至强高性能计算平台加速中石油和中石化油气勘探

ZDNet至顶网服务器频道 02月04日 评论分析：在任何一个经济大国的行业序列中，能源行业，特别是石油行业，地位都非常特别，因为其他各行各业的发展、运行所需要的动力之源，均是来自于它们，因此也就有了“石油就是工业的血液”、“能源价格变动能左右经济脉动”这样的说法。

对于中国这样一个发展中能源消费大国而言，石油的供给是否充足，价格是否稳定，就更是政府与民众时刻关注的话题。对出行方面越来越依赖私家车的民众来说，油价已同食品价格一样，是决定他们生活质量的重要指标；对政府和企业来说，石油价格变动则意味着对商业活动和经济发展的重要影响，据模拟计算，世界石油价格若上涨10%，就会直接影响并使我国GDP下降约0.1%。

如何才能有效避免这种不利于经济发展的冲击？业内人士给出的答案是：应该进一步提高我们自己油气贮藏的勘探和开采效率，这才是从源头决定石油资源供给无忧的关键所在。对此，信息技术、尤其是其中最高精尖的高性能计算技术正在成为重要的辅助手段，它的进步就可以大大提升油气勘探的速度和精确度。

对性能要求无止境

为什么石油勘探和高性能计算这两个分属于能源和信息技术领域的事物彼此间会有如此强的关联？了解了现阶段石油勘探方法，就能解开这个疑问——目前全球石油勘探领域普通使用的是地震波勘探法，简言之就是要用人工制造的、并由地下不同构造反射回来的地震波进行采集，然而转换成数据进行分析，最后再转化为可视化的立体油藏模拟图像，来精确定位油气田的位置，这一过程中采集的数据越精密，使用的算法越先进，油藏的定位就会越准确，但数据量越大，又要快速地用复杂的算法对它们进行处理和分析，就越需要更先进的高性能计算技术和设备。

石油勘探领域对于高性能计算技术的这种追求，用中国石油东方地球物理公司研究院处理中心总工程师赖能和的话说，就是“没有止境的”，因为“应用的需求是没有止境的”。据他介绍，现在石油勘探领域在高性能计算方面使用的主要算法，早在上世纪70年代就有了，但那时的计算机能力非常有限，所以很难实现。而到了90年代，才开始试生产阶段，2000年以后，有了更高性能的计算系统，它们才得以真正实现。“应该说是计算机技术促进了物探技术的进步，而物探技术的进步，如采集数据的密度和精度越来越高，数据量越来越大，对计算机规模和技术的需求也会更高，有人说未来五年我们对计算机的需求会达到100倍甚至1000倍，这是完全可能的。”

中国石化石油物探技术研究院副院长兼总工程师赵改善也有同样的体验：“石油勘探就相当于给地球做CT，精度越高就意味着部署井位时成功率越高，这必须有高性能计算的支持，而且数据量越来越多，计算量就越来越大，自然也需要高性能计算的性能越来越强。”

开放架构系统受欢迎

在追求应用更先进高性能计算技术加速石油勘探的道路上，无论是中国用户，还是国外用户，都有一个共同的偏好，那就是比较钟情开放架构的系统。究其原因，就在于开放架构的系统不但可以提供出色的性能，而且还拥有易于扩展、性价比高、方便用户在其上自行开发相关应用等优势。

对于这些优势，赖能和有很深的体会：“石油勘探用高性能计算技术来支持，就是得益于PC服务器的发展，通过它们组合成集群，一些密集型的算法才开始大规模应用。”他所在的东方地球物理公司现今在国内石油勘探领域中独树一帜的GeoEast地震资料处理软件，就是从2003年开始在开放架构系统的基础上研发的。而中国石化石油物探技术研究院针对同一应用领域的iCluster也是基于同样的平台开发。此外，广泛应用于国内外石油勘探行业、用于实现油藏模拟的应用，目前也都是以开放架构平台为主要载体。

这一状况使得开放架构系统，尤其是基于英特尔架构至强处理器的高性能计算系统在石油勘探领域获得了普遍的应用。以2012年6月发布的全球高性能计算机500强（TOP500）排行榜为例，跻身该榜单的所有14套与石油勘探或地球物理应用相关的高性能计算系统，就都是基于英特尔平台构建。

至强加速油气勘探

石油行业用户对英特尔平台如此青眼有加，那么在他们的实际工作中，英特尔的产品又是如何发挥作用的呢？据业内人士介绍，在这一过程中，至强处理器是核心所在，它的两条产品线——以浮点计算能力和性价比见长的双路至强处理器，以及以支持大容量高带宽内存系统为亮点的多路至强处理器，就分别适用于打造承载地震资料处理软件和油藏模拟软件的服务器系统。

中国石油东方地球物理公司研究院处理中心和中国石化石油物探技术研究院就使用了大量配备至强处理器的高性能计算系统。以前者为例，其系统所装备的处理器数量已有23000多个，按核心数量来计算更是高达75000个以上，可实现的性能理论峰值为695 TFLOPS（每秒万亿次浮点计算）。

这些石油勘探机构不但在高性能计算系统的规模上有很高要求，对于可以提供更高性能和更强功能的新产品的应用速度也非常快。例如中国石油东方地球物理公司研究院处理中心和中国石化石油物探技术研究院就总在英特尔至强新品发布的第一时间，甚至是在之前对其进行测试、评估，甚至是应用。据赖能和介绍，今年英特尔最新的双路至强E5处理器一发布，中国石油东方地球物理公司研究院处理中心就进行了相关的测试，结果表明其相对于上一代产品有了非常显著的性能提升，无论是国产的还是来自海外的石油勘探类应用，经过优化后都可以完美地运行在至强E5平台之上。

以至强融核迎战百亿亿次时代

在用好现有至强平台的基础上，石油勘探领域的用户和其他对性能要求苛刻的用户一样，已经将视野扩展到了即将于2010－2020年这个十年间跨入的百亿亿次时代（即主流高性能计算系统性能可达每秒100亿亿次浮点计算的时代）。由于要实现如此高的计算性能若凭借通用处理器可能会带来极大的能源消耗，因此他们已开始寻求以通用处理器配合专用处理器的架构来解决这一难题。

中国石油东方地球物理公司研究院处理中心和中国石化石油物探技术研究院也都开始了类似的尝试，目前他们拿出的解决方案是以至强处理器配GPGPU的方式来构建集群。不过，GPGPU的软件迁移难题也摆在了他们面前。因此，自英特尔于去年开始在国内高性能计算用户群中推动英特尔集成众核架构（MIC）的测试以来，他们就对这一架构，以及采用这一架构的至强融核处理器产生了强烈兴趣，并参与了测试，收获了出色的成绩。

为了将这些成绩转化为实际的石油勘探“生产力”，他们已开始计划采用这款产品来应对从千万亿次时代到百亿亿次时代过渡期中即将面临的挑战。赖能和就明确表示：中国石油东方地球物理公司研究院处理中心希望把其GeoEast应用尽快在众核的系统上得到工业化应用。