保障石油高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的技術(shù)尖兵
- 來源:中國計(jì)算機(jī)報(bào)
- 關(guān)鍵字:科技
- 發(fā)布時(shí)間:2010-07-29 15:38
上世紀(jì)90 年代以前，大慶油田曾經(jīng)獲得一次國家特等獎(jiǎng)，那是為了獎(jiǎng)勵(lì)該油田開發(fā)的高效率。而今，大慶油田正在申報(bào)的國家獎(jiǎng)項(xiàng)的主題已是持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)、技術(shù)攻關(guān)。
從1996年以后，大慶油田每年探明儲(chǔ)量的增長(zhǎng)箭頭一直向上，這對(duì)于一個(gè)開發(fā)多年的老油田來說，并不完全是大自然的恩賜，更多地是通過跨領(lǐng)域聯(lián)合攻關(guān)，清楚地認(rèn)識(shí)地質(zhì)情況所得到的回報(bào)。
現(xiàn)在，聯(lián)合攻關(guān)越來越多地依賴于信息技術(shù)。高性能計(jì)算作為信息技術(shù)王冠上的明珠，為石油產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展提供了有力的支撐平臺(tái)。
把地球的野內(nèi)臟冶弄清楚
在高性能計(jì)算的不同商業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域中，石油行業(yè)從應(yīng)用規(guī)模和應(yīng)用水平上都排在第一位。大慶油田勘探開發(fā)研究院總工程師張鐵剛作為一名“我為祖國獻(xiàn)石油”多年的老兵，親歷了石油行業(yè)技術(shù)平臺(tái)的多代發(fā)展。他常年帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行地震（一種人為的勘測(cè)手段）數(shù)據(jù)的處理，并解釋成三維地質(zhì)模型，直接服務(wù)于油氣勘探。像他這樣的技術(shù)人員，被親切地稱為給地球“做透視”的人。
“如果沒有高性能計(jì)算，我們現(xiàn)在極難再找到油氣?！睆堣F剛說，“石油和天然氣早過了高峰發(fā)現(xiàn)期。松遼盆地北部的資源探明率已達(dá)54%以上，探明程度和發(fā)現(xiàn)難度不斷增加，油氣勘探開始向深層、沙漠、海洋和極地進(jìn)軍，油氣藏類型也向著中小型隱蔽油氣藏的方向發(fā)展?！币虼?，老油田的二次開發(fā)就成為石油公司穩(wěn)產(chǎn)的重要手段?！袄嫌蛥^(qū)已開發(fā)的油田仍然是勘探的主戰(zhàn)場(chǎng)，不可能總盯著新區(qū)。在大慶油田做做工作，多找?guī)讉€(gè)年產(chǎn)幾十萬噸的小區(qū)塊，也會(huì)為國家供油起到很大作用?！?br>
對(duì)曾經(jīng)遺漏油氣藏的地段進(jìn)行重新梳理和二次開發(fā)，勘測(cè)難度明顯要大得多，地學(xué)綜合研究也就必須要跟上?；诘貙W(xué)研究成果，開采時(shí)可以降低生產(chǎn)成本，也能找到更多的剩余油氣藏。據(jù)張鐵鋼介紹，地震勘探技術(shù)在地質(zhì)研究中得到了廣泛應(yīng)用，尤其是高精度三維地震勘探技術(shù)的應(yīng)用，它提高了圈閉判別、儲(chǔ)層識(shí)別和油藏精細(xì)描述的精度。但與此同時(shí)，野外采集的數(shù)據(jù)量成倍增長(zhǎng)，數(shù)據(jù)處理、三維可視化解釋、地學(xué)綜合研究分析工作量不斷加大，高性能計(jì)算平臺(tái)的壓力也隨之加大了。
“大慶油田，包括山東、克拉瑪依這些老油田，每年都有新發(fā)現(xiàn)。這真就是得益于地震技術(shù)。如果沒有高質(zhì)量的地震資料、高密度采集的高精度資料加上有效的計(jì)算處理，我們不可能有那么多的發(fā)現(xiàn)?！睆堣F鋼認(rèn)為，從需求上來講，未來十年內(nèi)，石油行業(yè)對(duì)高性能計(jì)算還有很大需求。
作為英特爾長(zhǎng)期的戰(zhàn)略合作伙伴，大慶油田一直在跟進(jìn)高性能計(jì)算的技術(shù)演進(jìn)和發(fā)展，已經(jīng)測(cè)試了最新的至強(qiáng)7500 和至強(qiáng)5600服務(wù)器。新節(jié)點(diǎn)的性能表現(xiàn)讓大慶油田開始考慮基于高性能多路節(jié)點(diǎn)進(jìn)行內(nèi)部的平臺(tái)升級(jí)和新模式嘗試，以滿足大規(guī)模連片地震資料解釋的需求。
張鐵鋼分享的數(shù)據(jù)顯示，在基于至強(qiáng)7500的四路四核服務(wù)器上，地震屬性提取可以比普通微機(jī)工作站提高30~50倍的工作效率。
呼喚創(chuàng)新性技術(shù)
英特爾在高性能領(lǐng)域的投資涵蓋了軟硬件方面。硅工藝的技術(shù)進(jìn)步直接帶來了單節(jié)點(diǎn)的性能不斷提升，更高的擴(kuò)展性也使基于x86高性能服務(wù)器的大規(guī)模機(jī)群擁有超強(qiáng)計(jì)算能力成為可能。
來自法國的英特爾能源及高吞吐計(jì)算團(tuán)隊(duì)高級(jí)主管工程師菲利浦·蒂埃里長(zhǎng)期從事石油行業(yè)用戶的技術(shù)支持工作。他不僅要與用戶通過將來生產(chǎn)計(jì)劃和規(guī)模的規(guī)劃共同確定用什么樣的系統(tǒng)，更重要的是，他還會(huì)借助英特爾的一系列專業(yè)工具，幫助用戶進(jìn)行性能調(diào)優(yōu)。像他這樣直接與用戶進(jìn)行密切合作的研究者，在英特爾還有很多。他們分布在全球，共同組建了隸屬于英特爾軟件與服務(wù)事業(yè)部的石油行業(yè)專業(yè)團(tuán)隊(duì)。
“我們經(jīng)常問石油客戶，在處理器技術(shù)上是不是做了足夠的剖析。并沒有什么新技術(shù)像魔法一樣，可以解決所有問題。我們要盡可能保證客戶不會(huì)付出額外的代價(jià)，盡可能使處理器保持以最優(yōu)效率持續(xù)工作?！狈评帧さ侔＠镌诮邮苡浾卟稍L時(shí)表示，英特爾一直在關(guān)注應(yīng)用性能的擴(kuò)展，不只一直努力提升關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，同時(shí)也十分關(guān)注用戶的軟件開發(fā)與性能優(yōu)化，“我們面向未來的指令集架構(gòu)保持了向前和向后兼容，并且提供一整套開發(fā)工具和編譯器簡(jiǎn)化軟件開發(fā)?！狈评帧さ侔＠镎J(rèn)為，未來HPC 的發(fā)展將引發(fā)一場(chǎng)軟件革命：豐富的編程環(huán)境、可擴(kuò)展的代碼調(diào)試與優(yōu)化、管理多樣的異構(gòu)環(huán)境、采用一致性和可用的編程模式都非常值得關(guān)注。這也突出表現(xiàn)在英特爾最新公布的一項(xiàng)成果———集成眾核（MIC）產(chǎn)品上。
英特爾宣布即將推出集成眾核的協(xié)處理器而非GPGPU。這是基于研發(fā)Larrabee和英特爾研究部門的單芯片云計(jì)算機(jī)的成果之上的。“英特爾的MIC 產(chǎn)品最重要的一點(diǎn)，就是不僅會(huì)提升性能，同時(shí)軟件開發(fā)工具與現(xiàn)在并無不同。英特爾的編譯器、線程庫、MKL 數(shù)學(xué)庫的使用模式都是完全不變的，只是增加了新的支持MIC的功能。這樣就解決了軟件的開發(fā)和使用問題。”菲利浦·蒂埃里說。
英特爾預(yù)計(jì)，在2019 年，百億億次高性能計(jì)算機(jī)將問世?！拔覀兂晒ν扑懔饲f億次計(jì)算機(jī)問世的時(shí)間。繼續(xù)外推，十年后我們就將具有百億億次的計(jì)算能力?！狈评帧さ侔＠锉硎?，要用當(dāng)前的處理器來實(shí)現(xiàn)百億億次高性能計(jì)算機(jī)將帶來很大挑戰(zhàn)，英特爾必須要有新技術(shù)來解決新的問題。
“我們?cè)跉W洲建立了百億億次實(shí)驗(yàn)室。我主要負(fù)責(zé)跟法國能源署和一個(gè)法國大學(xué)來研究，制造出這樣的系統(tǒng)之后，軟件的開發(fā)模式怎么能適應(yīng)成千上萬的核和大規(guī)模擴(kuò)展應(yīng)用?！?br>
只選最適用的
石油行業(yè)的很多應(yīng)用其實(shí)是受到了計(jì)算能力的限制。逆時(shí)偏移技術(shù)的理論基礎(chǔ)早都有了，就是因?yàn)橛?jì)算資源滿足不了大數(shù)據(jù)量的處理需求，所以才難以得到推廣。
從這個(gè)意義上講，石油行業(yè)對(duì)于高性能計(jì)算的需求是無止境的。
張鐵鋼表示，石油行業(yè)用戶講究適用，關(guān)心技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，也關(guān)心如何才能買到高性價(jià)比的產(chǎn)品。在系統(tǒng)的構(gòu)建和規(guī)劃上，英特爾的高性能計(jì)算部門為他們提供了實(shí)實(shí)在在的支持。
英特爾中國HPC 系統(tǒng)架構(gòu)師陳健曾為很多石油行業(yè)用戶提供過技術(shù)咨詢和建議，他認(rèn)為，應(yīng)該根據(jù)用戶應(yīng)用對(duì)硬件的實(shí)際需求去選購優(yōu)化設(shè)計(jì)的機(jī)群系統(tǒng)。
他建議石油用戶采用四步法構(gòu)建大型機(jī)群系統(tǒng)：第一步，是選擇真實(shí)的測(cè)試應(yīng)用和負(fù)載，比如有代表性的地震資料處理、地震資料解釋、油藏模擬應(yīng)用；第二步，是收集現(xiàn)有平臺(tái)的主要指標(biāo)，包括CPU、內(nèi)存、磁盤讀寫、網(wǎng)絡(luò)通信等系統(tǒng)級(jí)指標(biāo)，以及代碼效率、浮點(diǎn)指令、訪存等微架構(gòu)級(jí)指標(biāo)；第三步，在此基礎(chǔ)上，就可以分析新舊平臺(tái)存在的差異，并且對(duì)關(guān)鍵的特征指標(biāo)做POC 驗(yàn)證，針對(duì)內(nèi)存帶寬、高主頻、存儲(chǔ)延遲等各種應(yīng)用的實(shí)際需求，決定應(yīng)該采用的處理器、內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)；第四步，就可以最終綜合考慮并確定方案了。
作為擁有亞洲最大的地震資料處理中心的專業(yè)石油服務(wù)公司，中國石油東方地球物理公司還在陸續(xù)引進(jìn)新機(jī)群，這些機(jī)群全部采購了至強(qiáng)5600處理器。新技術(shù)的引入，進(jìn)一步增強(qiáng)了東方地球物理公司的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力。“我們大幅度提高了復(fù)雜區(qū)域地質(zhì)構(gòu)成的成像精度，能提供更好的服務(wù)質(zhì)量，現(xiàn)在還在理順收費(fèi)價(jià)格等問題。”中國石油東方地球物理公司研究院處理中心總工程師賴能和認(rèn)為，基于多核CPU技術(shù)的高密度服務(wù)器將成為高性能計(jì)算的發(fā)展趨勢(shì)，而且綠色環(huán)保技術(shù)將廣泛應(yīng)用到高性能計(jì)算領(lǐng)域當(dāng)中。毋庸置疑的是，復(fù)雜地震成像等技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用將需要更多的CPU。預(yù)計(jì)到今年年底，東方地球物理公司的運(yùn)算能力將達(dá)到每秒380萬億次。
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