Power Usage Effectiveness (PUE)

Was ist Power Usage Effectiveness (PUE)?

Power Usage Effectiveness (PUE) ist eine Kennzahl zur Bestimmung der Energieeffizienz eines Rechenzentrums. Die PUE wird ermittelt, indem die Gesamtmenge der in ein Rechenzentrum eingespeisten Energie durch die Energie geteilt wird, die zum Betrieb der darin befindlichen IT-Geräte benötigt wird. Die PUE wird als Verhältnis angegeben, wobei die Gesamteffizienz mit sinkendem Quotienten in Richtung 1,0 zunimmt.

Die Infrastruktur eines Rechenzentrums und die darin enthaltene Rechenleistung erfordern viel Energie, und Rechenzentren, die nicht effizient arbeiten, verbrauchen mehr Strom. Die Überwachung einer Kennzahl wie PUE ist nützlich, um die Effizienz von Rechenzentren zu vergleichen und gleichzeitig die Kosten unter Kontrolle zu halten. Unternehmen und Rechenzentrumsmanager können diese Kennzahl einmal verwenden, um die Effizienz ihres Rechenzentrums anhand seines Energieverbrauchs zu messen, und dann erneut, um die Auswirkungen von Änderungen an der Rechenzentrumsanlage zu messen. Dies trägt zur Senkung des Stromverbrauchs und der Energiekosten bei.

PUE wurde von Mitgliedern von The Green Grid entwickelt, einer Branchenvereinigung, die sich mit der Energieeffizienz von Rechenzentren befasst. Laut dem Bericht Uptime Institute Global Data Center Survey Results 2024 gehören PUE und Stromverbrauch zu den am häufigsten verwendeten Methoden zur Messung der Nachhaltigkeit. Ein ähnlicher, von The Green Grid anerkannter Benchmarking-Standard ist die Effizienz der Rechenzentrumsinfrastruktur (DCiE).

Wie wird die PUE berechnet?

Die folgende Gleichung berechnet die Power Usage Effectiveness:

PUE = Gesamtstromverbrauch der Anlage/Energieverbrauch der IT-Geräte

Der Gesamtstromverbrauch der Anlage ist die Menge an Betriebsstrom, die die Anlage verbraucht, einschließlich aller Hardwarekomponenten des Rechenzentrums, Stromversorgungskomponenten, Kühlsysteme und Beleuchtungssysteme. Der Energieverbrauch der IT-Geräte bezieht sich auf die Energiemenge, die für den Betrieb der Storage- und Netzwerkgeräte am Standort sowie für Steuergeräte wie Monitore und Workstations verwendet wird.

Der PUE-Wert muss über 1,0 liegen – ideal sind Werte zwischen 1,3 und 3,0 –, was eine effiziente Stromversorgung bedeutet. Zu den Faktoren, die dazu beitragen, gehören minimale bis keine Stromverluste durch die Verkabelungsinfrastruktur und die Kühlung der Geräte ohne den Einsatz von Lüftern zur Luftzirkulation.

Die DCiE-Kennzahl wird häufig mit der Power Usage Effectiveness verglichen. Sie ist der Kehrwert der PUE, da sie den Energieverbrauch der IT-Geräte durch den Gesamtenergieverbrauch des Rechenzentrums dividiert. Beispielsweise entspricht eine PUE von 1,0 einem DCiE-Wert von 100 Prozent – oder einer Energieeffizienz von 100 Prozent – und eine PUE von 2,0 entspricht einem DCiE von 50 Prozent

Berechnen Sie die PUE anhand der folgenden Schritte:

1. Messen Sie den Energieverbrauch am Stromzähler der Einrichtung: Befindet sich das Rechenzentrum in einer gemischt genutzten Einrichtung oder einem Bürogebäude, messen Sie nur den Stromzähler, der das Rechenzentrum mit Strom versorgt. Wenn es sich nicht um einen separaten Stromzähler handelt, schätzen Sie den Stromverbrauch des Nicht-Rechenzentrumsbereichs des Gebäudes und ziehen Sie diesen von der Gleichung ab. Eine bessere Methode ist jedoch die Verwendung einer Anwendungssoftware für das Data Center Infrastructure Management (DCIM). Anstatt den Stromzähler zu überprüfen, um eine Schätzung vorzunehmen, werden zusätzliche Sensoren installiert, die Echtzeit-Energieverbrauchsdaten zur Messung der PUE erfassen.

2. Messen Sie die Last der IT-Geräte, nachdem die Stromumwandlung, -umschaltung und -aufbereitung abgeschlossen sind: Der nützlichste Messpunkt befindet sich an den Stromverteilungseinheiten (Power Distribution Unit, PDU), die die Computer und Netzwerkgeräte mit Strom versorgen. Diese Messung sollte die Gesamtleistung darstellen, die an die Server-Racks im Rechenzentrum geliefert wird.

3. Rechnen Sie nach: Sobald die Messungen erfasst sind, berechnen Sie die PUE, indem Sie die Gesamtleistung der Anlage durch den Energieverbrauch der Geräte dividieren.

Vorteile und Einschränkungen der PUE

Die Messung der Power Usage Effectiveness bietet unter anderem folgende Vorteile:

• Die PUE-Berechnung kann wiederholt werden: Die Kennzahl kann wiederholt und regelmäßig ermittelt werden, um Veränderungen in der Effizienz des Rechenzentrums zu messen.
• Der PUE-Wert kann effizientere Praktiken messen: Die Kennzahl kann dabei helfen, effektive Möglichkeiten zur Reduzierung des Energieverbrauchs zu identifizieren.
• DCIM-Software kann integriert werden: DCIM-Software kann die PUE automatisch in Echtzeit berechnen und die Daten in Berichten zusammenfassen.
• Die PUE-Kennzahl kann ein Wettbewerbsvorteil sein: Unternehmen mit guten PUE-Werten können diese in ihren Marketingmaterialien verwenden.

Allerdings gibt es einige Einschränkungen bei der PUE von Rechenzentren:

• Die Berechnung des Gesamtstromverbrauchs der Anlage ist nicht immer genau: Die Genauigkeit der Berechnung des Gesamtstromverbrauchs der Anlage ist ein wichtiger Faktor, der die Messung der PUE beeinflusst. Wenn ein Unternehmen diesen Wert anhand eines gemeinsamen Stromzählers schätzen muss, dann ist das Ergebnis natürlich ungenau.
• Die PUE erfasst nicht den Verbrauch auf Rack-Ebene: Der auf Rack-Ebene verbrauchte Strom wird nicht in die Gesamtberechnung der PUE einbezogen, wodurch die PUE möglicherweise weniger präzise ist als gewünscht.
• Die PUE ist nicht als Marketingkennzahl gedacht: Obwohl Unternehmen die PUE für Marketingzwecke verwenden können, ist die Kennzahl als Verbesserungs- und Bewertungskennzahl gedacht. Marketingfachleute sollten sich nicht zu sehr auf die PUE verlassen, nur weil es sich um ein weit verbreitetes Konzept handelt.

Wie können Sie die PUE senken?

Die folgenden Schritte können dazu beitragen, die Power Usage Effectiveness Ratio eines Rechenzentrums näher an 1,0 zu senken:

• Virtualisieren Sie Server: Mehrere virtuelle Maschinen können ihre eigenen Workloads auf einem einzigen Hardwareserver ausführen, was den Energieverbrauch senkt und Platz spart.
• Verbessern Sie die Kühlsysteme: Rechenzentren benötigen Kühlsysteme, um Überhitzung zu verhindern. Kühlsysteme auf Kältemittelbasis verbrauchen jedoch viel Strom. Durch die Verbesserung dieser Systeme oder die Verringerung der Abhängigkeit des Rechenzentrums von ihnen kann die PUE gesenkt werden.
• Optimieren Sie die Kühlluftproduktion: Dies kann beispielsweise durch die Nutzung von natürlich kühler Außenluft oder Wärmetauschern anstelle von Kältemitteln erreicht werden.
• Ersetzen Sie ineffiziente Hardware: Die Qualität und Leistung einiger Hardwarekomponenten kann mit der Zeit nachlassen. Wenn Server oder Storage-Systeme nicht mehr ordnungsgemäß funktionieren, sollten sie daher ersetzt werden.
• Verwenden Sie eine energieeffiziente unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV): Die Stromverteilung sollte mit einer USV ausgestattet sein, um effizienter zu sein. Effizientere Geräte und kürzere Stromwege tragen ebenfalls zur Effizienzsteigerung bei.
• Verwenden Sie energieeffiziente Beleuchtung: Obwohl die Beleuchtung in der Regel nur einen geringen Teil des Energieverbrauchs ausmacht, ist sie dennoch eine einfache Möglichkeit, den Stromverbrauch und die Wärmeentwicklung zu reduzieren. Der Ersatz von Leuchtstofflampen durch LEDs mit Bewegungssensoren und Beleuchtungssteuerungen kann dazu beitragen, den Stromverbrauch und die Wärmeentwicklung im Betrieb zu senken.

Hersteller von Systemen zur Power Usage Effectiveness

Die PUE-Messtechnik wird häufig von Anbietern bereitgestellt, die Systeme zur Untersuchung und Analyse der Gesamteffizienz der Rechenzentrumsinfrastruktur herstellen. Zu den Unternehmen, die PUE-Messungen und Fachwissen anbieten, gehören unter anderem:

• Anbieter von Kühlsystemen: Diese Unternehmen bieten Systeme und Fachwissen für fortschrittliche Kühltechnologien, mit denen der Energieverbrauch gesenkt werden kann.
• Tools für das Management der Rechenzentrumsinfrastruktur: DCIM-Systeme übernehmen die Analyse und das Management der vielen Probleme, die mit einer Rechenzentrumsinfrastruktur verbunden sind.
• Hersteller von IT-Geräten: Unternehmen wie Dell und HPE bieten energieeffiziente Server und Storage-Geräte an.
• Beratungsdienste: Das Uptime Institute und The Green Grid bieten Beratungsdienste zur Verbesserung der PUE an.

Zu den Anbietern von DCIM-Produkten gehören unter anderem die folgenden Unternehmen:

• Device42
• Hyperview
• IBM Maximo
• ManageEngine
• Microsoft
• Modius
• Nlyte Software
• Schneider Electric
• Sunbird Software
• Vertiv

Bei der Auswahl von Unternehmen, deren Systeme die PUE-Messung unterstützen, sollten Sie die Fähigkeiten jedes Anbieters sorgfältig prüfen, um sicherzustellen, dass sie Ihren Infrastrukturanforderungen entsprechen.

Auswirkungen von KI auf die Power Usage Effectiveness

Wie die meisten heute verwendeten Technologien verbessert auch künstliche Intelligenz (KI) die Fähigkeiten der Rechenzentrumsinfrastruktur und der Energiemanagementtechnologien erheblich. KI kann den Energieverbrauch verbessern und optimieren, indem sie verschiedene sich wiederholende Aufgaben wie die Überwachung des Stromverbrauchs, der Kühlsystemleistung und die Wartungsplanung automatisiert. Ironischerweise kann der Einsatz von KI-Anwendungen auch die Kosten aufgrund des höheren Energiebedarfs erhöhen, was sich negativ auf die CO2-Bilanz des Rechenzentrums auswirken kann. Letztendlich kann der Einsatz von KI für das Energiemanagement dazu beitragen, den Energieverbrauch und Umweltbelange in Einklang zu bringen.

PUE-Anforderungen in Deutschland

Seit 2024 gelten gesetzliche Vorgaben zur Energieeffizienz von Rechenzentren. Die Grundlage ist das Energieeffizienzgesetz (EnEfG). In diesem Gesetz sind nicht nur PUE-Grenzen festgelegt, sondern auch die Nutzung der Abwärme ist geregelt sowie die Einspeisung von Überschusswärme in lokale Wärmenetze. Ziel ist es, den Stromverbrauch und die CO2-Emissionen zu senken.

Die PUE-Grenzen des EnEfGs legen jeweils Obergrenzen ab einem bestimmten Datum fest:

• Juli 2026: maximaler PUE-Wert von 1,2 für neue Rechenzentren
• Juli 2027: maximaler PUE-Wert von 1,5 für bestehende und neue Rechenzentren
• Juli 2030: maximaler PUE-Wert von 1,3 für neue Rechenzentren