随着人工智能驱动的需求给数据中心电力供应带来压力,运营商面临着在固定电力容量范围内实现更多算力产出的压力。在许多情况下,从电网获取更多电力并非能立即实现,而新增现场发电容量则成本高昂或建设周期较长。正因如此,一项名为"电力算力有效性"(PCE)的新指标提案正引发业界关注。

PCE旨在揭示设施已申请电力中有多少部分可结构性地用于算力,又有多少被制冷、电力损耗及其他支持系统所占用。该指标的提出者并未将其定位为电力使用效率(PUE)——这一业界标准指标用于比较设施总能耗与IT设备能耗——的替代品。相反,支持者表示,PCE回答的是一个不同的问题,而这个问题在改造和扩建项目中正变得愈发紧迫:在固定的电力容量范围内,究竟有多少容量能真正用于支撑服务器运行?

AFCOM数据中心项目执行主席比尔·克莱曼表示:"我认为PCE的价值不仅局限于初期设计阶段,尤其对于评估改造项目、测算已申请电力究竟能支撑多少IT设备负载的运营商而言更具意义。正确的定位是将PCE视为PUE的补充指标。"

PUE与PCE的对比

PUE是数据中心行业二十多年来最广泛采用的指标之一,它推动了业界对设施能耗的关注,并促使运营商不断提升能效表现。根据Uptime Institute的数据,过去二十年间,平均PUE已从约2.5降至约1.6,部分先进设施目前已能实现1.1甚至更优的水平。

尽管如此,PUE仍存在局限性。它反映的是设施投运后的运营效率,且在界定何为IT负载、何为设施负载方面存在一定的解读空间。例如,风机能耗在不同站点可能被归入不同类别,而共享的公共设施计量方式也会使情况变得更加复杂。

相比之下,PCE关注的是上游环节。在开放计算项目(Open Compute Project)发布的一篇论文中,Airsys Cooling Technologies将该指标定义为数据中心已申请电力中分配给算力(而非支持性基础设施)的比例。

Airsys首席战略关系官、该论文联合作者保罗·奎格利表示:"PCE提出的问题非常简单:在为数据中心申请的全部电力中,究竟有多少真正用于算力?"

举例而言,若某设施已申请电力为100兆瓦,其中70兆瓦可结构性地用于算力,则其PCE为0.70。剩余30兆瓦可能被分配给制冷与散热、电力转换、配电损耗,以及照明、控制和安防等辅助系统。

这一区分至关重要。PUE衡量的是运行中的数据中心使用能源的效率,而PCE衡量的是在服务器启动运行之前,数据中心已申请电力的分配方式。

该指标为何重要

当运营商试图在不扩大总电力容量的前提下增加算力时,PCE的价值便愈发凸显。假设一座100兆瓦的设施最初为制冷、损耗和辅助负载预留了30兆瓦,其PCE为0.70。如果基础设施的重新设计将这些支持性需求降至20兆瓦,那么同一设施便能支撑80兆瓦的算力,PCE也相应提升至0.80,而总申请电力并未增加。

奎格利表示:"实现这一提升所需的基础设施改造,可能需要大量资本投入。PCE所揭示的是,对制冷、电力架构或其他基础设施的投资,能否将现有电力容量中更大的比例重新分配给算力。"

这一点在当下尤为重要,因为公共电力资源的限制正使许多市场的新增容量申请变得更加困难。PCE并非告诉运营商每一兆瓦非算力电力都能够或应该被回收利用,它的作用在于使现有的电力分配状况变得清晰可见,从而为设计者和运营商提供一种评估工具,判断基础设施变革能否为IT设备释放更多电力。

奎格利举了一个例子:某设施可能为老旧制冷架构申请了20兆瓦电力,7兆瓦与电力转换及配电损耗相关,3兆瓦用于辅助负载。一项工程研究可能显示,制冷系统改造能将制冷电力分配从20兆瓦降至12兆瓦。如果这一改造在技术和财务上均具可行性,该设施便可在剩余约束条件下,为算力额外释放出8兆瓦的结构性可用电力。

由于该指标尚属新生事物,目前还没有经过验证的行业平均水平。在Airsys与OCP联合发布的论文中,两个实际案例给出的PCE得分分别为:一座20兆瓦的托管设施为0.705,一座100兆瓦的超大规模园区为0.79。奎格利表示,许多采用风冷技术的老旧设施的PCE可能介于0.50至0.65之间,而设计精良的液冷设施则有望达到0.80以上的高位水平。目前,这些数值区间应被视为方向性参考,而非既定基准。

PCE最具应用价值的场景

PCE在近期看来,其最大价值体现在设计工作、改造项目和资本规划领域。

在改造项目中,PCE能够揭示基础设施开销在已申请电力容量中占据过高比例的环节,帮助运营商识别哪些升级改造最有可能挽回被闲置占用的电力。例如,一座15年前建成的30兆瓦设施,其PCE可能仅为0.60,意味着18兆瓦用于算力,12兆瓦用于支持系统。如果这部分支持负载大多与制冷相关,而非UPS损耗或建筑负载,那么分析结果可能指向制冷系统升级是更有效的资本投入方向。

对设计团队而言,PCE也可在建设开始前充当规划工具。奎格利描述了两种假设性50兆瓦设计方案的对比:一种是需要10兆瓦用于制冷的传统冷水机组方案,另一种是采用干式冷却器的温液回路方案,仅需5兆瓦用于制冷。假设两种方案的电力损耗和建筑负载相同,前者可为算力留出37兆瓦,后者则可留出42兆瓦。这正是PCE值0.74与0.84之间的差距——而这一差距早在设计图纸阶段便已确定。

奎格利表示:"这是一个在混凝土浇筑之前、仅通过图纸测算就能确定的5兆瓦差距。这正是PCE与PUE的不同之处——PUE只能在电表开始运转之后才能测量得出。"

同样的逻辑也适用于容量规划。例如,一座PCE为0.70的40兆瓦托管设施可支撑28兆瓦算力。如果某客户需要额外6兆瓦用于AI部署,传统做法可能是申请更多电网电力。而PCE分析则提出了另一种思路:该设施能否通过基础设施改造将PCE提升至0.85?如果可以,现有的40兆瓦电力容量便能支撑34兆瓦算力,足以满足需求,而无需向电力公司提交新的用电申请。

在投资组合层面,PCE还能帮助运营商对比不同站点并确定投资优先级。得分最低的设施未必能带来最佳的资本回报,而另一座PCE略高的站点可能拥有远大得多的可回收容量空间。如此运用之下,该指标的意义便不再局限于单纯的对标比较,而更在于引导资金投向那些能够释放最多IT负载的升级改造项目。

PCE能否获得广泛认可?

这一问题仍悬而未决。PUE之所以能够普及,是因为它简单直观,并与行业整体推动能效提升的大趋势紧密相连。相比之下,PCE的适用范围更为狭窄,它更可能引起设计人员、基础设施规划者以及正在应对电力受限改造决策的运营商的共鸣,而非整个数据中心市场的广泛关注。克莱曼认为,这正是业界应有的看待方式。他表示:"我们这个行业必须不断重新审视建设和设计设施的方式,并理解这些决策对容量和效率意味着什么。PCE能否获得广泛认可,取决于它能否在制冷、冗余和设施边界等方面采用一致的假设条件,从而帮助运营商做出更好的投资决策。单凭一个新指标本身并不足以推动整个行业前进,但一条能让稀缺电力资源得到更有效利用的清晰路径,确实可能带来改变。"

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