die Hardware durch neuere Modelle ersetzt werden sollte. Anderseits geht es um die effizienteste Nutzung der Hardware durch Konsolidierung. Diese Komponente der Effizienz ist natürlich ebenso wichtig wie die DCiE / PUE, lässt sich aber wie ja hier schon gesagt wurde, nicht auf eine universell gültige Metrik reduzieren, ganz einfach deshalb, weil im Gegensatz zum Stromverbrauch die Performance keine einheitliche physikalische Größe ist, sondern von Fall zu Fall je nach Funktion des IT-Equipments anders zu messen ist, und im allgemeinen mehrere Dimensionen hat.

    Mit freundlichen Grüssen aus Madrid,
    Ansgar Seyfferth
  • Jörg Poschen
    Jörg Poschen    Premium Member   Group moderator
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    Re^5: Konfusion rund um die PUE: Was wird hier eigentlich gemessen?
    Sehr geehrte Gruppenmitglieder,

    oben hatten Herr Kaiser, Herr Seyfferth und ich ja bereits auf die Unzulänglichkeiten und Fallstricke bei der Ermittlung des PUE (Power Usage Effectiveness)-Wertes für Rechenzentren hingewiesen. Kurz zusammengefasst:
    Die Krux der PUE besteht hauptsächlich in nicht einheitlich verwendeten Strom- bzw. Energiemessgrößen und -verfahren, der nicht gegebenen Berücksichtigung des Verhältnisses von Performance/Energieeffizienz, der mangelnden Vergleichbarkeit bei unterschiedlich performanten und komplexen Umgebungen sowie der paradoxen Auswirkungen von eigentlich energieeffizienten Best Practices (wie z.B. Virtualisierung) auf den PUE-Wert. Ich hoffe, diese Aspekte vollständig und korrekt zusammengefasst zu haben.

    Nun melde ich mich, um Ihnen mittzuteilen, dass "Land in Sicht" ist - bezüglich verlässlicher Kenngrößen, die die obigen Aspekte miteinschließen und darüber hinaus einen Energieeffizienz-/Perfomancevergleich innerhalb einer "Datacenter-Peergroup" gestatten. Ermittelt werden können diese Kenngrößen über ein sehr umfängliches Green IT-RZ Benchmarking-Tool des Netzwerks Green IT BB.

    Exklusiv und einmalig steht allen RZ-Verantwortlichen, die klar definierte Parameter für die Energieeffizienz ihrer Umgebung erhalten möchten, dieses Tool kostenfrei zur Verfügung. Dieses Tool ist von der Bundesverwaltung zum „Leuchtturm-Projekt 2010“ gekürt worden. Besonders hervorzuheben ist, dass dieses Benchmarking nicht nur zu reinen Analysezwecken und der Feststellung des energetischen Status quo dient: Ein im Nachgang von unabhängigen Experten erarbeitetes, ausführliches Reporting zeigt Schwachstellen oder Ansatzpunkte auf, informiert über Best Practices und hilft Stellschrauben und Hebel zur energietechnischen Optimierung von Rechenzentren zu identifizieren und strategisch zu verankern.

    Direkt zum Green IT RZ-Benchmarking gelangen Sie über den folgenden Link: https://benchmarking.greenit-bb.de/

    Mit besten Grüßen,

    Jörg Poschen
  • Jörg Poschen
    Jörg Poschen    Premium Member   Group moderator
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    Re: Konfusion rund um die PUE: Was wird hier eigentlich gemessen?
    Sehr geehrte Gruppenmitglieder,

    wer sich von Ihnen über die korrekte Ermittlung des PUE-Wertes noch weiter im Detail schlau machen und/oder eine konkrete Anleitung dafür erhalten möchte, dem empfehle ich die Lektüre des "Leitfaden zur Messung der Energieeffizienz" des BITKOM. Dieser steht Ihnen unter dem folgenden Link als Download zur Verfügung:
    http://www.bitkom.org/de/publikationen/38337_70912.aspx

    Mit besten Grüßen,

    Jörg Poschen