전력 사용 효율

전력 사용 효율(power usage effectiveness, PUE), 전력 효율 지표, 전력 효율 지수 또는 전력 단위 효율(power unit efficiency)은 컴퓨터 데이터 센터가 에너지를 얼마나 효율적으로 사용하는지를 나타내는 비율이다. 특히, 컴퓨팅 장비에 의해 사용되는 에너지의 양(컴퓨터 냉각 및 장비를 지원하는 기타 오버헤드와 대조적으로)을 의미한다.

PUE는 컴퓨터 데이터 센터 시설이 사용하는 총 에너지량디지털 리얼티 - PUE Data Center Efficiency Metric 구글 - Efficient Computing - Data Centers - Efficiency: How we do it?델 - Best Practices for Increasing Data Center Energy Efficiency시스코 시스템즈 - Cisco Energywise구글 데이터 센터 최적화 -  대 컴퓨팅 장비에 공급되는 전력 에너지의 비율이다. PUE는 데이터 센터 인프라 효율성의 곱셈 역원이다.

PUE는 원래 그린 그리드라는 연합체에 의해 개발되었다. PUE는 2016년에 ISO/IEC 30134-2:2016에 따라 글로벌 표준으로 발표되었다.

이상적인 PUE는 1.0이다. 데이터 센터에서 컴퓨팅 장치로 간주되지 않는 모든 것(예: 조명, 냉각 등)은 시설 에너지 소비 범주에 속한다.

전력 사용 효율성의 문제점

PUE 측정은 전력 효율성을 계산하는 가장 인기 있는 방법이다. 다른 측정 방법과 비교하여 가장 효과적이지만, PUE는 여러 가지 결함이 있다. 이것은 운영자, 시설 기술자 및 건물 설계자가 데이터 센터 건물이 얼마나 에너지 효율적인지 결정하는 데 가장 자주 사용되는 측정 지표이다. 일부 전문가들은 다른 곳보다 PUE가 낮다고 자랑하기도 한다. 당연히 어떤 경우에는 운영자가 조명에 사용되는 에너지를 "우발적으로" 계산하지 않아 PUE가 낮아지는 경우가 발생하는 것은 놀라운 일이 아니다. 이 문제는 PUE 측정 시스템 자체의 문제라기보다는 사람의 실수와 더 관련이 있다.

한 가지 실제적인 문제는 PUE가 데이터 센터가 건설된 도시의 기후를 고려하지 않는다는 것이다. 특히, 데이터 센터 외부의 다양한 정상 온도를 고려하지 않는다. 예를 들어, 알래스카에 위치한 데이터 센터와 마이애미에 위치한 데이터 센터는 효과적으로 비교할 수 없다. 추운 기후는 대규모 냉각 시스템의 필요성을 줄인다. 냉각 시스템은 시설에서 소비되는 에너지의 약 30%를 차지하며, 데이터 센터 장비는 거의 50%를 차지한다. 이 때문에 마이애미 데이터 센터의 최종 PUE는 1.8이고 알래스카 데이터 센터의 비율은 1.7일 수 있지만, 마이애미 데이터 센터가 전반적으로 더 효율적으로 운영될 수 있다. 특히 알래스카에 있었다면 더 좋은 결과를 얻을 수도 있다.

또한 사이언스 다이렉트의 사례 연구에 따르면, "IT가 완전 용량으로 작동하지 않는 한 추정된 PUE는 실질적으로 의미가 없다".Brady, Gemma, Nikil Kapur, Jonathan Summers, and Harvey Thompson. "A Case Study and Critical Assessment in Calculating Power Usage Effectiveness for a Data Centre." Energy Conversion & Management, 76 (2013): 155-161.

결론적으로, 도시의 다양한 온도 변화의 영향과 관련된 문제와 모든 시설 에너지 소비를 제대로 계산하는 방법을 배우는 것과 같은 간단하지만 반복되는 문제를 찾는 것은 매우 중요하다. 그렇게 함으로써 이러한 문제를 계속 줄이면 미래 데이터 센터 시설의 PUE 성공을 개선하기 위해 더 많은 발전과 더 높은 표준이 항상 추진된다.

효율 계산에서 정확한 결과를 얻으려면 데이터 센터와 관련된 모든 데이터를 포함해야 한다. 작은 실수라도 PUE 결과에 많은 차이를 유발할 수 있다. 일반적으로 데이터 센터에서 자주 발견되는 한 가지 실제적인 문제는 데이터 센터와 병렬로 작동하는 대체 에너지 생성 시스템(예: 풍력 터빈 및 태양광 패널)의 에너지 부여량을 PUE에 추가하여 실제 데이터 센터 성능을 모호하게 만드는 것이다. 또 다른 문제는 전력을 소비하고 데이터 센터와 관련된 일부 장치가 실제로 다른 곳에서 에너지를 공유하거나 사용할 수 있어 PUE에 큰 오류를 일으킬 수 있다는 것이다.

장점과 한계
PUE는 2006년에 도입되어 2007년에 그린 그리드(IT 전문가들의 비영리 단체)에 의해 홍보되었으며, 데이터 센터의 에너지 효율성을 보고하는 데 가장 일반적으로 사용되는 측정 기준이 되었다. "전력 사용 효율성"이라고 명명되었지만 실제로는 데이터 센터의 에너지 사용량을 측정한다.

PUE 지표는 여러 가지 중요한 이점이 있다. 첫째, 계산을 시간 경과에 따라 반복할 수 있으므로 회사는 효율성 변화를 과거 기록으로 보거나 계절 변화와 같은 시간 제한 이벤트 동안 볼 수 있다. 둘째, 회사는 유휴 하드웨어 전원 끄기와 같은 더 효율적인 관행이 전체 사용량에 어떻게 영향을 미치는지 측정할 수 있다. 마지막으로, PUE 지표는 경쟁을 유발하여 "광고된 PUE 값이 낮아짐에 따라 효율성을 높인다". 그런 다음 회사는 PUE를 마케팅 도구로 사용할 수 있다.

그러나 PUE 지표에는 몇 가지 문제가 있다. 가장 큰 문제는 비율이 계산되는 방식에서 발생한다. IT 부하가 유일한 분모이기 때문에 IT 부하가 줄어들면(예: 가상화를 통해 일부 하드웨어를 해제하거나 단순히 에너지 효율적인 하드웨어를 통해) PUE가 상승한다. 이것은 역효과를 낳는다.

지난 단락에서 언급된 문제 외에도 전원 공급망의 효율성과 정확한 IT 부하 계산이라는 다른 문제들도 있다. 젬마의 민감도 분석에 따르면 "총 에너지 소비량은 시설 내 장비 및 인프라(WT)에 의해 사용되는 총 에너지량에 전력 공급망(WL)의 비효율성으로 인한 에너지 손실을 더한 것과 같으므로 PUE=(WT+WL)/WIT이다." 이 방정식에 따르면 전력 공급망(WL)의 비효율성은 데이터 센터의 총 에너지 소비량을 증가시킨다. 데이터 센터의 효율성이 떨어지면 PUE 값은 상승한다. IT 부하는 PUE 지표의 또 다른 중요한 문제이다. "PUE에는 정확한 IT 부하가 사용되어야 하며, 장비의 정격 전력 사용량에 기반해서는 안 된다는 것이 중요하다. IT 부하의 정확성은 PUE 측정에 영향을 미치는 주요 요인 중 하나이며, 서버 활용률이 IT 에너지 소비 및 전체 PUE 값에 중요한 영향을 미치기 때문이다." 예를 들어, 높은 PUE 값과 높은 서버 활용률을 가진 데이터 센터가 낮은 PUE 값과 낮은 서버 활용률을 가진 데이터 센터보다 더 효율적일 수 있다. 또한 PUE를 마케팅 도구로 사용하는 것에 대한 업계 내 일부 우려가 있으며 이로 인해 일부에서는 "PUE 남용"이라는 용어를 사용하기도 한다.

주목할 만한 효율적인 기업들
2008년 10월, 구글의 데이터 센터는 6개 센터 전체에서 1.21 PUE 비율을 기록했는데, 이는 당시 가능한 한 완벽에 가까운 것으로 평가되었다. 구글 바로 뒤에는 마이크로소프트가 있었는데, 이 회사는 1.22의 또 다른 주목할 만한 PUE 비율을 기록했다.Tuf, Steve. "Power Usage Effectiveness." It.toolbox. Toolbox, n.d. Web. 17 Nov. 2014.

2015년부터 SUPERNAP 데이터 센터 개발사인 스위치는 네바다주 라스베이거스의 SUPERNAP 7 시설에서 1.18의 제3자 감사 콜로케이션 PUE를 기록했으며, 평균 콜드 아일 온도는 이고 평균 습도는 40.3%였다. 이는 스위치의 특허받은 핫 아일 격리 및 HVAC 기술 덕분이다.Miller, Rich. “Inside SUPERNAP 8: Switch’s Tier IV Data Fortress.” Data Center Knowledge. Feb. 11, 2014

2015년 2분기 말 기준으로, 페이스북의 프라인빌 데이터 센터는 1.078의 전력 사용 효율(PUE)을 기록했고 포레스트 시티 데이터 센터는 1.082의 PUE를 기록했다.

2015년 10월, Allied Control은 3M의 Novec 7100 유체를 사용하여 2상 서버 침지 냉각을 통해 1.02의 PUE 비율을 주장했다.

2016년 1월, 다름슈타트의 그린 IT 큐브는 1.07 PUE로 헌정되었다. 이 시설은 랙 도어를 통해 냉각수를 사용한다.

2017년 2월, 슈퍼마이크로는 분산형 MicroBlade 시스템의 배포를 발표했다. 이름이 알려지지 않은 포춘 100대 기업은 실리콘 밸리 데이터 센터에 30,000대 이상의 슈퍼마이크로 MicroBlade 서버를 1.06의 PUE로 배포했다.

액체 냉각 시스템의 독점적인 혁신을 통해 프랑스 호스팅 회사 OVH는 유럽과 북미의 데이터 센터에서 1.09의 PUE 비율을 달성했지만 2023년에는 12개월 전체 PUE가 1.29라고 보고했다.

2021년 구글은 전 세계 데이터 센터의 PUE를 1.1로, 최상위 사이트는 1.06 미만으로 보고했다.

2022년 과학 프로젝트에서 스웨덴 연구소는 특히 스웨덴 북부에서 1.0148의 PUE를 달성했다고 보고했다.

표준
PUE는 2016년에 ISO/IEC 30134-2:2016에 따라 글로벌 표준으로, EN 50600-4-2:2016에 따라 유럽 표준으로 발표되었다.

 같이 보기 
 데이터 센터 인프라 효율성
 전성비
 그린 전력 사용 효율성
 그린 컴퓨팅
 IT 에너지 관리
 WUE

 각주 

분류:전력
분류:컴퓨터 벤치마크
분류:에너지 절약