仿得又快又準，浪潮信息元腦服務器支持電科院電力實時仿真

北京2024年7月11日 /美通社/ -- 隨著社會經濟的發展，預計未來幾年用電增長將維持在5%左右的中高速區間，而電力作為重要能源，需要高效管理，電力系統的全數字實時仿真平臺，是提升電網快速響應的關鍵環節之一，它可以幫助國家電網公司各級調度計算分析人員協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行的仿真分析，幫助電力系統運行管理人員及時、準確地分析和判斷系統運行狀態，制定保障電網安全高效運行的控制策略，因此仿真平臺仿得又快又準是業務的關鍵。

中國電科院與浪潮信息聯合，基于元腦服務器TS860G7產品，為中國電科院電力系統全數字實時仿真（ADPSS）平臺打造了更高性能、更穩定的算力平臺，提供超強并行處理能力，實時效率躍升30%，讓仿真平臺為電力系統的穩定運行提供保障。

全數字實時仿真系統在新型電力系統構建中的算力挑戰

國家電網作為守護國家能源安全及國民經濟命脈的重要支柱，在以新能源為主體的新型電力系統構建中，面臨著負荷需求的急劇增長和發電裝機數量的逐年增加。隨著1000kV特高壓線路和智能變電站的密集投運，電網結構變得日益復雜，仿真系統的技術人員表示：電力系統作為科技發展的產物，不同時間下用電情況瞬息萬變，電力系統是一個非常復雜的動態系統，如果要更高效地保障電網的穩定性，就需要通過實時仿真技術，對電網進行分析、掌握電網特性，最終為系統運行提供決策輔助，所以"仿得快、仿得準"是對實時仿真系統提出的要求，這才能更好地保障電網的安全穩定。

然而，在實施全數字實時仿真系統的過程中，算力支持面對三大挑戰：

• 仿真接入復雜度劇增：當前，新能源、虛擬電廠大規模并網顯著增加了電網設備的基數與架構的復雜性，國家電網經營區覆蓋了26個省（自治區、直轄市），輸電線路長度超過150萬千米，系統規模超過10萬個三相節點。而超大型電力系統電磁暫態仿真平臺仿真規模達到上萬節點，這對實時仿真系統的兼容性和靈活性構成嚴峻考驗。
• 計算性能瓶頸：隨著仿真需求的增大，大規模機電與電磁仿真案例的并發處理壓力巨大，而超大型電力系統電磁暫態仿真平臺相當于電力系統的‘作戰沙盤’，無論技術人員身處北京電網中心、還是遠在千里外的邊陲區域，都需要借助仿真系統的能力對機電暫態、機電-電磁混合、全電磁暫態進行仿真分析幫助業務決策，所以實時仿真的效率需要不斷提升，而現有的計算資源難以滿足高效并行運算的需求，亟需計算能力的革新和升級。
• 通信時延的敏感性：電網實時仿真的精確性依賴于對瞬態狀態的精準捕捉，需要將電網仿真時間尺度細化至微秒級，任何內部通信微小的延遲都可能影響仿真的準確性，2017年時仿真平臺的研發人員攻克了50微秒實時仿真步長的難題，意味著系統在1秒鐘可內對華東電網6000個節點進行20000次計算，而當仿真步長越小時，仿真模型越準確，所以新算力平臺，研究人員要求通信接口的響應時間嚴格控制在10微秒以內，以消除可能的仿真誤差，保障仿真結論的準確性。

TS860G7為ADPSS仿真系統提供高性能、低延時算力支持

面對既要仿得快，又要仿得準的需求，中國電科院在為ADPSS仿真系統搭建核心算力平臺時進行了嚴苛的選型，要求算力平臺要具備更高性能、更低延遲、更可靠穩定的特性，能從容面對"多并發、低延時"的業務場景，有效地緩解現有系統的運行壓力并減少系統響應時間。經過縝密細致的選型對比之后，中國電科院最終選擇了浪潮信息元腦服務器TS860G7作為ADPSS仿真系統核心算力平臺的IT設備，提供所需的算力。

ADPSS仿真系統在應用時面臨不同的業務場景，包括場站級全電磁暫態仿真計算及半實物驗證，和大型區域電網電磁暫態仿真計算及系統級試驗驗證，不同的作業規模也對應著不同的仿真需求和作業的數據量，而核心大型平臺需要單硬件平臺仿真數據量的規模需要達到50us仿真步長、不低于8000母線、不少于300臺風機，業務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據通信量，如果應用傳統的雙路服務器，跨節點間的CPU訪問，就要通過多機互聯，而多機互聯之間的通信一般通過InfiniBand 100G網卡來實現，這種通信網絡延時開銷較大，會影響整個業務性能，也就導致喪失了ADPSS仿真實時的能力。

TS860G7整機通過架構優化和全模塊化設計，單機最大支持480核心，核心數提高114%。采用業界最優的高速連接器選型，首創線板方案并進行阻抗匹配，通過全互聯拓撲架構，高速互聯鏈路傳輸速率提升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的并行計算，高效地支撐千節點級機電和暫態實時仿真運算任務。

針對ADPSS仿真系統的低延時需求，TS860G7在整機的架構設計上實現業界最優的器部件布局和布線，減少信號衰減和串擾，提高信號通信性能，采用4組計算節點，每組兩顆處理器并排，通過中置高速無源背板進行互聯，采用反向設計思路巧妙利用工藝制程減小串擾影響，成本0增加的情況下實現布線密度和走線路徑雙優化，結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；同時整機全PCIe5.0的鏈路設計可以將200GB IB卡的傳輸效率發揮到最佳，實現不降級、不降速的傳輸效果。

此外，為了保障電力仿真系統高性能低延時的穩定運行，面對關鍵應用系統TS860G7提供更穩定的算力供給，在部件級、模塊級、鏈路級、系統級四方面采用RAS設計，提供部件級到芯片級的冗余設計，保證數據在計算、存儲、I/O等各個環節穩定可靠，而且TS860G7具備預警和修復故障的能力，可以預測并隔離修復包括內存、硬盤等高故障部件的健康狀態，保障整機MTBF（平均無故障最大工作時間）達到20萬小時以上。

通過以浪潮信息元腦服務器TS860G7為核心打造算力平臺，中國電科院電力系統全數字實時仿真系統（ADPSS），極大增強了仿真系統的并行處理能力，實時計算集群的效率躍升30%，為處理復雜電網模型和大規模仿真任務提供了強大動力，升級后的系統在實時通信方面取得了突破，單節點內部及資源組間的通信抖動均被控制在5微秒以下，遠低于行業標準，更高效地保證了大電網電磁暫態仿真精度。同時借助浪潮信息自研的智能運維工具，故障診斷與處理能力得到質的提升，運維效率提高了60%，運維團隊能夠更快識別并解決潛在問題，減少停機時間，確保仿真系統持續高效、穩定地運行。