石油物探面臨大數(shù)據(jù) HPC挑戰(zhàn)更大

　　近日，英特爾公司在南京舉辦了主題為“智領(lǐng)云海 源于創(chuàng)芯”的第六屆高性能計(jì)算計(jì)算研討會(huì)。在大會(huì)上，來自英特爾的高性能計(jì)算專家和與會(huì)的能源行業(yè)用戶做了深入的交流。ZDNet服務(wù)器頻道將以頻道和博客的形式分別從專家角度和用戶角度來報(bào)道本次研討會(huì)的內(nèi)容。

　　賴能和先生是中國石油東方地球物理研究所的總工程師。ZDNet服務(wù)器頻道記者在研討會(huì)后采訪了他，首先了解了國內(nèi)石油勘探的發(fā)展現(xiàn)狀。

　　在介紹現(xiàn)在國內(nèi)石油勘探的現(xiàn)狀之前，有必要介紹一下高性能計(jì)算在石油勘探中的作用。大家對勘探的認(rèn)知還停留在傳統(tǒng)的打井驗(yàn)證——野外勘探人員背著各種專用設(shè)備，通過一系列地質(zhì)勘探的方法來偵測，甚至是預(yù)估所探測地區(qū)的地層中是否存在石油，而后在這個(gè)區(qū)域內(nèi)打上幾口試驗(yàn)性的油井，以驗(yàn)證其預(yù)估是否準(zhǔn)確。

　　這種方式早已過時(shí)，因?yàn)槭偷姆植疾⒉皇且粋€(gè)典型的“盆地”形狀，而是由一個(gè)個(gè)彼此隔離的“葡萄串”組成的，因此在不夠精準(zhǔn)的勘測結(jié)果面前，人們只能多鉆井進(jìn)行嘗試，而且只有將油井鉆到一個(gè)儲(chǔ)有石油的“葡萄”頂部，才算成功——然而打井做實(shí)驗(yàn)的成本非常高昂。為提高石油勘探的能力和效率并降低其成本，石油企業(yè)很快就開始在勘探中采用了更為先進(jìn)的地球物理方法，尤其是地震波法。

　　所謂地震波法，簡而言之就是用炸藥在地面激起人工地震波，這種地震波可傳入地下深處，并在碰到不同形態(tài)的地質(zhì)構(gòu)成時(shí)形成不同的反射波，這些反射波經(jīng)地面的檢波器收集、轉(zhuǎn)變成電子信號(hào)后可存儲(chǔ)為數(shù)據(jù)，通過對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理，人們就能清晰地摸擬還原出勘測區(qū)域的地下地質(zhì)構(gòu)造，并找到那些存有石油或天然氣的巖層的精確位置。

　　那么目前中石油的高性能計(jì)算勘探應(yīng)用發(fā)展到什么程度了呢?

　　目前與地震波法石油勘探相關(guān)的高性能計(jì)算應(yīng)用軟件，按計(jì)算性質(zhì)可分為地震資料處理(seismic processing)和油藏模擬(reservoir simulation)兩大類

　　利用高性能計(jì)算摸擬油藏分布圖

　　從應(yīng)用的特點(diǎn)上來看，地震資料處理是典型的浮點(diǎn)計(jì)算密集型應(yīng)用，以求解數(shù)據(jù)密集的波動(dòng)方程為主要計(jì)算模式，因此對浮點(diǎn)計(jì)算能力要求較高，對內(nèi)存帶寬的占用中等，對大量炮集的處理需要良好的多核擴(kuò)展性。不同于在算法上以頻譜計(jì)算為核心的地震資料處理軟件，油藏模擬對計(jì)算平臺(tái)的要求是需要支持稀疏矩陣方程的迭代求解，對內(nèi)存帶寬的要求非常高，并需要大緩存支持，因此這類軟件可歸為對內(nèi)存帶寬高度敏感的計(jì)算密集應(yīng)用。

　　賴能和先生首先介紹了中國石油東方地球物理公司研究院處理中心的基本情況。他談到，最近一年以來東方地球物理公司研究院的變化非常大，目前數(shù)據(jù)中心中共有處理器23000多個(gè)，核心數(shù)量達(dá)到了75000個(gè)以上，理論峰值為695千萬億次。而就處理中心的的情況來說，擁有GPU數(shù)量為936個(gè)，約為45萬個(gè)核心，可以實(shí)現(xiàn)576千萬億次。

　　賴能和先生對筆者表示，當(dāng)今的高性能計(jì)算遇到了諸多的問題，如多處理器協(xié)同工作，CPU+GPU模式的能耗管理，但是最重要的還在于大數(shù)據(jù)應(yīng)用中遇到的存儲(chǔ)瓶頸和數(shù)據(jù)安全問題。

　　他表示，大數(shù)據(jù)的環(huán)境下，高性能計(jì)算動(dòng)輒幾十TB甚至上百TB的數(shù)據(jù)，如何保存及備份都遇到了非常棘手的問題。賴總認(rèn)為——計(jì)算機(jī)時(shí)代實(shí)際上已經(jīng)進(jìn)入了存儲(chǔ)的時(shí)代。以往，存儲(chǔ)設(shè)備還只是作為服務(wù)器的輔助產(chǎn)品、輔助設(shè)備而出現(xiàn)的，比如服務(wù)器本身會(huì)有存儲(chǔ)的磁盤，而外接存儲(chǔ)只是用來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。但是今天，存儲(chǔ)設(shè)備的投資占了IT投資的一半以上。

　　就中國石油東方地球物理公司研究院來說，每天增加的數(shù)據(jù)量都需要以TB級別來衡量。海量的存儲(chǔ)、海量的數(shù)據(jù)怎么管理?這其中關(guān)鍵的有兩個(gè)問題：一是性能能不能提高上去，二是怎么管理。他表示，東方地球物理研究院正在逐步使用并行系統(tǒng)，從DAS這樣的傳統(tǒng)存儲(chǔ)架構(gòu)進(jìn)化到NAS，以及自行搭建的SAN系統(tǒng)，通過數(shù)字化管理、監(jiān)控等手段逐步提升存儲(chǔ)系統(tǒng)的性能和效率。

　　這方面賴總采用的是自行GPFS文件系統(tǒng)架構(gòu)，而對于目前較火熱的Hadoop架構(gòu)，賴總表示了興趣，并稱未來會(huì)在這方面做相關(guān)的測試。

　　另外，雖然目前已經(jīng)看到了大數(shù)據(jù)應(yīng)用的趨勢，但是大數(shù)據(jù)還并不是非常普遍，幾十TB的數(shù)據(jù)在一年內(nèi)可能只有2-3次會(huì)應(yīng)用到，因此更多的時(shí)候還是需要分布式架構(gòu)來解決。比如中國石油東方地球物理公司研究院正在專門搭建一套高密度、海量數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。這套系統(tǒng)完全采用當(dāng)前最先進(jìn)的至強(qiáng)E5-2600系列處理器，搭載128GB或者256Gb的內(nèi)存及超大容量的存儲(chǔ)系統(tǒng)(5TB左右)，網(wǎng)絡(luò)方面會(huì)采用萬兆網(wǎng)絡(luò)，以提供強(qiáng)大的性能和良好的穩(wěn)定性。

　　去年的問題跟蹤(之前采訪賴總時(shí)的問題跟蹤)：

　　1、 之前東方地球物理研究所采用了不少單路服務(wù)器，現(xiàn)在呢?

　　答：現(xiàn)在主要是雙路，四路和八路也有。因?yàn)橐郧坝捎赟MP架構(gòu)下，應(yīng)用的內(nèi)存分配限制，因此用四路會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存不足。而在地震解釋方面，就會(huì)使用單路、雙路、四路以及八路服務(wù)器。賴能和總工表示，現(xiàn)在的八路服務(wù)器已經(jīng)完全能使用。

　　2、之前4月份的時(shí)候您在HP Gen8服務(wù)器發(fā)布會(huì)上登臺(tái)宣講說是在測試SL250 Gen8產(chǎn)品，現(xiàn)在怎么樣了?

　　答：當(dāng)時(shí)沒過多久我們就下單采購了，SL250 Gen8系列產(chǎn)品是它們HP的高可擴(kuò)展服務(wù)器，現(xiàn)在主要用來做GPU加速運(yùn)算，主要用于逆時(shí)運(yùn)算等復(fù)雜的并行計(jì)算。

　　2、 針對大數(shù)據(jù)這一塊您說會(huì)投入5000萬左右，主要將采用什么系統(tǒng)呢?

　　答：會(huì)主要采購雙路的服務(wù)器產(chǎn)品，用來打造高密度海量計(jì)算系統(tǒng)，內(nèi)存大概在128GB，5TB存儲(chǔ)，網(wǎng)絡(luò)方面在考慮用Infiniband或萬兆以太網(wǎng)產(chǎn)品。