刀片服务器在石油领域的应用

1.石油领域的应用介绍

石油作为工业的血液，一直是推动世界经济增长的动力。从对一个原始区块的勘探到将石油源源不断的输送至千家万户手中，需要经过多种处理，多个流程。首先要做的就是地质勘探工作，其次是钻井取心过程，最后是开采与储运过程。在各个环节内都需要用到计算机，作为控制的手段，小到桌面PC机，大到成千上万个处理器同时工作的超级计算机，均起着重要作用。尤其是在地质勘探过程中，计算机尤为重要。纵观中国地质勘探的历史，在一定程度上也反映了计算机发展的历史。

地球物理勘探（简称物探）包括重力勘探、磁法勘探、电法勘探以及地震勘探。重力勘探、磁法、电法均用相应的高精度仪器对地下构造进行探查，上世纪30年代以来，地震勘探面世后，逐渐成为物探的主流手段。

人们通过汽枪、放炮等人工手段获得原始的震源，由检波器在分布于震源附近的检波点定时收集一系列脉冲信号，从而采集到大量原始的地震波信号。随后把海量数据输入到超级计算机里，运行帕拉代姆、CGG、OMEGA、Landmark、GeoEast等地震资料处理软件，经过常规处理以及叠前偏移等过程，最终得到一个地震剖面图。然后由经验丰富的地质专家通过解释地震剖面图，得到地层的构造情况，从而为石油和天然气矿藏的识别提供依据。其中地震资料处理的过程，因为数据量、计算量和通讯量都很大，所以对计算机的存储能力、计算能力和I/O通讯能力都提出了很高的要求。而这正是高性能计算机的擅长之处。

地震资料的处理与解释是石油勘探和开发工程的一个重要组成部分。该项任务需要建立一套技术成熟、计算机处理能力强大、处理软件先进、网络传输快速的计算机系统作为保证。应用全三维处理与连片技术和叠前偏移技术，是目前解决复杂区域地震成像问题的方向，而选择高性能超级并行计算机是实现该目标的基础和保证。

2.应用特点

2.1.地震资料处理、解释过程
 
如上图所示：地震资料处理的过程是首先把记录采集到地震信息的磁带上的大量数据输入到专用的电子计算机中，按照不同的要求用一系列功能不同的程序进行处理运算，把数据进行归类编排，突出有效的，除去无效和错误的，最后把经过各种处理的数据以波形、线形的形式绘制在胶片上或静电纸上，形成一张张地震剖面。

野外的原始数据通过上图右上角的“输入/出系统”中的磁带机设备进入到我们的处理环境中的左上角的存储系统。计算节点按照不同的要求，用不同的程序处理存储系统中的数据，同时将处理完的数据回写到存储系统中，解释系统根据已有的经验以及不同的手段，将处理完毕的数据加以解释，实现对地震层位、断层数据的编辑、修改，以及添加上钻孔、巷道、边界等外围数据，最终得到地震解释成果图件。

其中每个过程都有其特定的应用特点。对于计算机而言，野外的原始数据采集过程大多使用磁带机设备作为数据的输入。地震数据处理过程是一个需要大量计算的过程，将处理完毕的结果交付给地震资料解释工序。此步骤对计算量的需求不大，较多的是交互式处理。

2.2.地震资料处理特点分析

在地震资料处理过程中最需要采用PC-CLUSTER的步骤是地震资料处理的偏移过程。随着计算机的发展，处理的手段也有了变化，从叠后时间偏移到叠后深度偏移到叠前时间偏移到叠前深度偏移。

在作偏移处理过程中，每个计算节点均是在作业递交伊始就到存储系统中去将自己所需要处理的数据取至本地硬盘，不需要与相邻节点交换数据，每个节点都各自运行自己的任务，但是在偏移过程中的任务也是分步处理的，每个步骤之间是有依赖关系的，也就意味着，当上一个步骤没有做完的时候是无法开始下一个步骤的。所以对于整个PC-cluster来说，必须将负载比较均匀的分配在硬件处理能力相当的一个cluster环境内才能协调好各种资源，以免出现cluster中的某些节点由于要等待其他运行较慢的节点作业的完成而无法开始下一个步骤的工作的情况。

综上所述，该应用是计算密集型应用，但在计算的开始阶段，属于I/O密集型应用。处理过程中计算节点之间的网络通讯并不多，取至本地硬盘后会有较多的中间数据处理过程。本地的I/O需求也较大。要求计算节点较高的的访存能力，且对于处理应用来讲，其应用比较单一，不需要较多的扩展能力。

对于计算节点的技术路线表现为；

具有较强的CPU处理能力
具有较高本地I/O带宽
不需要太多的内存容量
没有其它扩展需求
计算节点规模都比较大，要考虑计算节点的可维护性
系统长时间、满负荷运转，负载较重