什麼是 PUE (Power Usage Effectiveness）

在全球能源消耗日益成長及環境保護意識提升的時代背景下，資料中心作為支撐現代網際網路與資訊服務的基礎設施，其能源效率問題備受矚目。為了幫助業界量化並改善資料中心的能源使用狀況，綠色網格聯盟（THE GREEN GRID）於2007年提出了「能源使用效率」（Power Usage Effectiveness，簡稱PUE）這一標準。本文將從多個面向出發，為對標準不甚熟悉的讀者介紹 PUE 的誕生背景、歷史演進、最新版本的核心特色、分級與認證機制，以及 PUE 與其他相關指標（WUE 與 CUE）的具體比較，並探討標準面臨的挑戰與未來展望。

前言

隨著網際網路應用普及、雲端運算與大數據分析技術高速發展，資料中心的規模與數量均呈現爆炸性增長。相對地，資料中心龐大的能源消耗、由冷卻、供電、通訊及其他輔助設施所引起的能耗損失，也使得節能降耗成為企業與政府部門關注的重要議題。PUE 作為衡量資料中心能源效率的重要指標，不僅成為企業內部管理節能措施的依據，同時也成為業界與市場溝通環保成果的展示工具。

THE GREEN GRID 是什麼？

THE GREEN GRID（綠色網格聯盟）成立於2007年，是一個由資料中心業界、技術供應商、政策制定者、設計師與學術單位組成的非營利組織。該組織致力於推動資訊技術與資料中心能源資源效率的提升，透過制定統一的計量標準與最佳實踐指南，促進全球資料中心在能源管理、冷卻效能及綠色運營方面達到更高水平。THE GREEN GRID 不僅提出了 PUE 指標，還持續發展其他輔助指標，如水資源使用效率（WUE）、碳使用效率（CUE）、基礎設施使用效率（IUE）等，形成一套完整的資料中心綠色評估體系。

什麼是 PUE？

在2007年前後，隨著全球對能源效率及碳排放議題的重視逐漸提升，業界發現許多資料中心在設計與運營上存在大量非 IT 設備能耗浪費的現象。為了量化這種現象，THE GREEN GRID 提出了 PUE 的概念，其基本定義為：

PUE 是一個簡單的比值，用來評估資料中心使用能源的效率。它的計算公式如下：

PUE = 資料中心總能耗 ÷ IT 設備能耗

• 資料中心總能耗：資料中心內所有設備消耗的能源，包括 IT 設備（如伺服器、儲存設備和網路裝置）、冷卻系統（如空調）、以及電力配送系統（如變壓器和配電盤）。
• IT 設備能耗：僅指資訊技術設備（也就是伺服器等運算裝置）所使用的能源。

例如，若一個資料中心的總設施能耗是 1000 千瓦（kW），而 IT 設備能耗是 500 千瓦，則 PUE = 1000 / 500 = 2.0。這表示有一半的能源用於支持設施而非 IT 運算。若能將 PUE 降低到 1.5，則效率顯著提升。

PUE 的數值越低，代表資料中心的能源效率越高，因為這表示較少的能源被浪費在非 IT 設備上。理想情況下，PUE 應接近 1.0，意味著幾乎所有能源都直接用於 IT 設備，而不是冷卻或電力損失。但這是幻想中的理想狀態，所有進入資料中心的能源都應用於驅動 IT 設備；但實際上，冷卻系統、照明、電源轉換等輔助設施也需消耗能量，因此 PUE 數值均大於 1，數值越接近 1，代表能源利用效率越高。當時，許多資料中心的 PUE 數值高達 2.5 甚至更高，促使業界開始反思並積極改善非 IT 部分的能耗損失。

為什麼 PUE 很重要？

PUE 已成為全球資料中心產業的標準指標，因為它能幫助運營商：

• 優化能源使用：找出能源浪費的環節，例如過多的冷卻或電力損失。
• 降低成本：減少不必要的能源支出。
• 保護環境：降低資料中心的碳足跡，推動永續發展。

THE GREEN GRID 的文件中提到，PUE 是「終端使用者用來提升資料中心運營能源效率的指標」。透過廣泛採用，PUE 讓不同資料中心之間的效率比較成為可能。

最新測量 PUE 的方法

PUE 的測量方式取決於資料中心的類型和運營商的需求。THE GREEN GRID 定義了三個測量等級：

1. 基本級（Level 1, L1）
   • 測量點：在 UPS（不斷電系統，用於提供備用電源）輸出端測量 IT 設備能耗，在公用事業入口（如電表）測量總設施能耗。
   • 頻率：每月或每週測量一次。
   • 適用場景：資源有限的小型資料中心。
2. 中級（Level 2, L2）
   • 測量點：在 PDU（電源分配單元，負責將電力分給 IT 設備）輸出端測量 IT 設備能耗，總設施能耗仍從公用事業入口測量。
   • 頻率：每天或每小時測量。
   • 適用場景：需要更高準確度的中型設施。
3. 進階級（Level 3, L3）
   • 測量點：在每台 IT 設備的輸入端測量能耗，總設施能耗從公用事業入口測量。
   • 頻率：連續監測（每 15 分鐘或更短）。
   • 適用場景：追求最高精確度的大型資料中心。

PUE 的實際計算範例

專用資料中心

假設一個專用資料中心（僅用於 IT 運算）的總設施能耗在公用事業電表處測得為 1200 千瓦，IT 設備能耗在 PDU 輸出端測得為 800 千瓦。則：
PUE=1200800=1.5\text{PUE} = \frac{1200}{800} = 1.5PUE=8001200​=1.5

這表示每 1.5 千瓦的總能耗中，有 1 千瓦用於 IT 設備，0.5 千瓦用於冷卻和電力配送。

混合使用設施

在混合使用建築中（如資料中心與辦公室共用電力），測量更具挑戰性。需要分離資料中心的能耗。例如，若總建築能耗為 2000 千瓦，其中資料中心佔 1000 千瓦，IT 設備能耗為 600 千瓦，則：
PUE=1000600=1.67\text{PUE} = \frac{1000}{600} = 1.67PUE=6001000​=1.67

文件中的 圖 1（PUE 計算概念圖）展示了一個資料中心，標示出總設施能耗和 IT 設備能耗的來源，幫助讀者理解如何區分這些數據。

如何報告 PUE？

為了讓 PUE 數據具有可比性，THE GREEN GRID 提供了報告指南。運營商應：

• 明確測量等級（L1、L2 或 L3）。
• 提供測量頻率和時間範圍（如年度平均值）。
• 附上支持數據（如電表讀數）。

一致的報告方式能避免誤解。例如，若兩個資料中心都報告 PUE 為 1.8，但一個使用 L1 每月測量，另一個使用 L3 連續測量，兩者的數據精確度差異會影響比較結果。

PUE 的演進

網路上搜尋的資料千奇百怪，一直搞不懂那麼多種POE版本的演進怎麼都寫的不一樣，趁著要寫這篇文章做了一次完整的檢驗，大概理解POE一直沒有所謂的版本，雖然 PUE 沒有正式的版本號，但它的定義和應用方法在過去十幾年中經歷了多次更新和標準化。以下是 PUE 發展的關鍵階段：

2007 年：首次提出

• THE GREEN GRID 在 2007 年首次定義了 PUE，作為資料中心能源效率的衡量標準。
• 當時的定義較為基礎，缺乏詳細的測量規範，因此不同資料中心的 PUE 值可能因測量方式不同而缺乏一致性。

2010 年：測量等級的引入

• 2010 年，THE GREEN GRID 發布了更詳細的指南，引入了三個測量等級（Level 1、Level 2、Level 3），以提高 PUE 測量的準確性和可比性。
• 這是 PUE 標準的一次重要改進，但並未標記為「PUE 2.0」。

2012 年：進一步細化

• 2012 年，THE GREEN GRID 發布了 White Paper #49，強調源能（Source Energy）的概念，並提供更全面的測量和報告指南。
• 這一階段進一步完善了 PUE 的應用，但仍未使用版本號。

2016 年：納入 ISO/IEC 30134-2:2016 標準

• 2016 年，國際標準化組織（ISO）和國際電工委員會（IEC）發布了 ISO/IEC 30134-2:2016 標準，將 PUE 正式定義為資料中心能源效率的關鍵績效指標（KPI）。
• 這個標準統一了 PUE 的測量方法、計算方式和報告要求，使其成為全球通用的標準化指標。

2018 年及之後：修訂與持續發展

• 2018 年，ISO/IEC 30134-2:2016 標準進行了修訂（ISO/IEC 30134-2:2016/Amd 1:2018），進一步完善了 PUE 的定義和應用。
• THE GREEN GRID 也持續發布白皮書和指南，協助業界實施 PUE 標準。

PUE 的核心特色

目前，業界普遍採用的 PUE 標準版本可參考 ISO/IEC 30134-2:2016，該標準在 2011 年更新的基礎上，進一步強調以下幾個核心特色：

明確的測量邊界定義

最新標準強調，計算 PUE 時必須明確劃定資料中心的控制區域，排除與資料中心運營無直接關聯的能耗。例如，在混合用途建築中，只應計入專屬於資料中心的能耗數據，而辦公、走廊、公共區域的能耗則需排除在外。這樣可以確保 PUE 數值更精確地反映資料中心本身的能源效率。

分級測量方法（L1、L2、L3）

根據資料中心現有的測量儀表與監控系統，不同層級的測量方法對應不同的準確度與數據更新頻率：

• Level 1（基礎級，L1）：要求每月進行一次能耗測量，測量點一般位於 UPS 出口，適合尚未進行自動化監控的資料中心。
• Level 2（中級，L2）：要求每日或每小時進行數據采集，測量點轉移至 PDU 出口，能夠更精確地反映 IT 設備實際消耗情況。
• Level 3（先進級，L3）：要求以每15分鐘或更短間隔進行連續監控，測量點通常位於機架或 IT 設備輸入端，提供最精細的數據，便於進行趨勢分析與即時優化。

標準化報告與命名規則

最新版本要求資料中心在對外報告 PUE 數據時，必須依據統一的命名規則，包括測量等級、數據采集頻率及平均時段等。例如，報告可能標示為「1.75 PUE L2,每日數據平均」，以便讓讀者明確了解數據的來源與計算方式。

引入部分 PUE（pPUE）指標

部分 PUE（Partial PUE，pPUE）用於評估資料中心內特定區域或模組的能源效率。當無法完整測量整個資料中心時，pPUE 可作為輔助指標，幫助管理者瞭解局部設備或冷卻系統的能耗狀況。這對於容器化資料中心或模組化建築具有特殊意義。

實際計算案例

在無法測量整個資料中心的情況下（例如租賃空間），可以使用 Partial PUE（pPUE）。pPUE 只計算某個特定區域的能效。例如，若你租用建築的一部分，總設施能耗為 300 千瓦，IT 設備能耗為 200 千瓦，則：

這有助於在有限條件下評估效率，但無法取代完整的 PUE。

來源能源加權因素

為了更公平地比較使用不同能源來源的資料中心，最新標準引入了來源能源加權（Source Energy Weighting）。不同能源（如電力、天然氣、燃油等）具有不同的轉換效率，透過加權後，可以將各種能源數據換算成統一單位，從而得出更具可比性的 PUE 數值。

持續監控與統計分析（PUE Scalability）

最新標準還鼓勵運營者對資料中心進行持續監控，並通過統計分析（如均值、標準差、動態範圍等）評估 PUE 隨 IT 負載變化的可伸縮性（Scalability）。這有助於及時發現能源利用過程中的異常波動，從而針對性地改進設施設計與運營策略。

PUE Scalability 評估資料中心在 IT 負載變化時的能效表現。理想情況下，當 IT 設備用電減少，總能耗也應按比例下降。例如，若 IT 負載從 1000 千瓦降到 500 千瓦，總能耗應從 1500 千瓦降到 750 千瓦，保持 PUE 為 1.5。然而，許多資料中心的基礎設施能耗（如冷卻）不會隨之減少，導致 PUE 上升。

與其他輔助指標的整合

最新標準不僅聚焦於 PUE 本身，還強調與 WUE（資料中心水資源使用效率）、CUE（資料中心碳使用效率）等指標的綜合應用。透過多指標結合，可以從能源、水資源與碳排放三個角度全方位評估資料中心的綠色運營水平。

PUE 的等級

這是早期 The Green Grid的 PUE 等級表，DCiE其實就是PUE的分子分母相反的倒數。

這些劃分標準通常是依據實際案例和企業自身經驗來設定，作為評估資料中心能效狀況的參考。也就是說，如果一個資料中心的 PUE 小於 1.25，通常會被認為是非常高效的，屬於「白金級」，而 PUE 數值越高，則代表非 IT 部分的能耗佔比較大，能源利用效率較差。需要注意的是，這些分級只是參考值，不同企業或評估機構可能會有略微不同的標準，但大致趨勢是一致的。

資料中心是否能取得 PUE 認證？

一個常見的問題是：資料中心能否獲得 PUE 的正式認證？答案是，THE GREEN GRID 並不直接提供 PUE 認證，而是提供了一個自助式的報告工具（可在官方網站註冊使用）。運營商可以提交 PUE 測量結果，並獲得 THE GREEN GRID 的認可或註冊資格。

具體來說：

• 報告流程：運營商需根據指南測量 PUE（包括測量等級與方法），並提交詳細數據。
• 透明度要求：報告中需註明測量點、頻率與支持數據，THE GREEN GRID 鼓勵公開結果以促進業界比較。
• 無正式認證：目前，PUE 更像是一個行業共識標準，而非強制認證，重點在於自我改進而非外部驗證。

因此，雖然無法獲得「PUE 認證」這樣的官方證書，運營商仍可通過標準化報告展示其能效表現，並獲得業界認可。

PUE 與 WUE 與 CUE 的具體比較

除了 PUE (能源使用效率) 之外， The Green Grid 還提出了另外兩個重要的資料中心永續性指標： WUE (用水效率) 與 CUE (碳使用效率)。 這三個指標共同構成了 資料中心永續性指標體系， 從不同角度衡量資料中心的環境影響。 以下將詳細介紹 PUE、WUE、CUE 的具體比較：

PUE（能源使用效率）

• 定義：PUE 是衡量資料中心總能耗與 IT 設備能耗之比。公式為
  PUE = 總能耗 ÷ IT 設備能耗
• 特點：理想值為 1，數值越低表示資料中心除 IT 設備外的輔助設施能耗越少，能源利用效率越高。

WUE（水資源使用效率）

• 定義：WUE 是用來衡量資料中心每消耗一定 IT 能耗所需的水資源量。計算公式通常為
  WUE = 資料中心總用水量（升）÷ IT 設備能耗（kWh）
• 特點：隨著資料中心冷卻系統對水資源需求的增加，WUE 成為評估資料中心環境可持續性的重要指標。數值越低表示用水效率越高。

CUE（碳使用效率）

• 定義：CUE 是用來衡量資料中心每消耗一定 IT 能耗所產生的碳排放量。計算公式通常為
  CUE = 碳排放總量（公斤或噸 CO₂）÷ IT 設備能耗（kWh）
• 特點：CUE 能反映資料中心能源結構中化石燃料使用比例對環境的影響，數值越低表示碳排放效率越高，有助於評估雙碳目標的實現情況。

表格重點整理說明:

• PUE 關注能源效率， WUE 關注用水效率， CUE 關注碳排放效率。 三個指標從不同維度衡量資料中心的環境影響， 共同構成資料中心永續性評估體系。
• PUE 是基礎指標， WUE 與 CUE 是進階指標。 PUE 是資料中心最基本、最廣泛應用的能源效率指標， WUE 與 CUE 則是在 PUE 基礎上， 更深入考量水資源與碳排放影響的進階指標。
• PUE、WUE、CUE 數值越低越好。 理想狀況下， PUE 趨近於 1.0， WUE 與 CUE 趨近於 0， 代表資料中心在能源效率、用水效率、以及碳排放效率方面都達到最佳水平。
• 優化 PUE、WUE、CUE 需要綜合策略。 提升資料中心的永續性， 需要綜合考量能源效率、用水效率、以及碳排放效率， 制定全面的優化策略， 才能實現最佳的環境績效。

三者之間的相互關係

雖然 PUE、WUE 與 CUE 分別聚焦於能源、水資源與碳排放三個方面，但它們之間存在一定的聯動關係。一般而言，當資料中心通過技術優化降低 PUE 時，通常也會減少冷卻系統的能耗與用水量，從而對 WUE 與 CUE 產生正面影響。不過，必須注意以下幾點：

• 能源與水資源之間的折衷：部分冷卻技術（如蒸發冷卻）可能在降低電能消耗的同時增加水資源消耗，這時 PUE 下降但 WUE 可能上升。因此，綜合考量三項指標才能全面評估資料中心的綠色運營水平。
• 碳排放與能源結構：即便 PUE 改善，但若資料中心主要依賴高碳能源，CUE 數值仍會較高。因此，在降低 PUE 的同時，推動使用可再生能源也是降低 CUE 的重要途徑。

總結來說，單一指標往往難以反映資料中心全貌，業界提倡綜合運用多項指標，以便在實現高效運營的同時兼顧環境與資源的可持續利用。

補充:

ISO/IEC 30134-1:2016    — Part 1: Overview and General Requirements

ISO/IEC 30134-2:2016    — Part 2: Power Usage Effectiveness (PUE) 

ISO/IEC 30134-3:2016    — Part 3: Renewable Energy Factor (REF) 

ISO/IEC 30134-4:2017    — Part 4: IT Equipment Energy Efficiency for Servers (ITEEsv)

ISO/IEC 30134-5:2017    — Part 5: IT Equipment Utilization for Servers (ITEUsv)

ISO/IEC 30134-6:2021    — Part 6: Energy Reuse Factor (ERF)

ISO/IEC 30134-7:2023    — Part 7: Cooling Efficiency Ratio (CER)

ISO/IEC 30134-8:2022    — Part 8: Carbon Usage Effectiveness (CUE)

ISO/IEC 30134-9:2022    — Part 9: Water Usage Effectiveness (WUE)

挑戰與展望

儘管 PUE 及其相關指標在推動資料中心能源管理方面取得了顯著成效，但在實際應用中仍面臨以下挑戰：

數據收集與準確性問題

• 測量複雜性：資料中心內部設備眾多，能耗來源分散，如何精確測量各個環節的能耗仍是個技術挑戰。特別是在混合用途建築或多租戶環境中，如何準確分離資料中心專用能耗與其他能耗，需要投入較高成本與技術手段。
• 數據一致性：不同資料中心採用的監控系統、測量儀器與數據采集頻率可能存在較大差異，導致跨資料中心的數據比對時存在偏差。

標準化與報告規範的推動

• 統一標準推行難度：雖然 ISO/IEC 30134-2:2016 為 PUE 標準提供了國際依據，但全球各地在落實標準時仍存在理解與實踐上的差異，需進一步推動標準普及與落實。
• 市場宣傳誤用：部分業者可能會將 PUE 作為營銷工具，過分強調數值改善，而忽略實際運營效益與環境影響，甚至利用模擬數據進行誤導。

指標本身的局限性

• 單一指標不足以反映全貌：PUE 雖直觀，但僅關注能耗比率，無法體現 IT 設備運算效能、服務產出或使用者滿意度等指標。這也是為何近年來業界開始探索 WUE、CUE、IUE 等多維度指標，形成綜合評估體系。
• 技術創新帶來的新需求：隨著液冷技術、模組化設計等新技術的應用，傳統 PUE 計算方法可能無法完全涵蓋所有節能效果，未來可能需要引入新的輔助指標或修正現有公式。

未來發展展望

面對上述挑戰，業界普遍認為未來的發展方向應著重於：

• 多指標綜合評估：將 PUE 與 WUE、CUE、IUE、AMLC（Annualized Mechanical Load Component）、TUE（Total Utilization Efficiency）等指標結合，構建全方位的資料中心能源與資源效率評估體系。
• 智能監控與大數據分析：利用物聯網（IoT）、人工智能（AI）與大數據技術實現對資料中心能耗的實時監控與動態優化，從而根據負載變化及時調整運營策略。
• 全球標準化與透明度提升：通過國際合作與標準制定機構推動標準落實，提高數據收集與報告的透明度，促進跨地域、跨產業的公平比較。
• 環保與節能技術的融合：鼓勵資料中心在提升能源效率的同時，積極採用可再生能源、節水技術以及碳捕獲技術，以實現環境與經濟效益雙贏。

結論

從2007年 THE GREEN GRID 首次提出 PUE 概念以來，該指標已成為衡量資料中心能源效率的重要標準。隨著技術進步與實際運營經驗的積累，PUE 及其相關指標（WUE、CUE 等）不斷得到完善與國際認證，並逐步推動資料中心在能源管理、環境保護與經濟效益等方面實現突破。儘管現階段 PUE 在數據收集、標準化報告及跨設施比較上仍存在挑戰，但通過引入分級測量、來源能源加權、持續監控與多指標綜合評估等措施，未來資料中心將能更精確地掌握自身運營狀況，並在全球節能降碳的浪潮中展現更強競爭力。

綜合來看，PUE 既是一項技術指標，也是推動資料中心綠色運營的重要工具；而 WUE 與 CUE 則為評估資料中心全生命周期的環境影響提供了補充。面對未來，唯有持續創新、智能監控、標準統一與多指標協同運作，才能實現資料中心運營效率、環境保護與社會責任的全面提升。

參考資料

1. datacenters.lbl.gov 《PUE™: A Comprehensive Examination of the Metric》 – The Green Grid 白皮書
2. digitalrealty.co.uk Digital Realty – What is Power Usage Effectiveness (PUE)?
3. blog.stulz-usa.com STULZ – PUE in 2024: What It Is and What It Is Not
4. zcecs.com 中測信通 – 除 PUE 外的 WUE 與 CUE 指標解讀
5. morezman.com 魔力門部落格 – PUE (Power Usage Effectiveness）簡介

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