Power Usage Effectiveness (PUE)

Was ist Power Usage Effectiveness (PUE)?

Die Stromverbrauchseffektivität (Power Usage Effectiveness, PUE) ist eine Kennzahl, anhand derer sich die Energieeffizienz eines Rechenzentrums abschätzen lässt. Man berechnet sie, indem man die gesamte in ein Rechenzentrum einfließende Energiemenge durch die Energie teilt, die nur für den Betrieb der IT-Geräte im Rechenzentrum notwendig ist. Je näher sich dieser Wert an 1,0 nähert, desto effizienter ist das Rechenzentrum.

Das Überwachen einer Kennzahl wie PUE ist nützlich für das Benchmarking der Effizienz von Rechenzentren. Unternehmen und Leiter von Rechenzentren nutzen die Kennzahl, um die aktuelle Effizienz ihrer Infrastruktur zu bestimmten und den Erfolg von Modernisierungsmaßnahmen zu ermitteln. Dies hilft, die Leistungsaufnahme und die Energiekosten zu senken.

PUE wurde von Mitgliedern des Green Grid entwickelt, einer Industriegruppe, die sich mit der Energieeffizienz von Rechenzentren beschäftigt. Laut der Uptime Institute Annual Global Data Center Survey 2021 gehören PUE und Stromverbrauch zu den am besten verfolgten Metriken zur Verbesserung der Nachhaltigkeit. Ein ähnlicher, vom Green Grid anerkannter Benchmarking-Standard ist Data Center Infrastructure Efficiency (DCiE).

Wie berechnet man die PUE?

Die PUE berechnet sich aus der Gesamtleistungsaufnahme der Einrichtung geteilt durch die Leistungsaufnahme der IT-Geräte. Die Gesamtleistung der Einrichtung ist die Energiemenge, die die Einrichtung verbraucht, das heißt, die gesamte Hardware im Rechenzentrums, Stromversorgungskomponenten, Klimasysteme und Beleuchtung. Die Energie der IT-Geräte bezieht sich auf die Energiemenge, die für die Stromversorgung der Speicher-, Compute- und Netzwerkgeräte sowie Ein- und Ausgabegeräte (wie Monitore) verwendet wird.

Wenn Sie die PUE Ihrer Anlage ermitteln möchten, gehen Sie folgendermaßen vor:   

1. Lesen Sie den Stromzähler der Einrichtung ab. Befindet sich das Rechenzentrum in einer gemischt genutzten Einrichtung oder einem Bürogebäude, messen Sie nur den Zähler, der das Rechenzentrum mit Strom versorgt. Wenn kein separater Stromzähler vorhanden ist, schätzen Sie die Strommenge, die der Rest des Gebäudes benötigt und zählen Sie diesen vom Gesamtwert ab. Eine bessere Möglichkeit, den Gesamtenergiebedarf zu ermitteln, ist das Messen mit einer DCIM-Software (Data Center Infrastructure Management). Dann bekommen Sie dank zwischengeschalteter Sensoren die benötigten Informationen in Echtzeit angezeigt.
2. Messen Sie die Last der IT-Geräte hinter dem Umwandler, dem Switch und dem Electronic Power Conditioner. Der sinnvollste Messpunkt sind die Stromverteilungseinheiten, welche die Computer und Netzwerkgeräte mit Strom versorgen. Diese Messung sollte die gesamte an die Serverschränke im Rechenzentrum gelieferte Leistung abbilden.
3. Berechnen Sie die PUE. Verwenden Sie dazu die Formel Gesamtleistung/IT-Geräteleistung = PUE.

Vorteile von und Kritik an PUE

Das Anwenden der PUE, um die Energieeffizienz und Umweltfreundlichkeit der Einrichtung zu bestimmen hat einige Vorteile:

• Sie können ihn beliebig oft neu berechnen. Die Kennzahl ist dafür gedacht, sie laufend erneut zu berechnen, um die Wirksamkeit von Gegenmaßnahmen einzuschätzen.
• Effizientere Praktiken schlagen sich in der PUE nieder. Die Kennzahl hilft dabei, effektive und nicht-effektive Möglichkeiten zum Reduzieren des Energieverbrauchs zu identifizieren.
• Der Wert ist eine beliebte Metrik in DCIM-Software. DCIM-Software berechnet die PUE meistens in Echtzeit und gibt dazu Berichte aus.
• Die PUE-Kennzahl ist nützlich im Wettbewerb. Unternehmen mit guten PUE-Kennzahlen sollten diese in ihren Werbematerialien angeben.

Die PUE-Kennzahl für Rechenzentren unterliegt jedoch einigen Einschränkungen, zum Beispiel:

• Es ist schwer, die Gesamtleistung genau zu berechnen. Diese ist jedoch ein wichtiger Faktor, die Aussagekraft der PUE maßgeblich beeinflusst. Wenn Sie diese Zahl an Ihrem Stromzähler schätzen müssen, dann ist auch die PUE nur eine grobe Schätzung.
• Die PUE erfasst nicht den Verbrauch auf Rack-Ebene. Energie, die für Infrastruktur auf Rack-Ebene benötigt wird, fließt nicht in die PUE-Gesamtberechnung ein, wodurch die PUE weniger genau ist.
• PUE ist eigentlich keine Marketing-Kennzahl. Obwohl Unternehmen die PUE-Kennzahl für Marketingzwecke verwenden können, ist sie als Verbesserungs- und Bewertungskennzahl gedacht. Marketingexperten sollten sich nicht zu sehr auf PUE verlassen, nur weil es ein weithin bekanntes Konzept ist.
• Die PUE sagt nichts darüber aus, ob das Rechenzentrum sinnvoll dimensioniert ist und ob Sie effiziente Software nutzen. Es ist immernoch möglich, mit einer niedrigen PUE Strom zu verschwenden, wenn Sie Ihre IT-Ressourcen nicht sinnvoll einsetzen.
• Die PUE erfasst nicht weitere Umweltfaktoren, wie die Wasseraufnahme, die Nutzungsdauer von Assets oder die Weiterverwertungsrate ausgemusterter Assets. Es ist möglich, durch umweltunfreundliche, vorzeitige Neukäufe die PUE zu senken, aber unterm Strich der Umwelt mehr zu schaden.

Wie kann man den PUE-Wert senken?

Um Ihre PUE näher an 1,0 heranzuführen, kommen die folgenden Maßnahmen in Frage:

• Virtualisieren von Servern. Durch Virtualisierung sind Sie in der Lage, dieselben Workloads auf weniger Servern auszuführen. Sie erhalten somit mehr Rechenleistung mit derselben oder einer kleineren Infrastruktur.
• Optimieren der Kühlung. Klimasysteme gehören zu den energieintensivsten Komponenten der Rechenzentrumsinfrastruktur. Je nachdem, wie Sie Ihr Layout planen, vermeiden Sie Hotspot und somit den Bedarf nach zusätzlicher Kühlleistung.
• Freie Kühlung nutzen. Da die Klimasysteme so stromhungrig sind, sollten Sie so oft wie möglich auf die Kühlung mit Außenluft setzen, die viel weniger Strom verbraucht.
• Ineffiziente Hardware ausmustern. Zum einen verschlechtert sich die Effizienz von Hardware, während diese altert, zum andern wird die neue Hardware auf dem Markt immer effizienter. Bevor Sie sich jedoch für eine Modernisierung entscheiden, sollten Sie durchrechnen, ob die Energie-Einsparung sich gegenüber den CO2-Emissionen für die Herstellung eines neuen Gerätes lohnen. Meist gilt nämlich: das Gerät, das Sie bereits besitzen ist das umweltfreundlichste.
• Eine effizientere USV einsetzen. USVs sind unerlässlich, um den Betrieb durchgehend aufrecht zu erhalten. Hier gibt es aber mehr oder weniger effiziente Optionen.
• Beleuchtung nicht vergessen. Die Energie zur Beleuchtung ist zwar nur ein kleiner Teil des Strombedarfs im Rechenzentrums, es ist aber besonders einfach, diesen Anteil zu reduzieren. Sorgen Sie dafür, dass die Lichter nur an sind, wenn Mitarbeiter sie wirklich benötigen (zum Beispiel durch einen Bewegungsmelder oder eine Zeitschaltuhr) und stellen Sie die Leuchtmittel auf LEDs um.