您的浏览器禁用了JavaScript(一种计算机语言,用以实现您与网页的交互),请解除该禁用,或者联系我们。[中国电力工程顾问集团&北邮&紫金山实验室]:算网能一体化白皮书(2024版) - 发现报告
当前位置:首页/行业研究/报告详情/

算网能一体化白皮书(2024版)

AI智能总结
查看更多
算网能一体化白皮书(2024版)

版权声明 本白皮书版权属于中国电力工程顾问集团有限公司和网络通信与安全紫金山实验室所有并受法律保护,任何个人或是组织在转载、摘编或以其他方式引用本白皮书中的文字、数据、图片或者观点时,应注明“来源:中国电力工程顾问集团有限公司、北京邮电大学和紫金山实验室”。否则将违反中国有关知识产权的相关法律和法规,对此中国电力工程顾问集团有限公司、北京邮电大学和紫金山实验室有权追究侵权者的相关法律责任。 编委会 专家指导组成员 刘韵洁中国工程院院士、紫金山实验室首席科学家 罗必雄中国能源建设集团首席科学家,电力规划设计总院院长张力中国电力工程顾问集团有限公司首席科学家 李刚中国电力工程顾问集团有限公司中电海洋能源工程技术研究院院长孙斌中国电力工程顾问集团有限公司副总工程师 史磊中国电力工程顾问集团有限公司中电碳中和发展研究院副院长句赫中国电力工程顾问集团有限公司中电数据与信息研究院院长黄韬北京邮电大学教授 编制组成员 中国电力工程顾问集团有限公司 冯运超、李舒涛、周倩、吴冬、杨天翔、何应东、吴晓帆、仝超、李晓宇、刘建伟 北京邮电大学 谢人超、唐琴琴、文雯、李硕、胡珉昊、李敏宽、孙思齐 紫金山实验室 彭开来、汤雅婷、邵子豪、刘辉、张翔、邱伟、贾庆民 前言 随着算力网络的飞速发展,数据资源存储和算力的需求爆发式增长,算力网络自身的能耗和碳排放激增,传统算力网络缺乏有效的绿色计算策略,在面对能源的波动性和不可预测性、能源交易与算力交易难以协同等挑战时存在明显不足,难以优化算网与能源基础设施和应用的时间和空间布局,无法匹配实时与非实时、可变与刚性的能源供给和算力需求。因此,“算网”和“能源”如何协同创新,以支撑能源智能生产调度体系,实现源网荷互动、多能协同互补及用能需求智能调控,是当前业界面临的重要课题,也是国家“东数西算”和“双碳”战略的攻关指向。 在算电协同的思想指导下,为实现绿色计算,解决算力网络能耗和碳排放过大的问题,需要聚焦算电协同中的源网荷储,在算力网络的基础上考虑能源要素,因此推出了算网能一体化这一概念。本白皮书首先详细阐述了算网能一体化的发展背景、参考架构、关键使能技术,同时介绍了算网能一体化的典型应用场景,并探讨了算网能一体化发展面临的挑战和发展建议。目前,工业界和学术界对算网能一体化的研究尚处于起步阶段,并仍处于快速发展之中,因此本白皮书还存在需要不断完善的地方,真诚地企盼读者批评指正。 《算网能一体化白皮书》是算网能系列白皮书之一,该系列后续拟推出以下白皮书: a)《算网能智一体化发展白皮书》 b)《算网能一体化运营白皮书》c)《物联网算网能一体化白皮书》d)《算网能智能优化白皮书》 e)《算网能一体化服务拓展白皮书》f)《算网能开放性服务发展白皮书》 《算网能智一体化发展白皮书》:聚焦于智能化发展方向,主要探讨如何通过人工智能和机器学习等技术提升算网能一体化的智能化水平。此白皮书旨在为智能调度和管理提供创新方案。 《算网能一体化运营白皮书》:关注算网能一体化的实际运营和管理,讨论运营中的具体挑战和解决方案,提供实际操作指南和最佳实践案例。 《物联网算网能一体化白皮书》:探讨物联网技术在算网能一体化中的应用,研究如何通过物联网实现更高效的数据收集、传输和处理,以支持算力和能源的协同优化。 《算网能智能优化白皮书》:专注于智能优化技术,研究如何利用算法和技术手段实现算力和能耗的最优化配置,提升系统的整体效率和可持续性。 《算网能一体化服务拓展白皮书》:讨论算网能一体化在不同服务领域的拓展应用,探索如何通过服务创新拓展应用场景,实现更广泛的行业覆盖和用户需求满足。 《算网能开放性服务发展白皮书》:研究开放性服务的框架和模 式,探讨如何通过开放平台和标准化服务实现算网能一体化的更大规模应用和推广,促进产业生态系统的形成。 通过以上白皮书,希望能够系统性地解决算网能一体化面临的各种问题,从智能化发展、运营管理、物联网融合、智能优化到服务创新和开放性服务,每个方面都有较为详细的探讨和指导,为行业提供全面的参考和支持。 目录 前言I 目录IV 一、算网能一体化背景1 1.1算网能一体化概念和特征1 1.2算网能一体化研究意义4 1.3需求分析9 1.3.1国家战略需求分析9 1.3.2产业发展需求分析11 1.3.3技术演进需求分析13 1.3.4用户需求分析14 1.3.5功能需求分析15 1.4算网能一体化发展目标17 二、算网能一体化架构21 三、算网能一体化关键技术25 3.1算网能资源感知模型25 3.2算网能资源度量模型27 3.3算网能一体化调度机制29 3.4算网能一体化交易机制31 3.5算网能一体化安全保障机制32 3.6算网能一体化自智技术33 四、算网能一体化应用场景36 4.1智慧能源管理36 4.2智能微网37 4.3绿色数据中心运营管理39 4.4智能制造40 4.5智慧医疗供应链41 4.6智能大模型能算协同42 4.7自动驾驶能源数据管理43 4.8轨道卫星智能组网44 4.9战术网络46 五、算网能一体化发展建议48 5.1发展阶段划分48 5.1.1起步阶段48 5.1.2整合阶段48 5.1.3智能化阶段49 5.1.4生态化阶段49 5.2发展建议49 六、总结与展望51 参考文献52 附录A:术语与缩略语57 一、算网能一体化背景 本白皮书创新提出“算力(Computing)”“网络(Communication)”和“能源(Energy)”三要素一体化(Integration)(“CCEI”)模型和架构。算网能一体化是在算电协同的思想下,为解决算力网络能耗和碳排放问题以实现绿色计算,而提出的一个概念,具体是指算力、网络和能源的协同发展与统一调度,通过智能算法和大数据分析等,实现资源的互联互通、共享利用和优化调控,并推动各领域深度融合和可持续发展的新趋势。本白皮书阐述了算网能一体化的背景、体系结构、关键技术、应用场景、发展建议,旨在为有兴趣了解算网能一体化概念和技术的研究人员提供介绍与指导。具体而言,本章从算网能一体化概念和特征入手,进一步分析算网能一体化的研究意义和各种需求,并提出算网能一体化的发展目标。 1.1算网能一体化概念和特征 算网能一体化可以简单地理解为算力、网络和能源三者的协同发展,更深层次的含义是指以通信网络设施、异构计算设施和能源基础设施协同发展为基石,将诸如算力、网络、数据与能源等多种资源进行统一编排管控调度,实现计算、网络和能源的互联互通、共享利用,并支持对能源进行智能调控和优化,推动各领域深度融合和创新发展 的一种新趋势和新业态。此外,算网和能源之间相互影响。能源是算 力设施(如数据中心、服务器)和网络设施(如基站、路由器)运行的基础。没有足够的能源供应,这些设施将无法正常运转。例如,一个数据中心需要大量的电力来支持其服务器的运行、冷却系统的运转以及其他辅助设备的工作。通过应用可再生能源(如太阳能、风能),可以减少算力和网络设施的碳排放,提高能源利用效率,推动可持续发展。反过来,算力和网络能够对能源使用进行优化。通过智能算法和大数据分析,算力和网络设施可以实现能源的智能调度和优化使用。例如,根据能源供需情况,动态调整数据中心的工作负载,将高耗能任务安排在能源供应充足的时段和区域,从而实现能效最大化。算力和网络设施可以实现负荷的动态转移,以平衡能源使用。例如,当某个区域的能源供应紧张时,可以将部分计算任务转移到能源供应相对充足的区域,减轻当地能源系统的负荷。 算网能一体化的本质是一种一体化资源、一体化设施和一体化服务。一是算网能一体化是一种整合算力、网络和能源的一体化资源。算网能一体化将计算、网络和能源等资源进行统一编排和管理,实现资源的共享和优化配置,提高资源利用率,降低能耗,使其能够更好地适应各类应用场景的需求以支撑上层应用。二是算网能一体化是一种聚焦“计算”+“网络”+“能源”的一体化设施。算网能一体化基础设施以云计算数据中心、智能计算中心、高性能计算中心等算力设施为支点,依托通信网络基础设施打造能力底座,集成风光水电等能源设施,同时融合人工智能、大数据等技术,实现设施的协同工作和 资源共享,降低建设和运维成本。三是算网能一体化是集成弹性、敏捷和安全的一体化服务,具体包括算力即服务、连接即服务和能源即服务。 算网能一体化的特征可以分为网能一体化、算能一体化、数据协同、运维协同、智能协同和服务协同。 网能一体化:依托通信网络,通过在网络协议、网络架构及网络模型等方面进行集约化改进,提升网络对计算的感知能力,实现云、网、边、端的一体化融合与连接。同时采用绿色能源和能源管理技术,降低网络运行过程中的能源消耗,推动绿色低碳的网络发展。 算能一体化:整合云计算、边缘计算及AI计算等多种计算方式,汇集异构芯片的处理能力,达成基础算力的统一衡量。同时引入绿色能源,并采用源网荷储等技术,提高算力设施的绿电使用率,建立绿色低碳的算力应用体系。 数据协同:整合算网能设施中的网络数据、计算数据、能源数据、环境数据、应用数据及安全数据,建立统一的数据范式,构建标准化的数据资源池,实现数据的高效存储、处理和共享,支持复杂应用场景的数据分析和挖掘。 运维协同:通过协调管理、调度及编排网络、计算、能源等多种资源,根据各类服务场景的运维需求进行建模,创建场景化的运维模型,提升运维效率和资源利用率。 智能协同:整合人工智能、大数据及区块链等前沿技术,建设具备意图感知与数字孪生等自学习能力的智能中台,形成智能核心,提升算网能一体化系统的智能化水平,实现智能决策和自动化运营。 服务协同:以行业用户需求为导向,提供统一且个性化的服务能力,主要包括算力即服务、网络即服务和能源即服务,满足不同用户在算网能一体化系统中的各种需求,并支持数字化、智能化的应用场景。 1.2算网能一体化研究意义 近年来,我国数字经济蓬勃发展,各行业都在不断深化数字化转型。人工智能(ArtificialIntelligence,AI)、区块链、物联网等数字技术广泛运用,导致全社会数据量大幅增长,对数据存储、处理、传输和应用的需求也随之增加。算力成为新的生产力,因此我国极为重视算力基础设施建设,在“十四五”规划中明确提出了加快构建全国一体化大数据中心体系的目标。并且国家陆续发布了一系列政策文件,系统地推进一体化大数据中心协同创新体系和算力枢纽体系的建设工作,同时启动“东数西算”工程。 “东数西算”项目加速了数据中心的增长,因此也带动了数据中心年用电量的增加。国家发改委指出,在算力基础设施建设和应用领域,降低能源消耗和减少碳排放是一个必须解决的问题。政府鼓励采 取一系列的方法来提高资源利用效率和数据中心的碳排放效率,同时推动市场使用更环保、低碳的算力资源,以进一步减少能源消耗和碳排放。因此,针对算力与能源领域如何协同创新,开展感知、度量和调度的相关研究工作,推动未来将算力和电力在规划与运行中更紧密地结合,促进它们共同发展,以建立更智能、高效、环保的数据中心体系,进而达成双碳目标,为经济社会的稳定发展提供更为可持续的动力与支持就显得尤为重要。 同时党的二十大报告提出,加快发展方式绿色转型,发展绿色低碳产业,倡导绿色消费,推动形成绿色低碳的生产方式和生活方式,同时强调要大力发展数字经济,建设数字中国。绿色电力和算力作为经济社会全面绿色化、数字化转型的关键生产力,正逐步向“融合共生”发展,通过电力带动算力绿色化升级、算力赋能电力数字化转型,形成螺旋上升的良性循环,推动能源数字经济高质量发展。 算电协同在这种背景下应运而生,算电协同是指算力电力协同融合创新,主要的特点是电网给算场算网供电,算网为电网供算力,算场闲置的电力也可以反向给电网输送,在节点、市场和网络调度三个层面进行有机协同,电力网和算力网间实现电力、算力调度“两融合”,助力实现安全稳定、绿色低碳的高质量发展。其中推进绿色电力与算力联合调度是其中重要一环,源网荷储一体化

你可能感兴趣

hot

算网能一体化白皮书(2024版)

公用事业
中国电力工程顾问集团&北京邮电大学&紫金山实验室2024-04-25
hot

基于5G基座的新型工业算网控一体化技术白皮书

信息技术
中国移动研究院2023-11-30
hot

2023智算赋能算网新应用白皮书

信息技术
腾讯2023-09-20