Data centers account for significant global energy consumption and a carbon footprint. The recent increasing demand for edge computing and AI advancements drives the growth of data center storage capacity. Energy efficiency is a cost-effective way to combat climate change, cut energy costs, improve business competitiveness, and promote IT and environmental sustainability. Thus, optimizing data center energy management is the most important factor in the sustainability of the world. Power Usage Effectiveness (PUE) is used to represent the operational efficiency of the data center. Predicting PUE using Neural Networks provides an understanding of the effect of each feature on energy consumption, thus enabling targeted modifications of those key features to improve energy efficiency. In this paper, we have developed Bidirectional Gated Recurrent Unit (BiGRU) based PUE prediction model and compared the model performance with GRU. The data set comprises 52,560 samples with 117 features using EnergyPlus, simulating a DC in Singapore. Sets of the most relevant features are selected using the Recursive Feature Elimination with Cross-Validation (RFECV) algorithm for different parameter settings. These feature sets are used to find the optimal hyperparameter configuration and train the BiGRU model. The performance of the optimized BiGRU-based PUE prediction model is then compared with that of GRU using mean squared error (MSE), mean absolute error (MAE), and R-squared metrics.


翻译:数据中心在全球能源消耗和碳足迹中占据显著比重。近期边缘计算需求的增长和人工智能技术的进步推动了数据中心存储容量的扩张。能源效率是应对气候变化、降低能源成本、提升商业竞争力以及促进信息技术与环境可持续性的一种经济有效途径。因此,优化数据中心能源管理已成为全球可持续发展的最关键因素。电能使用效率(PUE)被用于表征数据中心的运行效率。利用神经网络预测PUE有助于理解各特征对能耗的影响,从而能够针对性地调整关键特征以提高能效。本文开发了基于双向门控循环单元(BiGRU)的PUE预测模型,并将其性能与GRU模型进行了比较。数据集包含52,560个样本和117个特征,采用EnergyPlus软件模拟位于新加坡的数据中心生成。通过带交叉验证的递归特征消除(RFECV)算法,针对不同参数设置筛选出多组最相关特征集。利用这些特征集寻找最优超参数配置并训练BiGRU模型。最终使用均方误差(MSE)、平均绝对误差(MAE)和决定系数(R-squared)指标,将优化后的BiGRU基PUE预测模型性能与GRU模型进行对比分析。

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