Data Center Infrastructure Efficiency (DCiE): Hướng dẫn đo chi tiết

Data Center Infrastructure Efficiency (DCiE) là gì?

Data Center Infrastructure Efficiency (DCiE) là một số liệu được sử dụng để xác định hiệu quả năng lượng của một trung tâm dữ liệu (data center).

Khái niệm DCiE được phát triển bởi Green Grid, nhóm nghiên cứu tập trung vào hiệu quả năng lượng của trung tâm dữ liệu. DCiE, được biểu thị bằng phần trăm và được tính bằng công thức:

DCiE = Công suất thiết bị CNTT / Tổng công suất cơ sở x 100%

Công suất thiết bị IT (IT Equipment Power): là công suất của mọi thiết bị công nghệ thông tin - thiết bị tính toán, lưu trữ, thiết bị mạng - và các thiết bị phụ như KVM switch, monitor, máy trạm/máy tính xách tay dùng để giám sát hoặc điều khiển trung tâm dữ liệu.

Tổng công suất cơ sở (Total Facility Power): gồm tất cả công suất của thiết bị CNTT phía trên cộng với mọi yếu tố hỗ trợ tải cho thiết bị CNTT, chẳng hạn:

• Các thành phần cung cấp điện: Bộ lưu điện (UPS), công tắc chuyển mạch (switchgear), máy phát điện, PDU, pin và thất thoát ngoài thiết bị CNTT;
• Các thành phần của hệ thống làm mát, tức là máy làm lạnh (chiller), CRAC, DX, máy bơm và tháp giải nhiệt;
• Các thành phần khác như ánh sáng trung tâm dữ liệu…

DCiE và PUE có mối liên hệ thế nào?

DCIE là số nghịch đảo của Hiệu quả sử dụng điện năng (PUE). Công thức tính PUE là:

PUE = Tổng công suất cơ sở / Công suất thiết bị CNTT

Tức là:

DCiE = 1/PUE

Ví dụ về PUE: Một cơ sở sử dụng tổng công suất là 100.000 kW, trong đó 80.000 kW được sử dụng để cấp nguồn cho thiết bị CNTT, tức cơ sở sẽ tạo ra PUE là 1,25. 

Ví dụ về DCiE: Một cơ sở sử dụng tổng công suất là 100.000 kW, trong đó 80.000 kW được sử dụng để cấp nguồn cho thiết bị CNTT, tức cơ sở sẽ tạo ra DCiE là 0,8.

PUE / DCiE là các điểm chuẩn so sánh cơ sở hạ tầng của trung tâm dữ liệu với công suất của CNTT hiện có. Tạo PUE / DCiE chỉ là bước khởi đầu cho chặng đường tiến đến hiệu quả của bạn. Để điểm chuẩn có ý nghĩa, nó phải được tạo lập thường xuyên, vào các ngày khác nhua trong tuần và các thời điểm khác nhau trong ngày. Mục tiêu là đem lại cái nhìn chính xác nhất để bạn có thể hành động dựa trên dữ liệu thực tế. Bằng cách so sánh điểm chuẩn ban đầu với điểm chuẩn sau khi thay đổi, bạn sẽ nhận thấy những cải tiến trong PUE/DCiE của mình.

Theo Uptime Institute, PUE phổ biến của các trung tâm dữ liệu trung tâm dữ liệu là 2,5. Điều này đồng nghĩa với cứ mỗi 2,5W "đi vào" đồng hồ đo tiện ích (utility meter), thì chỉ có 1W được phân phối đến công suất CNTT. 

Một cơ sở có tổng công suất 100.000 kW và 80000 kW dành cho thiết bị CNTT, có PUE là 1,25 và DCiE là 0,8, được coi là tiêu chuẩn trên cả tuyệt vời. Bạn có thể nhìn vào bảng sau đây để biết với Data Center Infrastructure Efficiency (DCiE) hiện tại, tổ chức của bạn đang được xếp hạng như thế nào:

Tần suất đo điểm chuẩn PUE / DCiE

Để có bất kỳ giá trị thực nào, PUE và DCiE cũng không thể được gọi là điểm chuẩn nếu chỉ đo một lần hay đo không thường xuyên. Điểm chuẩn nên được đo lường thường xuyên, nếu dữ liệu đó không theo thời gian thực thì nên đo tại các thời điểm khác nhau trong ngày và trong tuần. 

Nguyên nhân là bởi: Bạn không thể kiểm soát hay quản lý những gì bạn không đo lường

Nắm được toàn bộ mức tiêu thụ năng lượng của phòng máy tính hoặc trung tâm dữ liệu là bước đầu tiên để xác định được những bước cần thiết tiếp theo, qua đó mới có thể cải thiện hiệu quả sử dụng năng lượng của bạn. Việc đo lường nên được sử dụng như một công cụ liên tục trong chiến lược tổng thể cho trung tâm dữ liệu.

Với phép đo công suất phù hợp, bạn sẽ xác định được Data Center Infrastructure Efficiency (DCiE)  của mình. Vì PUE / DCiE là các tiêu chuẩn ngành nên việc xác định mức độ hiệu quả năng lượng cho trung tâm dữ liệu sẽ giúp bạn so sánh mức độ hiệu quả của cơ sở của bạn với các trung tâm dữ liệu khác trên thế giới. Nó cũng giúp bạn đặt điểm chuẩn để theo dõi, báo cáo và cải thiện. 

Để giữ cho trung tâm dữ liệu sử dụng năng lượng hiệu quả, đó phải là một quá trình liên tục. Sau khi xác định xếp hạng hiệu quả của cơ sở, bạn triển khai các phương pháp tốt nhất về nguồn điện và làm mát để cải thiện chỉ số, theo dõi những thay đổi đó đã cải thiện PUE/DCIE của bạn như thế nào.

Cách tính PUE và DCiE

PUE và DCiE: Đo lường cái gì?

Các khái niệm về PUE và DCiE có vẻ đơn giản. Tuy nhiên, mê cung phức tạp của máy biến áp, PDU và chiller khiến phép đo không dùng lại ở một phép tính số học đơn giản.

Tính toán PUE hay DCiE sẽ bao gồm nhiều giá trị hơn một khi nó trở thành quy trình lặp lại và được theo dõi theo thời gian. Dưới đây là quy trình được thiết kế để hỗ trợ các chuyên gia trung tâm dữ liệu:

Bước 1: Xây dựng lịch trình thử nghiệm

Tần suất đo PUE/DCiE phụ thuộc vào Chương trình Hiệu quả tổng thể. Nếu việc thu thập dữ liệu diễn ra tự động, thì phép đo có thể thực hiện liên tục (giờ này sang giờ khác, phút này sang phút khác). Công suất có thể thay đổi trong cả ngày làm việc. Các chuyên gia khuyến nghị các khoảng thời gian đo sau:

• Chương trình Hiệu quả Cơ bản: Hàng tháng/Hàng tuần
• Chương trình Hiệu quả Trung cấp: Hàng ngày
• Chương trình Hiệu quả Nâng cao: Liên tục (giờ này sang giờ khác)

Bước 2: Lập kế hoạch cho các mục tiêu hiệu quả

Một kế hoạch có thể cơ bản hoặc chi tiết đều hiệu quả. Chẳng hạn:

Tuy nhiên, một số thành tố có thể ảnh hưởng đến tổng công suất cơ sở, như cơ sở hạ tầng làm mát có thể tiêu thụ đến 40% điện năng như trong ví dụ bên dưới:

Ngày nay, các công nghệ có khả năng đo lường rất chính xác. Do đó, người dùng có thể nhắm mục tiêu và cải thiện khu vực có vấn đề của trung tâm dữ liệu.

Mức độ lập kế hoạch chi tiết phụ thuộc vào mục tiêu, cơ sở và ngân sách của tổ chức. Cho dù chương trình đơn giản hay phức tạp đến đâu, mục tiêu quan trọng nhất vẫn là tính nhất quán. Bạn chắc chắn không thể cải thiện hay kiểm soát những gì bạn không thể đo lường.

Bước 3: Nắm được các thành tố trong phân phối điện

Phân phối điện (Electrical distribution) chính là trung tâm của các phép đo. Dòng điện chạy qua các thành tố và xảy ra thất thoát trên đường đến các thiết bị CNTT. Dưới đây là một số thành tố năng lượng chính:

• Máy biến áp: Dòng điện đi vào máy biến áp và cung cấp năng lượng cho mọi thiết bị ở hạ lưu: thiết bị chuyển mạch, UPS, đèn chiếu sáng, CRAC/CRAH và cuối cùng là thiết bị CNTT. Dùng để đo tổng công suất cơ sở.
• Bộ lưu điện (UPS): Hạ lưu từ máy biến áp, công tắc chuyển mạch, thiết bị chuyển mạch. Dùng để đo tổng công suất CNTT.
• Thanh nguồn (PDU): Thiết bị điều khiển, phân phối năng lượng điện và đo điện năng, giúp giảm thiểu những rủi ro trong quá trình vận hành. Dùng để đo tổng công suất CNTT một cách toàn diện hơn vì nó bao gồm cả thất thoát điện của UPS và PDU.

Bước 4: Tìm Tổng công suất cơ sở

Máy biến áp

Đo là bước cần thiết đối với các máy biến áp. Mục đích là theo dõi kết quả và cải tiến kết quả theo thời gian. 

Đồng hồ đo kẹp (Clamp-on meter), được lắp trên máy biến áp, có thể định lượng mức tăng hiệu quả thông qua phép đo liên tục. Các thiết bị trong các hộp điện gần máy biến áp cung cấp thông tin chi tiết về từng pha điện.

Bộ chuyển nguồn tự động / tĩnh (ATS / STS)

Dù việc đo máy biến áp chuyên dụng sẽ cung cấp số liệu công suất cơ sở chính xác nhất nhưng có một vài tình huống không cho phép đo lường như vậy. Đầu ra của ATS / STS cung cấp điểm đo cho công suất cơ sở. Trong môi trường gồm máy phát điện dự phòng, phép đo công suất cơ sở ở đầu ra của ATS / STS được ưu tiên sử dụng để thu thập toàn bộ tải của cơ sở vì tất cả các hệ thống cần thiết cho các hoạt động quan trọng đều được cung cấp từ điểm này.

Phần mềm quản lý

Người dùng có thể đã sử dụng một hệ thống quản lý tòa nhà (BMS) liên tục để theo dõi mức tiêu thụ điện năng.

Bước 5: Tìm Tổng công suất CNTT

Đo công suất thông qua PDU

Đầu ra PDU là một điểm đo khác. Các PDU mới hiện nay có bảng điều khiển nên rất dễ tiếp xúc với công suất CNTT. Dù vậy nhưng PDU có thể chứa bảng  đến 42 cực và nếu không có quy trình tự động hóa, việc lắp đặt công tơ ở mỗi cực và quản lý kết quả có thể vướng phải nhiều khó khăn.

Hãy nhớ rằng mỗi lần đọc có thể gây thất thoát điện do UPS và PDU hoạt động kém hiệu quả của UPS và PDU. Nếu chọn cách đo này, bạn có thể tính toán thất thoát bằng cách so sánh giá trị đầu vào và đầu ra của từng thiết bị.

• Công suất đầu vào của UPS (kW) - Công suất đầu ra của UPS (kW) = Tổn thất điện năng của UPS (kW)
• Công suất đầu vào PDU (kW) - Công suất đầu ra PDU (kW) = Tổn thất điện năng PDU (kW)

Đo công suất CNTT qua UPS

Đầu ra của UPS rất hợp lý để tập hợp công suất CNTT. Các hệ thống UPS mới hiện nay có thể giúp đơn giản hóa mọi công việc tìm và cung cấp dữ liệu theo thời gian. 

PUE hoặc DCiE có thể giúp bạn tiết kiệm chi phí vận hành trung tâm dữ liệu như thế nào?

Có tới 50% chi phí năng lượng của trung tâm dữ liệu đến từ cơ sở hạ tầng (thiết bị điện & làm mát). Do đó, nếu Data Center Infrastructure Efficiency (DCiE) được cải thiện thì tổ chức có thể tiết kiệm năng lượng và chi phí đáng kể. Không chỉ tiết kiệm hiệu quả về mặt tài chính, chi phí vốn (CAPEX) và chi phí vận hành (OPEX), mà còn góp phần bảo vệ môi trường nhờ giảm thiểu lượng khí thải carbon (carbon thải ra từ điện được sử dụng để cung cấp năng lượng cho thiết bị trong trung tâm dữ liệu). 

Trên đây là những thông tin chi tiết xoay quanh Data Center Infrastructure Efficiency (DCiE), hy vọng các bạn đã có thêm những hiểu biết hữu ích. Truy cập website meeyland.com để đón đọc nhiều bài viết khác xoay quanh chủ đề Khoa học - Công nghệ!