xPUE: Bulut Altyapıları için Güç Kullanım Etkinliği (PUE) Metriklerinin Genişletilmesi

Özet

Bu makale, IEEE Transactions on Sustainable Computing'de 2025'te yayımlanan (1-13. sayfalar, DOI 10.1109/TSUSC.2025.3549687, arXiv:2503.07124), Guillaume Fieni, Romain Rouvoy ve Lionel Seinturier'in çalışmasıdır. Yazarlar, tesis PUE'sinin sunucu güç girişinde durduğunu ve bu yüzden sunucuların içindeki kayıpları (fanlar, güç kaynakları, boşta çekiş) ve bulut yazılım katmanındaki kayıpları gizlediğini savunur. PUE'nin yalnızca enerjiyi saydığını, faydalı hesaplama çıktısını saymadığını da vurgular. Bu tanımlar, verimliliğin yalnızca tesis altyapısı değil, sunucu ve yazılım katmanı boyunca da izlenmesini mümkün kılar.

Yazarlar sunucu PUE'sini (sPUE) tanımlar: sunucu giriş enerjisi bölü CPU, DRAM, GPU, diskler gibi hesaplama bileşenlerinin enerjisi. Platform ek yükü için sanal PUE (vPUE) tanımlanır. Bunlar çarpılarak bulut PUE'sini (cPUE), tesis PUE'siyle birleştirildiğinde ise küresel gPUE'yi verir; gPUE = cPUE x PUE ve gCUE = cPUE x CUE olur, gWUE = cPUE x WUE ise benzetme yoluyla önerilir. Ölçüm için donanım güç ölçerleri, IPMI, RAPL ve bir yazılım güç ölçeri kullanılmıştır (Grid'5000 ve OVHcloud sunucuları).

Sonuçlar, boştaki sunucularda sPUE'nin 4'ün üzerine çıktığını gösterir. Artan CPU yükü altındaki bir Dell R640'ta (Xeon Gold 5220) ortalama sPUE 3,1, en düşük değer 2,7'dir. En iyi sPUE (1,4), tek AMD CPU'lu, sıvı soğutmalı bir OVHcloud sunucusundan gelmiştir; yazarlar sıvı soğutma kazancının bir kısmını sunucu fanlarının kaldırılmasına bağlar ve PUE bunu yakalamaz. Beş düğümlü küme ölçeğinde boştaki platformlar sPUE değerini 20'nin üzerine (Kubernetes 22,6, OpenStack 27,5 en yüksek) çıkarmıştır.

Yazılım katmanında OpenStack servisleri enerjinin yaklaşık yüzde 20'sini almıştır (toplam vPUE 1,25); sPUE 2,7 ile birleşince cPUE 3,375 olur, yani barındırılan bir VM'deki 1 W, küme düzeyinde 3,375 W anlamına gelir. OVHcloud sitelerinde gPUE değerleri 1,8'in üzerindedir ve gCUE, 26 kat aralığında değişir. Sınırlama olarak ölçümler belirli donanım ve platformlara aittir; sonuçlar genelleştirilmeden, kapsamı belirtilerek yorumlanmalıdır. Bu bulgular, PUE'nin tek başına verimlilik göstergesi olarak kullanılmasının yanıltıcı olabileceğini somut verilerle gösterir.

Öne çıkan noktalar

1. PUE, BT iş yükü yapay olarak artırılarak mekanik biçimde düşürülebilir; yalnızca enerjiyi sayar, faydalı hesaplamayı saymaz.
2. sPUE = BT enerjisi / hesaplama yapan donanım bileşenlerinin enerjisi (CPU, GPU, bellek, disk, denetleyiciler); gPUE = cPUE x PUE, gCUE = cPUE x CUE; gWUE = cPUE x WUE benzetmeyle önerilir.
3. Boşta sunucularda sPUE > 4; Dell R640'ta artan CPU yükünde ortalama sPUE 3,1, en düşük 2,7.
4. En iyi sPUE (1,4) tek AMD CPU'lu sıvı soğutmalı bir OVHcloud sunucusundan geldi; kazancın bir kısmı sunucu fanlarının kalkmasına bağlanıyor.
5. Beş düğümlü kümede boştaki platformlarda sPUE 20'nin üzerinde (maks. 22,6 Kubernetes, 27,5 OpenStack); en düşük 2,9, yüklü ortalama platforma göre 5-6,5.
6. ToR anahtarı iş yükünden bağımsız yaklaşık 115,3 W çekti; yazarlar ağ ekipmanının sPUE paydasında BT olarak sayılmasını öneriyor.
7. OpenStack servisleri enerjinin yaklaşık yüzde 20'sini aldı (vPUE 1,25); sPUE 2,7 ile cPUE 3,375; Kubernetes ortalama vPUE 1,3, en iyi 1,1.
8. OVHcloud sitelerinde gPUE hep 1,8'in üzerinde; gCUE 26 kat aralığında (48,75-1.262 eqCO2/hesaplama birimi).

Tasarımda kullanımı

• Tesis PUE'sini verimlilik hikayesinin tamamı olarak sunmayın: enerji modeline isteğe bağlı bir sunucu ek yük faktörü (sPUE) ekleyin ve PUE'nin yanında 'etkin PUE' = PUE x sPUE gösterin.
• BT yükü düşük kullanımla modellendiğinde uyarı verin; çünkü boşta sunucu içi ek yükler hızla artar.
• Hava ve sıvı soğutmayı karşılaştırırken sıvı soğutmalı raflarda sunucu fan gücünü BT yükünün dışına taşıyın; karşılaştırma fan enerjisinin nerede sayıldığına göre sapmasın.
• Ağ ekipmanını BT yükü olarak sayın ve her metrik için kullanılan kapsamı raporlayın.

Kimler okumalı

PUE ve verimlilik metriklerini yorumlayan tasarımcılar, bulut ve kolokasyon işletmecileri ve sürdürülebilirlik raporlayıcıları.

İlgili standartlar

• ISO/IEC 30134-2

Yayın bilgileri

Yazarlar

Guillaume Fieni; Romain Rouvoy; Lionel Seinturier

Yayıncı

IEEE Transactions on Sustainable Computing (Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE))

Yıl

2025

Belge numarası

arXiv:2503.07124

Sayfalar

1-13

Belge dili

İngilizce

Kaynak türü

Bilimsel yayın

Erişim

Ücretsiz okunur

DOI

10.1109/TSUSC.2025.3549687

Lisans

arXiv dağıtım izni — yeniden kullanım koşulları hak sahibine bağlıdır

Künye