石油物探对高性能计算的六点需求

赖能和

从目前的技术发展趋势和实际应用来看,石油物探对高性能计算提出了六点需求,其中部分也是高性能计算本身的发展趋势。

第一,基于多核CPU技术的刀片服务器已经成为高性能计算的发展趋势。值得关注的是,排名全球第一的高性能计算机“走鹃”,采用的就是混合架构,并且涵盖了CELL芯片。

第二,GPU技术会给地球物理、高密度运算、可视化处理带来新机会。GPU技术被证明是一项加快计算、可视化、图像分析、模式识别、计算机视觉完美结合的技术。东方地球物理公司研究院(以下简称东方地球)也在做应用GPU技术的相关实验,并且应用了768个节点。整个中石油一共用了7套系统做实验,应用环境就是油田,并且目前已经取得了一些进展。国外的一些同行公司也在应用了GPU的混合架构上成功地开发了自己的应用软件。随着地震软件商对GPU技术的支持,可视化处理解释系统、叠前迁移数字建模的效率很可能会大幅度提升。目前这项技术存在的最大问题是很少有支持这个平台的应用软件。

第三,高密度、多路服务器技术将会成为地震处理和综合解释研究的新平台。我们与专家交流后认为,四路服务器可能是比较合适的选择,不仅胖节点可以采用多路服务器,包括东方地球现在进行的信息化建设也是采用多路服务器来作为一个大平台,分区给不同应用使用。

第四,万兆以太网将给高性能计算的发展带来新生机。尽管目前由于成本太高,万兆以太网和Infiniband的应用市场不及千兆以太网,但它们还是相当有竞争力的。1995年新兴的网络技术只能提供10兆以太网,到1998年,已经发展成为千兆以太网,1999年更推出了万兆以太网。如今,超万兆以太网已经脱离了实验阶段。有专家预测,到2011年~2018年的时候,网络技术才会出现比较大的改进,万兆以太网也会因为成本的降低而逐步替代目前的千兆以太网。

第五,高效能绿色数据中心建设会成为新热点。现在各油田都在大规模扩充高性能计算机,所以数据中心的机房质量问题成为备受关注的焦点。解决高能耗问题需要考虑多个方面,东方地球已经在芯片、系统级、硬件级做了一些节能工作,同时还在基础设施技能方面进行了很多尝试。一是开发自适应的节能降耗软件,动态调整服务器的状态,这样节能效果可以达到25%左右。东方地球拥有一万颗CPU,如果所有服务器都安装这一软件,一年就可以节约电费200多万元。二是应用虚拟化技术提供集中管理和移动办公。过去,我们的办公环境都是一人一台终端,我们现在考虑采用瘦客户机的方式,这样不仅可以对终端进行集中管理,还可以节能。即使员工凭身份卡在异地上班,也可以沿用自己的工作界面和数据。三是,机房制冷模式结合通风方面的优化设计,大规模采用水冷方式。我们可以看到,北京的一些大型数据中心也与国外一样都采用机柜液体水冷的方法,包括曙光5000高性能计算机。

第六,复杂地震成像等技术的发展和应用将需要更多的CPU。现在国内普遍采用的偏移方法从上世纪80年代常规的叠后偏移、1999年开始的“积分化”时间偏移,一直到现在的单层波振动偏移,与国外相比还是有一定的差距。现在我们正在实验双层波振动偏移,用了1024个核来做实验。实验结果表明,用一毫秒采样数据的CPU计算计时,要比两毫秒采样的CPU计时多1.5倍,这两者并不是呈线性关系。数据在增加,计算复杂程度也在增加,这样对高密度空间采集、海洋勘探和多波的海量数据处理带来了考验。预测未来三年,东方地球用于地震数据处理的CPU核数至少要增加1.5倍。法国地球物理总公司(CGG)的发展规划是明年达到“1个P”,也就是每秒千万亿次的计算能力。我们的规划是,到2010年,东方地球的总核数达到10万,运算能力达到CGG目前的水平。到2012年,我们的计算能力达到0.5P,三维时间偏移达到5万平方公里,深度偏移达到1万平方公里。