國家電網運營調度中心可視化改造

國家電網公司是在原國家電力公司中剝離出來負責電力傳輸、配電等電網業務的兩大巨頭之一，其業務關系到國家能源安全和國民經濟命脈，屬于國有重要骨干企業，注冊資本 2000 億元，經營區域覆蓋 26 個省、自治區、直轄市，位列世界 500 強第七名，營業額高達 3334 億美元以上。

作為核心關鍵企業，國家電網為了適應現代化的發展趨勢，在嚴格的論證下展開了運營調度中心升級改造。

調度中心主要的任務就是給各個發電廠下達當天的發電調令，監測輸送電網的實時運行狀態，查看轄區內各個用電單位的服務狀況，及時響應用戶保修請求，保障用電高峰期的保電工作指揮協調以及向上級業務主管部門領導匯報公司的運營情況。

可視化改造所面臨的挑戰

 據介紹，國家電網改造之前的運營中心屏幕較小，只有十幾二十塊屏幕，同屏監控內容少，許多業務版塊需要多臺工作站以矩陣的方式切換上屏，無法同時展現全部內容，導致經常不能處理系統運行中出現的問題。

為此，國家電網對此提出的改造要求是要能夠同時在大屏上展現所有的業務版塊，根據調度中心大廳的建筑空間規劃，有的中心采用 36 屏、48 屏、64 屏甚至更大的 68 塊背投屏，必須做到點對點的原生分辨率輸出，屏幕物理像素有多少，顯示子系統就必須提供足本分辨率的驅動輸出能力。

具體而言，在改造前，全屏分辨率是 3840*1080，顯示的畫面都是經過拉伸過的。

而改造后的要求是全屏 23800*4200，水平方向和垂直方向分別提升了大約 5 倍 和 3 倍，如果采用原有的控制驅動方案，其難度和復雜性會相當大。

你可以想象一下：

原有的工作站顯示卡要實現單片雙頭或者四頭輸出 1080 的高清畫面本來就難以實現，而現在要求一個顯卡具備 6 個能輸出 4K*2K 級別的超高分辨率，不僅于此，還必須做到在單臺工作站平臺上同時讓 2～3 張這樣的***顯卡作同步輸出。

只有這樣，才能在拼接的大屏上以點對點方式同步呈現內容，實現三維沙盤、精確線路運行圖和超高清的公司宣傳視頻的流暢運行，對于系統集成商來說，一般的顯卡根本無法實現。

如何克服這些難題？

 簡單而言，有三個需要克服的問題：

1、單卡的輸出驅動能力，例如同時驅動多少個垂直分辨率達到 2k 級別的顯示設備。

2、多卡幀同步問題。

3、多機時鐘同步問題。

按照改造升級的要求，顯卡應該具備 6 個 4k*2k 級別顯示器的驅動能力，具備這樣能力的專業卡產品有 AMD FirePro V9800、FirePro W9100 等產品，此外還有針對入門級的 AMD FirePro W600 ，適合于對性能要求并不十分高的多屏應用，而在這個案例里，由于需要實現三維沙盤，對超高分辨率下的渲染性能有較高的要求，因此顯卡部分基本上是 7000 系以上的產品。

AMD FirePro W9100 提供了 6 個 mini-DP 接口，支持 DisplayPort 1.2 規范，***可以實現 6 個 4K 顯示設備驅動。

在性能方面，FirePro W9100 擁有 2816 個流計算單元，在 FMA 指令下可以實現 5.2TFLOPS 和 2.6TFLOPS 的雙精度/單精度計算性能，搭配 16GB 板載內存，內存帶寬高達 320GiB/s，能***限度保障 GPU 計算性能的充分發揮。

多屏輸出的時候，畫面同步是一個不容忽視的問題。

以三維渲染為例，一個復雜的場景中可能會有一些地方渲染負荷較低，而其它地方需要更多的渲染時間，如果采用多卡來實現多屏輸出的話，就會出現畫面輸出不同步的問題，這就是所謂的幀同步問題。

除了單機內多卡的幀同步問題外，還有一種更復雜的情況，那就是多機、多設備情況下的信號同步問題。不同的電腦、設備要實現協作輸出同步的畫面，就必須聽命于同一個“頭”。這就好像一個交響樂團，雖然有很多個樂手，但是他們的一舉一動都得聽命于指揮家手中的指揮棒。

在多機并行多屏輸出的情況下，這個指揮家就是被稱為信號發生器的設備，基于這樣的同步方案就是所謂的鎖相同步技術（GenLock）。

AMD 為 FrameLock 和 GenLock 提供了一個子卡形式的解決方案——S400。

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在高端 AMD FirePro 中都有一個 S400 鏈接器，每片 S400 最多可以鏈接 4 塊這樣的 AMD FirePro 顯卡。

三臺電腦各一片 AMD FirePro S400，左側機器作為時鐘參考，右邊兩臺則是作為內容輸出系統
其中的顯卡是上兩代的產品，圖片僅作為 S400 其中一種配置示例的說明

當然這是有前提：主板和機箱的型制以及電源需要能容納如此強大的載荷，一般來說這需要 E-ATX 以上尺寸型制的主板和機箱。 

最終的實現效果

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上圖是國家電網的重慶運營調度中心大廳，畫面中的這個巨屏由 4*12 共計 48 個屏幕拼接組成，需要實時運行有大量三維元素的沙盤，單機性能不足以應對，相應的工作站配置型制不允許安裝 4 片機箱，因此在這個系統中采用了雙機同步顯示來實現，而兩臺內容主機就是各安裝雙 FirePro W9100 + S400 的搭配方式，此外還另有一臺作為熱冗余備份。

如果是運行的程序不需要如此強大的三維渲染能力，那么也可以采用單機多卡的方式來實現。

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上圖就是國家電網上海災備中心的大屏系統，由 4*8 共計 32 塊屏幕拼接組成，采用雙機輸出，配置均為雙 AMD FirePro W7000 + S400，顯卡輸出端子接駁到一個拼接系統，就能達到 32 屏。

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上圖的巨屏是國家電網河北電力調度控制中心大廳的顯示系統，由 4*16 片屏幕組成，分辨率高達 22400x4200，像素數量達到 9400 萬，是目前全高清電視（1080p)的 47 倍。該系統采用了兩片 AMD FirePro W9000 + S400 實現，每個輸出頭連接到拼接處理器（對顯卡來說相當于一個高分辨率的虛擬顯示器），拼接處理器再驅動多臺屏幕，線材也不是大家常見的銅線而是光纖。

市場上一套另一個廠商的 8 屏單純顯示系統就要 20 萬，還沒算上工作站的造價，而相比之下，成熟可靠的 AMD FirePro 實現 12 屏全系統也就是 8 萬不到。

性價比如此突出，難怪在項目驗收的時候，負責系統集成的項目經理李皓對于采用藍寶 PGS AMD FirePro 實現的多屏能力有這樣的評論：

“我們覺得在滿足點對點輸出顯示方面，目前藍寶科技的方案是最實惠的，而且連接節點是最少的，對于我們在日常維護能減少很多的排查環節。真是選對了。”