PUE 綠色資料中心指標：從 GREEN GRID 到 ISO/IEC 30134-2

前言

隨著數位化進程的加速，資料中心作為支撐現代資訊科技的關鍵基礎設施，其數量與規模持續擴大。然而，資料中心龐大的能源消耗及其對環境造成的影響也日益受到重視。在追求更具永續性的資料中心營運過程中，「綠色資料中心」的概念應運而生，旨在透過提升能源效率、減少碳排放等方式，降低資料中心對環境的負面影響。在眾多衡量資料中心能源效率的指標中，電力使用效率 (Power Usage Effectiveness, PUE) 無疑是最受歡迎且廣泛使用的指標之一。PUE 不僅提供了一個量化資料中心能源效率的基準，更引導產業朝向更有效率的電力使用方向發展。

本篇文章旨在深入探討 PUE 這個關鍵指標的演進歷程，從最初由 The Green Grid 這個由資訊科技專業人士組成的非營利組織於 2007 年推出，旨在促進更有效的資料中心能源管理，到後來被國際標準組織 (ISO) 於 2016 年正式納入 ISO/IEC 30134-2:2016 這個全球標準。本報告將詳細分析這段演進的原因，並闡述 The Green Grid 最初的定義與 ISO/IEC 30134 標準之間的主要差異，期能為產業界專業人士、政策制定者以及學術研究人員提供對此重要議題的全面理解。

PUE 由 THE GREEN GRID 創始

在 2007 年，The Green Grid 這個由資訊科技專業人士組成的非營利組織，為了解決資料中心日益增長的電力和冷卻需求，以及對能源效率的迫切需求 ⁵，正式推出了電力使用效率 (PUE) 這個指標。The Green Grid 的成立宗旨是透過一系列短期和長期的提案，大幅提升資料中心的能源效率。PUE 的推出正是其短期策略的核心，旨在提供資料中心營運商一個快速評估其能源效率的方法，並能與其他資料中心進行比較，從而找出潛在的能源效率改善空間 ⁸。

The Green Grid 最初將 PUE 定義為資料中心總設施能源消耗與資訊科技 (IT) 設備能源消耗的比率。其計算公式簡單明瞭：

PUE = 總設施能源 / IT 設備能源

其中，總設施能源涵蓋了資料中心內所有能源的使用，包括維持 IT 設備正常運作所需的冷卻系統、照明、保安系統以及不斷電系統 (UPS) 等。而 IT 設備能源則是指伺服器、儲存設備、網路設備等實際用於運算和資料處理的設備所消耗的能源。

The Green Grid 最初設定 PUE 的目標和用途，是希望藉由這個指標協助資訊科技專業人士判斷其資料中心的能源效率，並隨著時間的推移監控能源效率改善措施的成效。對於資料中心的所有者和營運商而言，PUE 是一個理解現有資料中心能源效率並加以改善的「自助」工具，同時也能為新的部署做出更明智的決策 。此外，PUE 也被期望能讓資料中心營運商快速估算並比較彼此的能源效率。

為了更精確地衡量 PUE，The Green Grid 還定義了三個不同的量測層級：

• 第一級 (基本)： IT 負載在不斷電系統 (UPS) 的輸出端進行量測。
• 第二級 (中級)： IT 負載在電力分配單元 (PDU) 的輸出端進行量測。
• 第三級 (進階)： IT 負載直接在 IT 設備的輸入端進行量測。

同時，The Green Grid 也建議針對不同的量測層級採用不同的量測頻率，例如基本級建議每月或每週量測，中級建議每日量測，而進階級則建議每 15 分鐘或更短的時間進行連續量測。The Green Grid 透過推出 PUE 指標，展現了產業早期對於資料中心能源消耗問題的重視，並積極尋求解決方案。

標準化的驅動因素

儘管 The Green Grid 推出的 PUE 指標在業界獲得了廣泛的採用，但隨著時間的推移，業界逐漸意識到需要將 PUE 標準化，以確保其在全球範圍內的一致性與可比較性。標準化的主要原因在於以下幾個方面：

首先，為了確保整個產業在計算和報告 PUE 時能夠採用一致的方法。The Green Grid 最初的定義雖然清晰，但在實際應用中，由於缺乏嚴格的量測和報告指南，不同機構可能採用不同的方法，導致 PUE 值的計算結果存在差異，進而影響了跨機構之間的比較。

其次，為了實現不同資料中心之間更公平的基準測試和比較。在缺乏統一標準的情況下，不同資料中心可能會在不同的量測點或以不同的頻率進行 PUE 的計算，這使得直接比較其能源效率變得困難。標準化有助於建立一個共同的比較基礎，讓使用者能夠更客觀地評估不同資料中心的能源效率水平。

再者，為了提供一個清晰的指標，以追蹤和改進能源效率的工作。一個全球公認的標準能夠為資料中心營運商設定明確的目標，並提供一個衡量其能源效率改善進程的可靠方法。

此外，標準化也有助於能源效率法規和合規性的發展。許多地區開始採用 ISO/IEC 30134 標準作為其能源效率法規的參考，這使得 PUE 成為一個具有法律意義的指標。

最後，全球認可的標準能夠提升 PUE 作為資料中心永續性衡量指標的公信力。透過符合國際標準，資料中心可以向利害關係人展示其對能源效率和環境責任的承諾。

然而，最初的 PUE 定義也存在一些限制和批評，這些也促使了更正式標準的制定。例如，缺乏嚴格的量測和報告指南導致結果的可變性。此外，也存在「PUE 濫用」或透過選擇性地報告 PUE 數值來進行誤導性行銷的潛力。PUE 也未能充分考慮氣候和地理位置等因素的影響，使得不同地區的資料中心難以直接比較。其範圍也較為有限，主要關注能源消耗，而忽略了水資源或其他資源的消耗以及碳排放等更廣泛的永續性問題。更重要的是，PUE 並未直接衡量 IT 設備本身的效率以及「有效工作」的概念。有時，更高效的 IT 設備或 IT 負載的降低反而可能導致 PUE 值上升，從而產生看似矛盾的結果。因此，業界逐漸認識到需要一個更嚴謹、更全面的標準來規範 PUE 的使用。

擁有全球認可的 PUE 標準帶來了諸多益處，包括為量測和報告提供了一致的框架，提高了透明度並使得更有意義的比較成為可能，並支持了整個產業在能源效率和永續性方面的努力。

ISO/IEC 30134-2：PUE 的國際標準

國際標準組織 (ISO) 的 ISO/IEC 30134 系列標準，專注於資料中心的關鍵效能指標 (KPIs)。其中，第二部分 (ISO/IEC 30134-2:2016) 專門定義了電力使用效率 (PUE) 的要求，並於 2016 年正式發布為全球標準。

根據 ISO 標準，PUE 的定義和計算公式與 The Green Grid 最初的定義基本一致：

PUE = 資料中心總能源 / IT 設備能源

然而，ISO 標準強調在量測能源時需要明確定義資料中心的邊界。

ISO 標準進一步定義了 PUE 的三個量測類別 (PUE1、PUE2、PUE3)，這些類別的重要性在於它們反映了能源量測的精確程度和範圍：

• 第一類 (PUE1)： 基本級別，資料中心總能源在資料中心邊界量測，IT 設備能源在不斷電系統 (UPS) 的輸出端量測。
• 第二類 (PUE2)： 中級別，IT 設備能源在電力分配單元 (PDU) 的輸出端或分支電路上量測。
• 第三類 (PUE3)： 進階級別，IT 設備能源直接在 IT 設備的輸入端量測。

較高的類別提供更精確的能源使用量測，並為提高能源效率提供了更大的空間。

此外，ISO 標準還包含了其他關鍵方面，例如：

• 明確的能源消耗量測點。
• 量測間隔和資料收集的指南。
• 報告要求和資料呈現方式，包括 PUE 值和類別。
• ISO/IEC 30134 系列中還包含了其他相關指標，例如再生能源因子 (Renewable Energy Factor, REF)、碳使用效率 (Carbon Usage Effectiveness, CUE) 和用水效率 (Water Usage Effectiveness, WUE)。

ISO 標準引入量測類別，代表著在評估 PUE 時，朝向更高的精確度和細緻度邁進，它承認量測地點對於報告數值的影響至關重要。

主要差異與演進

The Green Grid 最初的 PUE 定義與 ISO/IEC 30134-2 標準在核心概念上是相同的，都將 PUE 定義為總設施能源除以 IT 設備能源 ¹。然而，兩者在範圍、量測精細度和報告指南等方面存在一些關鍵差異。

The Green Grid 最初的工作主要在於引入和推廣 PUE 這個指標。相較之下，ISO/IEC 30134-2 提供了一個更正式、更標準化的框架，其中包含了詳細的計算和報告要求。雖然 The Green Grid 定義了量測的層級，但 ISO 標準將其正式化為明確的類別 (PUE1、PUE2、PUE3)，並對準確性和報告產生具體影響。在報告指南方面，ISO 標準明確規定了報告要求，包括需要指定 PUE 的類別和資料中心的邊界，而 The Green Grid 最初在這方面的規定較不嚴謹。此外，ISO/IEC 30134-2 是更廣泛的資料中心 KPI 系列的一部分，這表明它採取了更全面的方法來衡量資料中心的效能，而不僅僅是能源效率，這也是 The Green Grid 後續發展的方向。

ISO 標準基本上是在 The Green Grid 的基礎工作之上進行了形式化和更嚴格的規範。它解決了最初較不具強制性的定義所產生的一些模糊性和不一致性。透過 ISO 的標準化，PUE 獲得了全球認可和接受的方法，從而提高了其可信度和可用性。從 The Green Grid 的定義到 ISO 標準的演進，代表著從產業主導的倡議自然發展成為全球認可和規範的標準，這凸顯了資料中心能源效率在全球範圍內日益增長的重要性 ⁷。

ISO 標準化的效益與影響

將 PUE 作為國際標準具有多項顯著的優勢。首先，它確保了整個產業在計算 PUE 時採用一致的方法，從而促進了有意義的比較。其次，它允許全球不同資料中心之間進行公平的能源效率基準測試。第三，它提供了一個清晰且公認的指標，用於追蹤能源效率改善的進展。第四，由於許多地區正在採用此標準來制定能源效率法規，因此它有助於法規遵循。最後，它提高了所報告 PUE 值的可信度和可靠性，展現了對公認國際標準的承諾。

ISO 標準的制定對資料中心產業中 PUE 的採納和使用產生了深遠的影響。它促使全球範圍內更廣泛地採用和報告 PUE，並使用標準化的方法。它也更加強調精確的量測和清晰定義資料中心邊界的重要性。此外，它促進了用於自動化 PUE 計算和監控的工具和解決方案的開發。最後，它促進了競爭並推動了更高的效率，因為各組織都在努力在公認的標準下實現更低的 PUE 值。ISO 標準化將 PUE 從一個自願性的行業指標轉變為一個更具權威性和廣泛接受的基準，在全球範圍內影響著資料中心的設計、運營和監管框架。

限制與持續討論

儘管 ISO 標準化提升了 PUE 的實用性，但即使在 ISO 標準下，PUE 指標仍然存在一些批評和限制。首先，它仍然未能充分考慮氣候變化，阻礙了地理位置不同的資料中心之間的直接比較。其次，它主要關注基礎設施效率，並未直接衡量 IT 設備的效率或利用率。第三，它可能會產生誤導性的結果，例如，更高效的 IT 設備或 IT 負載的降低反而可能導致 PUE 值上升。第四，它沒有考慮其他關鍵的永續性方面，例如能源來源的用水量或碳足跡。最後，如果沒有按照標準準確地量測和報告，PUE 仍有可能被操縱或誤報。

鑑於這些限制，業界正在不斷努力發展超越 PUE 的資料中心效率指標。例如，資料中心基礎設施效率 (Data Center Infrastructure Efficiency, DCiE)、碳使用效率 (Carbon Usage Effectiveness, CUE) 和用水效率 (Water Usage Effectiveness, WUE) 等其他指標的出現，旨在提供更全面的永續性視角。此外，也出現了關注 IT 設備效率的指標，例如伺服器 IT 設備能源效率 (IT Equipment Energy Efficiency for Servers, ITEEsv)。業界也在考慮將「有效工作」或資料中心效能與能源消耗聯繫起來的指標。未來，還有可能將能源來源（例如，可再生能源與非可再生能源）納入效率指標，例如「綠色 PUE」。越來越多的認識是，需要一套指標才能對資料中心的永續性進行全面的評估。

結論

總之，電力使用效率 (PUE) 從最初由 The Green Grid 於 2007 年推出，作為衡量資料中心能源效率的基礎指標，到 2016 年被國際標準組織 (ISO) 正式納入 ISO/IEC 30134-2:2016 這個全球標準，經歷了一段重要的演進歷程。ISO 的標準化為 PUE 提供了更嚴謹的框架，確保了全球範圍內計算和報告的一致性，並促進了更公平的基準測試和法規遵循。PUE 作為衡量綠色資料中心能源效率的重要工具，其價值仍然不可否認。然而，即使在 ISO 標準下，PUE 也存在一些固有的限制，例如未能充分考慮氣候因素、IT 設備效率以及更廣泛的永續性問題。因此，業界正在不斷探索和發展其他指標，以期對資料中心的永續性進行更全面和細緻的評估。未來，資料中心永續性的發展將需要一個綜合性的方法，不僅僅依賴 PUE，而是結合使用一系列相關的關鍵效能指標，以推動持續改進並最大限度地減少對環境的影響。