北京2024年7月11日 /美通社/ -- 隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，預(yù)計未來幾年用電增長將維持在5%左右的中高速區(qū)間，而電力作為重要能源，需要高效管理，電力系統(tǒng)的全數(shù)字實時仿真平臺，是提升電網(wǎng)快速響應(yīng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，它可以幫助國家電網(wǎng)公司各級調(diào)度計算分析人員協(xié)同開展重點活動前期、夏季用電高峰期等不同場景下電力運(yùn)行的仿真分析，幫助電力系統(tǒng)運(yùn)行管理人員及時、準(zhǔn)確地分析和判斷系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，制定保障電網(wǎng)安全高效運(yùn)行的控制策略，因此仿真平臺仿得又快又準(zhǔn)是業(yè)務(wù)的關(guān)鍵。
中國電科院與浪潮信息聯(lián)合，基于元腦服務(wù)器TS860G7產(chǎn)品，為中國電科院電力系統(tǒng)全數(shù)字實時仿真（ADPSS）平臺打造了更高性能、更穩(wěn)定的算力平臺，提供超強(qiáng)并行處理能力，實時效率躍升30%，讓仿真平臺為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。
全數(shù)字實時仿真系統(tǒng)在新型電力系統(tǒng)構(gòu)建中的算力挑戰(zhàn)
國家電網(wǎng)作為守護(hù)國家能源安全及國民經(jīng)濟(jì)命脈的重要支柱，在以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)構(gòu)建中，面臨著負(fù)荷需求的急劇增長和發(fā)電裝機(jī)數(shù)量的逐年增加。隨著1000kV特高壓線路和智能變電站的密集投運(yùn)，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)變得日益復(fù)雜，仿真系統(tǒng)的技術(shù)人員表示：電力系統(tǒng)作為科技發(fā)展的產(chǎn)物，不同時間下用電情況瞬息萬變，電力系統(tǒng)是一個非常復(fù)雜的動態(tài)系統(tǒng)，如果要更高效地保障電網(wǎng)的穩(wěn)定性，就需要通過實時仿真技術(shù)，對電網(wǎng)進(jìn)行分析、掌握電網(wǎng)特性，最終為系統(tǒng)運(yùn)行提供決策輔助，所以"仿得快、仿得準(zhǔn)"是對實時仿真系統(tǒng)提出的要求，這才能更好地保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定。
然而，在實施全數(shù)字實時仿真系統(tǒng)的過程中，算力支持面對三大挑戰(zhàn)：
TS860G7為ADPSS仿真系統(tǒng)提供高性能、低延時算力支持
面對既要仿得快，又要仿得準(zhǔn)的需求，中國電科院在為ADPSS仿真系統(tǒng)搭建核心算力平臺時進(jìn)行了嚴(yán)苛的選型，要求算力平臺要具備更高性能、更低延遲、更可靠穩(wěn)定的特性，能從容面對"多并發(fā)、低延時"的業(yè)務(wù)場景，有效地緩解現(xiàn)有系統(tǒng)的運(yùn)行壓力并減少系統(tǒng)響應(yīng)時間。經(jīng)過縝密細(xì)致的選型對比之后，中國電科院最終選擇了浪潮信息元腦服務(wù)器TS860G7作為ADPSS仿真系統(tǒng)核心算力平臺的IT設(shè)備，提供所需的算力。
ADPSS仿真系統(tǒng)在應(yīng)用時面臨不同的業(yè)務(wù)場景，包括場站級全電磁暫態(tài)仿真計算及半實物驗證，和大型區(qū)域電網(wǎng)電磁暫態(tài)仿真計算及系統(tǒng)級試驗驗證，不同的作業(yè)規(guī)模也對應(yīng)著不同的仿真需求和作業(yè)的數(shù)據(jù)量，而核心大型平臺需要單硬件平臺仿真數(shù)據(jù)量的規(guī)模需要達(dá)到50us仿真步長、不低于8000母線、不少于300臺風(fēng)機(jī)，業(yè)務(wù)場景有時需要一兩百個處理器同時參與計算，每個處理器之間都有一定的數(shù)據(jù)通信量，如果應(yīng)用傳統(tǒng)的雙路服務(wù)器，跨節(jié)點間的CPU訪問，就要通過多機(jī)互聯(lián)，而多機(jī)互聯(lián)之間的通信一般通過InfiniBand 100G網(wǎng)卡來實現(xiàn)，這種通信網(wǎng)絡(luò)延時開銷較大，會影響整個業(yè)務(wù)性能，也就導(dǎo)致喪失了ADPSS仿真實時的能力。
TS860G7整機(jī)通過架構(gòu)優(yōu)化和全模塊化設(shè)計，單機(jī)最大支持480核心，核心數(shù)提高114%。采用業(yè)界最優(yōu)的高速連接器選型，首創(chuàng)線板方案并進(jìn)行阻抗匹配，通過全互聯(lián)拓?fù)浼軜?gòu)，高速互聯(lián)鏈路傳輸速率提升105%；同時TS860G7還支持PCIe5.0高速帶寬，IO傳輸帶寬提升6.3倍，可以很好地滿足多任務(wù)的并行計算，高效地支撐千節(jié)點級機(jī)電和暫態(tài)實時仿真運(yùn)算任務(wù)。
針對ADPSS仿真系統(tǒng)的低延時需求，TS860G7在整機(jī)的架構(gòu)設(shè)計上實現(xiàn)業(yè)界最優(yōu)的器部件布局和布線，減少信號衰減和串?dāng)_，提高信號通信性能，采用4組計算節(jié)點，每組兩顆處理器并排，通過中置高速無源背板進(jìn)行互聯(lián)，采用反向設(shè)計思路巧妙利用工藝制程減小串?dāng)_影響，成本0增加的情況下實現(xiàn)布線密度和走線路徑雙優(yōu)化，結(jié)合全頻帶的三維無源仿真，從而減少信號衰減，保障CPU的跨socket訪問時延最低。同時采用IO balance連接模式，每顆CPU可直接訪問所需支持的PCIe卡，相比于經(jīng)過其他CPU通路二次連接的非Balance模式大幅降低延遲，提升性能；同時整機(jī)全PCIe5.0的鏈路設(shè)計可以將200GB IB卡的傳輸效率發(fā)揮到最佳，實現(xiàn)不降級、不降速的傳輸效果。
此外，為了保障電力仿真系統(tǒng)高性能低延時的穩(wěn)定運(yùn)行，面對關(guān)鍵應(yīng)用系統(tǒng)TS860G7提供更穩(wěn)定的算力供給，在部件級、模塊級、鏈路級、系統(tǒng)級四方面采用RAS設(shè)計，提供部件級到芯片級的冗余設(shè)計，保證數(shù)據(jù)在計算、存儲、I/O等各個環(huán)節(jié)穩(wěn)定可靠，而且TS860G7具備預(yù)警和修復(fù)故障的能力，可以預(yù)測并隔離修復(fù)包括內(nèi)存、硬盤等高故障部件的健康狀態(tài)，保障整機(jī)MTBF（平均無故障最大工作時間）達(dá)到20萬小時以上。
通過以浪潮信息元腦服務(wù)器TS860G7為核心打造算力平臺，中國電科院電力系統(tǒng)全數(shù)字實時仿真系統(tǒng)（ADPSS），極大增強(qiáng)了仿真系統(tǒng)的并行處理能力，實時計算集群的效率躍升30%，為處理復(fù)雜電網(wǎng)模型和大規(guī)模仿真任務(wù)提供了強(qiáng)大動力，升級后的系統(tǒng)在實時通信方面取得了突破，單節(jié)點內(nèi)部及資源組間的通信抖動均被控制在5微秒以下，遠(yuǎn)低于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，更高效地保證了大電網(wǎng)電磁暫態(tài)仿真精度。同時借助浪潮信息自研的智能運(yùn)維工具，故障診斷與處理能力得到質(zhì)的提升，運(yùn)維效率提高了60%，運(yùn)維團(tuán)隊能夠更快識別并解決潛在問題，減少停機(jī)時間，確保仿真系統(tǒng)持續(xù)高效、穩(wěn)定地運(yùn)行。
