电力算力协同需求理念与关键技术

中国某著名企业CHINASOUTHERNPOWERGRID某著名企业数字某著名企业电力算力协同：需求、理念与关键技术，，，蔡田田某著名企业数研院研发中心，某著名企业大数据公司2024-12CONTENTS目录——中国某著名企业CHINASOUTHERNPOWERGRID某著名企业数字某著名企业01电算协同背景与意义02电算协同基本原理与路径03近期重要进展2一、电算协同背景与意义中国某著名企业CHINASOUTHERNPOWERORID某著名企业数字某著名企业AI的尽头是能源，算力的尽头是电力。“我们确实需要比之前认为的更多的能源，未来两种重要货币是智能计算和能源”。“我们需要核聚变，或者更便宜的太阳能加上超大规模的存储或其他技术，是那种从没人真正规划过的规模水平。”——2024年达沃斯世界经济2025年,AI就会由缺“芯”转为缺“电”。——2024博世互联世界大会，3一、电算协同背景与意义中国某著名企业CHINASOUTHERNPOWERGRID某著名企业数字某著名企业随着数字经济飞速发展，到2035年，中国数据中心和5G总用电量将达6951-7820亿千瓦时，将国全社会用电量5%-7%¹。数字基础设施将成为影响电力系统能量供需平衡的重要负荷。7500AI爆发增长情景：5.3%(高方案)highcase700065006000550050004500AI匀速增长情景：3%(中方案)basecase40003500用电量(亿千瓦时)3000lowcase2500200015001000AI慢速增长情景：2.3%(低方案)5000.23中国数据中心用电需求预测(至2030年)²中国数据中心和5G总用电量(至2035年)³数据来源：1.国际环境保护组织绿色和平、工业和信息化部电子第五研究所计量检测中心《中国数字基建的脱碳之路：数据中心与5G减碳潜力与挑战(2020-2035)》，2021年5月2.中国电力发展促进会电力与算力协同发展专业委员会《电力与算力协同发展监皮书》，2024年8月43./2021/05/28/china-digital-infrastructure-carbon-emission-2035/3.一、电算协同背景与意义中国某著名企业CHINASOUTHERNPONERGRID某著名企业数字某著名企业中国智算服务器计算能力与算力单位能耗与欧美英伟达等存在一定差距，导致建设相同算力的智算数据中心，需要更加高昂的建设和运营成本。测算数据显示，万P算力中心造价成本预计多花费34亿元，运营成本每年多花费约2亿元¹。数据来源：某著名企业大数据服务公司5一、电算协同背景与意义中国某著名企业CHINASOUTHERNPOWERURID某著名企业数字某著名企业国家发改委、能源局、工信部、数据局等多部委联合陆续发布《关于深入实施“东数西算”工程加快构建全国一体化算力网的实施意见》等系列文件，统筹算力和绿色电力协同，提出促进绿电消纳和数据中心节能降耗。一、电算协同背景与意义中国某著名企业CHINASOUTHERNPOWERGRID某著名企业数字某著名企业电算协同：“西电东送”与“东数西算”战略全方位、深层次的协同，是落实国家重大战略的迫切要求。7中国某著名企业CHINASOUTHERNPOWERGRID某著名企业数字某著名企业01电算协同背景与意义02电算协同基本原理与路径03近期重要进展CONTENTS目录——中国某著名企业二、电算协同基本原理与路径CHINASOUTHERNPOMERGRID某著名企业数字某著名企业总体目标：数据中心节能降耗，促进数据中心绿电消纳，提升算力电力协同运行水平。面：全国一体化算力网络线：算力中心互某著名企业信点：单体数据中心算力调度中心4000用算力企业算力用算力企业系统殷力豆联网用电力企业域：区域算力集群电力电力互联网系统用电力企业电力调度中心虚拟电厂※BMU分布式资源新能源集群(风电场、光伏电站)新型电力系统中国某著名企业二、电算协同基本原理与路径CHINASOUTHERNPOWERGRID某著名企业数字某著名企业(1)“点”协同目标：数据中心节能降耗，提高数据中心绿电占比。10中国某著名企业二、电算协同基本原理与路径CHINASOUTHERNPOWERORID某著名企业数字某著名企业(1)“点”关键技术：绿色高效算力中心关键技术与装备研制、算力节点源网荷储可靠供电技术对内对外绿色高效算力中心关键技术与装备研制算力节点源网荷储可靠供电技术元器件级：低功耗高性能芯片研制单体数据中心装备级：✔高效能算力服务器←高效能分布式存储装备✔高效能制冷装备研制✔数字化柔性直流算力装备✔……调控方法：异构算力精准感知与控制技术分布式存储节点自适应伸缩技术制冷系统自适应热管理控制技术冷却需求AI算法预测11中国某著名企业二、电算协同基本原理与路径CHINASOUTHERNPOWERORID某著名企业数字某著名企业(1)“点”关键技术：浸没式液冷算力技术及装备建筑能耗暖通系统能耗电气系统其他能耗液冷相比传统水冷系统年节电量约2803万kWh，节能12%。占1%占70%能耗占21%占8%园区绿化氯泵模块化UPSAI消优、节能变压器/能耗管理。低传热保液冷高压直流智慧园区碳额

理平台余热回收智能小母线碳排放管理自然光照明CFD热仿真技术智能照明IT设备能耗环境能耗光伏/风能/储能封闭冷热通道PUE=PUE=1.35IT设备膨耗算力能耗电源能耗风扇能耗传统冷冻水系统PUE=1.23PUE≤1.19冷却压浸没式液冷原理及装备某著名企业大数据公司自研装备二、电算协同基本原理与路径中国某著名企业CHINASOUTHERNPOWERORID某著名企业数字某著名企业(1)“点”关键技术：算力中心新能源直流组网供电当前高效供电方式—巴拿直流组网供电技术—全DC高效供用电技术10kV六移相变压器10kV

DCHVDCX\eta=99\%200~400VDC列头柜机架机架10kV

DC/ACHVDCX蓄电池36脉波整流器到板峰值效率\eta=92%\eta=98.5\%某著名企业负荷小20320002028发亮服务器CRPS\eta=94\%适应未来全直流供电数据中心发展趋势ORHVDC直挂储能轻载DCX休眠增效半控整流，THD高达8%工频开关，动态特性差超高频开关，动态特性优越不适用于直流配网切换开关兼容10kVDC/AC高效HVDCX变换器峰值效率98%到板峰值效率92%高效中间母线电源峰值效率97%到板峰值效率95%13中国某著名企业二、电算协同基本原理与路径CHINASOUTHERNPOWERGRID某著名企业数字某著名企业(1)“点”关键技术：异构异属算力算能统一计量异构异属算力缺少算力的统一计量标准□应用:对10E6(一百万)个64位整数排序(Sort)□使用相同云服务:2VCPU,4GB内存阿里云：负载(Sort)运行时间为226秒,所用费用:0.45元/小时*((226/3600)=0.03元华为云：负载(Sort)运行时间为187秒,所用费用：0.4元/小时*(187/3600)=0.02元现有算力计量方法是供给侧计量(按时长计费)数据来源：中科院计算技术研究所14二、电算协同基本原理与路径中国某著名企业CHINASOUTHERNPOWERGRID某著名企业数字某著名企业(2)“线”协同目标：高效整合电力通信网数据传输能力，为全国一体化算力网提供通信路由“线”关键技术：承载算力网络的确定性电力通信网15中国某著名企业二、电算协同基本原理与路径CHINASOUTHERNPONERGRID某著名企业数字某著名企业(2)“线”关键技术：跨域数据中心直连高速通讯网络技术算力中心光放站光放站超高速收发光缆光缆光缆超高速收发设设备原型备原型千公鹏城云脑-广州超算开展10TB全光网络互联里级鹏城云脑-济南超算开展SD-WAN技术互联光缆路由示意图石岩宏发略由2(新颖)鹏城日期限路由1(利旧)实现跨地区数据中心间极低的延迟和数据的可靠传输西丽沙河素材来源：鹏城国家实验室16二、电算协同基本原理与路径中国某著名企业CHINASOUTHERNPOWERGRID某著名企业数字某著名企业(3)“域”协同目标：降低区域数据中心集群冗余电源配置，提高区域内资源利用效率区域算力集群能耗基站P1SPIES)数网匹配P3上级某著名企业网架：功率联络点。新能源集群(风电场、光伏电站)发电数据来源：某著名企业大数据服务公司17中国某著名企业二、电算协同基本原理与路径CHINASOUTHERNPOMERORID某著名企业数字某著名企业(3)“域”关键技术：数据中心配电、柴发、UPS等供电设施集约化设计算力中心的建设成本除IT设备及土建工程外，电气系统(变配电、外电、柴发、不间断电源)和暖通系统合计成本占比最高，一般超过总成本的50%以上，以某数据中心B为例，基础设施总建设成本为8.49亿元，暖通占总成本25.04%，电气部分(变配电、外电、柴发和不间断电源)占总成本的36.34%。。土建工程不间断电源系统暖通系统柴发系统变配电系统机柜配套系统智能化系统装饰装修系统消防系统给排水系统外电工程数据来源：某著名企业大数据服务公司18二、电算协同基本原理与路径中国某著名企业CHINASOUTHERNPOMERGRID某著名企业数字某著名企业(4)“面”协同目标：算力网与电力网协同运行，实现电力算力资源大范围协调互济能源、负荷特征柔性算力转移(可容忍延迟)T1削峰填谷Cloud能源价格T2算力时间转移Lo算力时间与空间转移电力供应算力-电力电力消耗发电输出互动Time辅助Timetransfer4服务89UPS+储能柴发分布电源算力空间转移能量负荷波动峰谷DC2辅助服务蓄冷蓄热113.虚拟储能差DC1互动调节元素19中国某著名企业二、电算协同基本原理与路径CHINASOUTHERNPOWERGRID某著名企业数字某著名企业(4)“面”关键技术：跨域电力算力协同调度阿里可再生能源消纳驱动数据中心“算力·电力”优化调度案例在电力系统调峰信号的引导下通过阿里云算力调度系统将南通数据中心搜索业务和推荐业务迁移至由可再生能源供电的数据中心，从而使南通机房相关电力负荷下降约100千瓦，约150千瓦时电量转移至房，提高了该时段华北某著名企业可再生能源消纳。项目成效实现数据中心能耗成本降低37%和碳排放成本优化14%；·全球范围内首次实现了数据中心和电力系统以促进可再生能源消纳为目标的协同调度；·国内首次跨区域“算力·电力”优化调度验证实验。JobschedulingandResourcemanagement数据来源:ithome/0/731/531.htm20中国某著名企业二、电算协同基本原理与路径CHINASOUTHERNPOWERGRID某著名企业数字某著名企业(4)“面”关键技术：跨域电力算力协同调度某著名企业级数据中心间“算力”调度案例(A机房→B机房)通过监测某著名企业网级两地机器在算力任务调度前后的CPU、内存、存储、GPU占用率及能耗负荷的变化情况，验证算力能否在数据中心间进行转移，以及算力负荷变化的组成，指出智算节能降耗的方向。·结论：·算力负荷可随智算任务在数据中心间转移而转移。数据来源：某著名企业大数据服务公司21二、电算协同基本原理与路径中国某著名企业CHINASOUTHERNPONERGRID某著名企业数字某著名企业(4)“面”关键技术：跨域电力算力协同调度某著名企业级数据中心间『算刀”调度案例(A机房(226、227)→B机房(157、158):CPU、内存、存储以及GPU页载率特性)二、电算协同基本原理与路径中国某著名企业CHINASOUTHERNPOWERGRID某著名企业数字某著名企业(4)“面”关键技术：跨域电力算力协同感知与调度系统用户节点1节点1合计算力中心交互节点交互节点算力中心算网资源平台应用服务算网资源网络接入度量接入舞力调度引擎电算协同用户舞力算力算力中心中心中心中心电算协同度量模型资源一站开通感知与调度电算协同综合编电算协同感知网络排算法电算协同感知资源无感调整AI场景翼营窗窗电算协同交电力电力电力电力中心中心中心中心家×数据中心电力算力统一管控冰墩振中心能源某著名企业大数据场景电力供某著名企业风能光能液装数据中心应模式供应供电供电④其他服务算网配套电力配套④算网配套电力配套碳配额指标约束绿电成本约束低碳排放，电力能耗约束算网配套电力配套23二、电算协同基本原理与路径中国某著名企业CHINASOUTHERNPOWERGRID某著名企业数字某著名企业(4)“面”关键技术：电力—算力—网络协同规划图片来源:baijiahao.baidu/s?id=1698327959951149596&wfr=spider&for=pc24二、电算协同基本原理与路径中国某著名企业CHINASOUTHERNPOWERGRID某著名企业数字某著名企业电力算力协同第一性原理(本质)是“经济-绿色-可靠”三者之间“三角”不可能难题。算力用户需求：(1)可靠：算力(低时延、准确率)；(2)经济：低算力价格对某著名企业公司要求：(1)安全可靠：供电可靠性、电能质量算力运营商要求：(2)经济：利用算力可调节灵活特性，挖掘调节支撑某著名企业潜力(1)可靠：IT设备供电可靠性、电能质量；(3)清洁低碳：新能源消纳(2)经济：低用电成本、低能耗设备(PUE低)(3)绿色：新能源等绿电占比提高25二、电算协同基本原理与路径中国某著名企业CHINASOUTHERNPOWERGRID某著名企业数字某著名企业电力算力网络协同技术谱系电算协同规划电算协同网络及装备电算协同调度电算协同交易数据中心源网荷储一体化规划数据中心高速直连通信技术电算融合的算能计量技术响应某著名企业调度信号的数据中心调节技术数据中心供电设施集约化设计某著名企业友好型数据中心技术轻量化广域RDMA无损传输技术异构算力一体化智能调度区域数据中心集群基础设施集约化某省市场机制引导下的算力交确定性电算网络技术及装备算网协同调度引擎与算法分布式云本体安全防护技术电力网-算力集群-通信网络协同规划电力智算节点异构GPU池化与融合管控某省市场协同关键技术、商业模式及交绿色高效算力中心技术与装备算力中心灵活调节技术26CONTENTS目录——中国某著名企业CHINASOUTHERNPOWERGRID某著名企业数字某著名企业01电算协同背景与意义02电算协同基本原理与路径03近期重要进展27三、近期重要进展中国某著名企业CHINASOUTHERNPOWERGRID某著名企业数字某著名企业8月2