国家电网调度中心超级监控大屏的幕后故事

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据介绍,国家电网改造之前的运营中心屏幕较小,只有十几二十块屏幕,同屏监控内容少,许多业务版块需要多台工作站以矩阵的方式切换上屏,无法同时展现全部内容,导致经常不能处理系统运行中出现的问题。

国家电网运营调度中心可视化改造

国家电网公司是在原国家电力公司中剥离出来负责电力传输、配电等电网业务的两大巨头之一,其业务关系到国家能源安全和国民经济命脉,属于国有重要骨干企业,注册资本 2000 亿元,经营区域覆盖 26 个省、自治区、直辖市,位列世界 500 强第七名,营业额高达 3334 亿美元以上。

作为核心关键企业,国家电网为了适应现代化的发展趋势,在严格的论证下展开了运营调度中心升级改造。

调度中心主要的任务就是给各个发电厂下达当天的发电调令,监测输送电网的实时运行状态,查看辖区内各个用电单位的服务状况,及时响应用户保修请求,保障用电高峰期的保电工作指挥协调以及向上级业务主管部门领导汇报公司的运营情况。

可视化改造所面临的挑战

 据介绍,国家电网改造之前的运营中心屏幕较小,只有十几二十块屏幕,同屏监控内容少,许多业务版块需要多台工作站以矩阵的方式切换上屏,无法同时展现全部内容,导致经常不能处理系统运行中出现的问题。

为此,国家电网对此提出的改造要求是要能够同时在大屏上展现所有的业务版块,根据调度中心大厅的建筑空间规划,有的中心采用 36 屏、48 屏、64 屏甚至更大的 68 块背投屏,必须做到点对点的原生分辨率输出,屏幕物理像素有多少,显示子系统就必须提供足本分辨率的驱动输出能力。

具体而言,在改造前,全屏分辨率是 3840*1080,显示的画面都是经过拉伸过的。

而改造后的要求是全屏 23800*4200,水平方向和垂直方向分别提升了大约 5 倍 和 3 倍,如果采用原有的控制驱动方案,其难度和复杂性会相当大。

你可以想象一下:

原有的工作站显示卡要实现单片双头或者四头输出 1080 的高清画面本来就难以实现,而现在要求一个显卡具备 6 个能输出 4K*2K 级别的超高分辨率,不仅于此,还必须做到在单台工作站平台上同时让 2~3 张这样的***显卡作同步输出。

只有这样,才能在拼接的大屏上以点对点方式同步呈现内容,实现三维沙盘、精确线路运行图和超高清的公司宣传视频的流畅运行,对于系统集成商来说,一般的显卡根本无法实现。

如何克服这些难题?

 简单而言,有三个需要克服的问题:

1、单卡的输出驱动能力,例如同时驱动多少个垂直分辨率达到 2k 级别的显示设备。

2、多卡帧同步问题。

3、多机时钟同步问题。

按照改造升级的要求,显卡应该具备 6 个 4k*2k 级别显示器的驱动能力,具备这样能力的专业卡产品有 AMD FirePro V9800、FirePro W9100 等产品,此外还有针对入门级的 AMD FirePro W600 ,适合于对性能要求并不十分高的多屏应用,而在这个案例里,由于需要实现三维沙盘,对超高分辨率下的渲染性能有较高的要求,因此显卡部分基本上是 7000 系以上的产品。

AMD FirePro W9100 提供了 6 个 mini-DP 接口,支持 DisplayPort 1.2 规范,***可以实现 6 个 4K 显示设备驱动。

在性能方面,FirePro W9100 拥有 2816 个流计算单元,在 FMA 指令下可以实现 5.2TFLOPS 和 2.6TFLOPS 的双精度/单精度计算性能,搭配 16GB 板载内存,内存带宽高达 320GiB/s,能***限度保障 GPU 计算性能的充分发挥。

多屏输出的时候,画面同步是一个不容忽视的问题。

以三维渲染为例,一个复杂的场景中可能会有一些地方渲染负荷较低,而其它地方需要更多的渲染时间,如果采用多卡来实现多屏输出的话,就会出现画面输出不同步的问题,这就是所谓的帧同步问题。

除了单机内多卡的帧同步问题外,还有一种更复杂的情况,那就是多机、多设备情况下的信号同步问题。不同的电脑、设备要实现协作输出同步的画面,就必须听命于同一个“头”。这就好像一个交响乐团,虽然有很多个乐手,但是他们的一举一动都得听命于指挥家手中的指挥棒。

在多机并行多屏输出的情况下,这个指挥家就是被称为信号发生器的设备,基于这样的同步方案就是所谓的锁相同步技术(GenLock)。

AMD 为 FrameLock 和 GenLock 提供了一个子卡形式的解决方案——S400。

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在高端 AMD FirePro 中都有一个 S400 链接器,每片 S400 最多可以链接 4 块这样的 AMD FirePro 显卡。

三台电脑各一片 AMD FirePro S400,左侧机器作为时钟参考,右边两台则是作为内容输出系统
其中的显卡是上两代的产品,图片仅作为 S400 其中一种配置示例的说明

当然这是有前提:主板和机箱的型制以及电源需要能容纳如此强大的载荷,一般来说这需要 E-ATX 以上尺寸型制的主板和机箱。 

最终的实现效果

 

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上图是国家电网的重庆运营调度中心大厅,画面中的这个巨屏由 4*12 共计 48 个屏幕拼接组成,需要实时运行有大量三维元素的沙盘,单机性能不足以应对,相应的工作站配置型制不允许安装 4 片机箱,因此在这个系统中采用了双机同步显示来实现,而两台内容主机就是各安装双 FirePro W9100 + S400 的搭配方式,此外还另有一台作为热冗余备份。

如果是运行的程序不需要如此强大的三维渲染能力,那么也可以采用单机多卡的方式来实现。

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上图就是国家电网上海灾备中心的大屏系统,由 4*8 共计 32 块屏幕拼接组成,采用双机输出,配置均为双 AMD FirePro W7000 + S400,显卡输出端子接驳到一个拼接系统,就能达到 32 屏。

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上图的巨屏是国家电网河北电力调度控制中心大厅的显示系统,由 4*16 片屏幕组成,分辨率高达 22400x4200,像素数量达到 9400 万,是目前全高清电视(1080p)的 47 倍。该系统采用了两片 AMD FirePro W9000 + S400 实现,每个输出头连接到拼接处理器(对显卡来说相当于一个高分辨率的虚拟显示器),拼接处理器再驱动多台屏幕,线材也不是大家常见的铜线而是光纤。

市场上一套另一个厂商的 8 屏单纯显示系统就要 20 万,还没算上工作站的造价,而相比之下,成熟可靠的 AMD FirePro 实现 12 屏全系统也就是 8 万不到。

性价比如此突出,难怪在项目验收的时候,负责系统集成的项目经理李皓对于采用蓝宝 PGS AMD FirePro 实现的多屏能力有这样的评论:

“我们觉得在满足点对点输出显示方面,目前蓝宝科技的方案是最实惠的,而且连接节点是最少的,对于我们在日常维护能减少很多的排查环节。真是选对了。”

 

责任编辑:鸢玮 来源: AMD
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