2024年电力算力协同：需求、理念与关键技术

马溪原，王鹏宇，钱琳，蔡田田南网数研院研发中心，南网大数据公司2024-12 01电算协同背景与意义 电算协同基本原理与路径 02 近期重要进展 03 一、电算协同背景与意义 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。” 一2024年达沃斯世界经济论坛，奥特曼 2025年，AI就会由缺“芯”转为缺“电”-2024博世互联世界大会，马斯克 电算协同背景与意义 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，将占中国全社会用电量5%-7%1。数字基础设施将成为景响电力系统能量供需平衡的重要负荷。 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3.https://www.greenpeace.org.cn/2021/05/28/china-digital-infrastructure-carbon-emission-2035/3 一、电算协同背景与意义 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。 43.33MW3333台8卡服务器 一、电算协同背景与意义 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 数据中心绿色低碳要求 全国一体化算力网建设 实施算力与电力协同项目 《“十四五”数字经济发展规划》、国家发展改革委、工业和信息化部等部门发布《数据中心绿色低碳发展专项行动计划》。 国家发改委、数据局等部委联合印发《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》。 国家发展改革委、数据局关于印发《加快构建新型电力系统行动方案2024-2027)》。 中华人民科和国中央人民政府 中华人民共和国中央人民政府 美ARSRAT 统筹数据中心发展需求和新能源资源票赋，开展算力、电力基础设施协同规划布局。提升算力与电力协同运行水平，提高数据中心绿电占比，降低电网保障容量需求 引导新建数据中心与可再生能源发电等协同布局，国家枢纽节点数据中心项目电能利用效率不得高于1.2。国家枢纽节点新建数据中心绿电占比超过80% 提升算力网络传输效能、构建跨区域算力调度体系、推动算力与绿色电力一体化融合，实现电算协同高质量发展。 一、电算协同背景与意义 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。 01电算协同背景与意义 02电算协同基本原理与路径 03 二、电算协同基本原理与路径 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。 电算协同基本原理与路径 电算协同基本原理与路径 (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 绿色高效算力中心关键技术与装备研制 元器件级：低功耗高性能芯片研制 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 V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V冷却需求AI算法预测 二、E电算协同基本原理与路径 (1)“点”关键技术：浸没式液冷算力技术及装备 电算协同基本原理与路径 (1)“点”关键技术：算力中心新能源直流组网供电 二、电算协同基本原理与路径 (1)“点”关键技术：异构异属算力算能统一计量 口应用：对10E6(一百万)个64位整数排序(Sort)口使用相同云服务：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) 电算协同基本原理与路径 (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 电算协同基本原理与路径 电算协同基本原理与路径 (3)“域”协同目标：降低区域数据中心集群几余电源配置，提高区域内资源利用效率 电算协同基本原理与路径二 (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门设备及土建工程外，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%。。 电源系统要求： 8.1.7电子信息设备宜由不间断电源系统供电8.1.12A级数据中心应由双重电源供电，并应设置备用电源。备用电源宜采用独立于正常电源的柴油发电机组，也可采用供电网络中独立于正常电源的专用馈电线路。 电算协同基本原理与路径 (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 二、电算协同基本原理与路径 (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张北数据中心，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张北机房，提高了该时段华北电网可再生能源消纳。 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。 二、电算协同基本原理与路径 (4)“面”关键技术：跨域电力算力协同调度 南方电网级数据中心间“算力”调度案例（A机房→B机房） /通过监测南方电网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：南网大数据服务公司 电算协同基本原理与路径 (4)“面”关键技术：跨域电力算力协同调度 结论： 1）算力任务过程中，对接受任务服务器CPU占用率较高；2）算力任务转移后，GPU功耗、内存、存储磁盘和显存占比显著提高。 数据来源：南网大数据服务公司 二、[电算协同基本原理与路径 (4)关键技术：跨域电力算力协同感知与调度 二、[电算协同基本原理与路径 (4)面”关键技术：日电力一算力一网络协同规划 二、电算协同基本原理与路径 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 对电网公司要求： （1）安全可靠：供电可靠性、电能质量(2）经济：利用算力可调节灵活特性：挖掘调节支撑电网潜力(3）清洁低碳：新能源消纳 算力运营商要求： （1）可靠：IT设备供电可靠性、电能质量；(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 二、电算协同基本原理与路径 电力算力网络协同技术谱系 电算协同调度 电算协同交易 电算协同规划 电算协同网络及装备 数据中心源网荷储一体化规划数据中心供电设施集约化设计区域数据中心集群基础设施集约化电力网-算力集群-通信网络协同规划 响应电网调度信号的数据中心调节技术电力市场机制引导下的算力交易技术电算市场协同关键技术、商业模式及交易平台 数据中心高速直连通信技术轻量化广域RDMA无损传输技术确定性电算网络技术及装备分布式云本体安全防护技术绿色高效算力中心技术与装备 电算融合的算能计量技术电网友好型数据中心技术异构算力一体化智能调度算网协同调度引擎与算法电力智算节点异构GPU池化与融合管控算力中心灵活调节技术 01电算协同背景与意义 电算协同基本原理与路径 02 03近期重要进展 三、 近期重要进展 8月29日，2024中国国际大数据产业博览会成功举办。南方电网公司联合中国电力企业联合会、中国信息通信研究院在贵阳举办“电力算力协同暨电力数据要素市场发展”交流活动，发布《《电力算力协同行动计划》 《电力算力协同行动计划》10项重点任务： 一是创新突破电算能耗模型、通感算一体高速通信、算力计量、电算协同定价交易和结算等协同规划协同建设、协同调度、协同交易“4”类关键技术 二是孵化高效能算力服务器等绿色高效算力设备，以及电算协同调度交易平台“2类关键产品。 三是建设“源网荷储”一体化零碳数据中心集群、电算协同区城数据中心集群、大范围协调互济算力网、跨行业电算协同等“4”个工程示范。 三、 近期重要进展 南方电网公司联合鹏城国家实验室共建“鹏城实验室一南方电网公司联合实验室”，聚焦电算协同网络技术方向，围绕“电算协同耦合机理”等三大方向开展前瞻性研究。 三、 近期重要进展 贵安绿色低碳数据中心示范工程建设 网级灯塔示范项目。建设园区源网荷储一体化示范工程，开发产业园区智慧能源综合调控系统，应用浸没式液冷和高压直流供电技术，建成绿色数据中心。近零碳示范区试点建设项目。应用光伏、分布式风能等绿色能源，搭建碳排放监测系统，实现碳排放管理数字化，打造绿色低碳数据中心。 请批评指正，谢谢！