高性能计算加速找油进程

性能功耗比大获提升

英特尔(中国)有限公司企业解决方案部高端企业客户中国大区经理王克认为,应围绕应用构建计算环境

作为上游业务，勘探在石油行业企业战略中占据重要地位，其费用支出不是小数。中国石油化工股份有限公司2006年年度报告显示，公司勘探费用(包括干井成本)为79.83亿元。据了解，2007年中石化公司将支出531亿元用于勘探及开采板块。

在石油企业勘探所需要的费用中，钻井的费用是非常高的，打一口井往往需要上千万甚至上亿元。通过科学的物探方法，加快勘探速度、提高勘探精度、准确地确定高产井位将是节约巨大的钻井投资的有效之法。

在高性能计算未被广泛应用时，石油勘探的时间非常长，准确性低。而通过运用高性能计算解决PC集群大量的并行计算问题，石油勘探行业用户能够大大提高勘探的精度，缩短勘探时间。

提升数据中心效率

集群技术的发展使得高性能计算进入产业和科研机构的应用之中，特别在石油、金融、制造业和生命科学等领域，高性能计算的应用潜力巨大。高性能计算在石油行业主要应用于石油企业找油过程中所采用的地震勘探。所谓地震勘探，就是通过人工方法激发地震波，然后研究收集到的地震波在地层中传播的情况，来查明地下的地质构造，为寻找油气田或其他勘探目的服务的一种物探方法。

地震勘探主要有三个阶段：野外工作收集数据、室内资料处理和地震资料的解释。资料处理工作由配备有高性能计算机和有关专用仪器设备的工作站来完成。

在日前召开的中国石油产业与英特尔高性能计算2007年度合作峰会上，英特尔企业解决方案部软件事业部资深经理George Chaltas认为，在地震勘探过程中，高性能计算面临着来自三个方面的挑战：地震调查处理速度要更加快速、要提供更好的油藏模拟解决方案和显示大量高分辨率图像。这些挑战涉及到高性能计算系统的计算能力与I/O，数据中心的功率、散热和计算密度，加速器技术及可视化技术等。

一般来讲，石油行业对高性能计算的应用效果如何，一个不容忽视的核心影响因素是数据中心的效率。提高处理器技术对于提高数据中心的效率非常重要。据George Chaltas介绍，2002年和2007年由于采用不同的处理器技术，数据中心要达到相同的效率，在设备配置方面有着明显的差异。

George Chaltas认为，适应高性能计算的发展需求，未来石油行业的数据中心将建成带有大容量内存和多个显卡的工作站，亟需大量的内存和带宽，并且集群的可视化服务器能有效支持实时大量的可视化远程显示和控制。

数据中心的效率与计算环境密切相关。处理器―服务器―机房在一定程度上构成了石油行业高性能计算的计算环境。英特尔(中国)有限公司企业解决方案部高端企业客户中国大区经理王克认为，构建计算环境应是为应用服务，而不是为了构建而构建。从应用角度看，由于集群的并行化运行，数据中心的节点问题可能不再是瓶颈问题，而交换与存储将是主要问题，其中，交换解决的是数据通道问题。为解决这些问题，并显著简化集群的使用、部署和管理，据George Chaltas介绍，英特尔已经推出英特尔集群就绪(Intel Cluster Ready)和英特尔连接线缆及一系列软件优化工具。

三个维度降低能耗

在石油企业的机房里，可能存在这样现象：由于空调配置的原因，整个机房是冷的，但机柜是热的。这种现象与在机房内安置空调降低机柜温度的初衷是相违背的。

从数据中心的功耗因素分析看，计算设备和基础设施是两个主要因素，包括服务器、网络设备、程控交换机、新风设备、空调和照明等。石油勘探的并行计算量非常大，一个机房需要上千个甚至上万个节点，CPU数量大，耗电量和机房占用空间都比较大，运营维护成本高。一般来讲，机柜所用的电能会有80%的比例转化为热能，而这些热能又需要用空调置换出去，因此，机房的用电量是非常可观的。同时，能耗在数据中心的总体成本中所占的比例比较大，降低能耗对于数据中心的运维显得意义重大。因此，如何在保持性能基本不变或有所提高的情况下降低能耗，就成为机房建设的关键问题。

如何从设备的角度实现节能？东方地球物理勘探公司副总工程师李杰认为，从处理器和服务器方面看，选用双核或多核处理器和刀片服务器是当前实现节能的有效选择。

机房制冷是石油行业数据中心运营的一个重要环节。据英特尔(中国)有限公司亚太客户响应团队技术经理何万青介绍，英特尔在数据中心领域推动的硬件技术的发展方向是高密度服务器。数据中心基础设施技术支持高密度服务器的关键在于制冷和散热，而制冷和散热也同样影响机房的节能问题。

对此，李杰表示，从机房节能方面来看，确定在什么地方安置空调最合适是至关重要的，要把对机房的粗放型空间制冷转变为定向的机架制冷，从而实现高密度机房制冷。高密度机房制冷整个过程要保障风的循环更加顺畅，它关心的是进入机架的空气温度和出机架的空气温度，并不关心环境温度，否则就可能导致机柜热而房间冷的现象了。

虽然降低能耗很关键，但数据中心的运营并不只是单纯追求系统能耗的降低，而是追求性能功耗比的改善。英特尔(中国)有限公司服务器产品事业部产品经理顾凡表示，英特尔在芯片设计方面已经从原来的追求主频改变为追求能效，试图通过制程工艺、微体系结构和处理器核心技术等平台技术的更新，增加晶体管密集度，缩小处理器面积，在推进单位晶体管成本下降的同时，提升处理器的性能。

每秒18.6万亿次的背后

据中石油集团东方地球物理勘探公司研究院副总工程师赖能和介绍，石油行业高性能计算面临着CPU资源、存储资源巨大以及资源规模化需求的挑战。石油勘探行业用户应用高性能计算机进行地震数据叠前时间和深度偏移等海量数据计算，其计算时间视计算规模不同最多可达几十天。因此，石油行业要求高性能计算的设备具有强大的硬件性能表现及能耗比，有优秀的开发应用软件技术配套，并符合开放的标准。

最新公布的全球高性能计算排行榜TOP500显示，中国石油化工股份有限公司胜利油田物探研究院全新基于英特尔至强处理器的高性能计算系统以每秒18.60万亿次浮点运算的实测LINPACK峰值位列第43，成为TOP500排名国内第一的高性能计算系统。

胜利油田物探研究院的高性能计算系统主要用于处理地震勘探所采集的数据，以确定石油油藏分布及高产井位的位置。全新的高性能计算系统为胜利油田物探研究院提供了更多、更强大的计算资源，可以更高精度、更快速地处理更多的地震资料数据。在设计阶段，胜利油田物探研究院预计新系统的处理能力能提高3~4倍，实际运行中发现新系统总计算能力提高了5倍以上。

顾凡介绍，采用基于英特尔酷睿微体系架构的双核至强处理器5100系列是新系统有如此高性能表现的关键。该处理器比前代的单核处理器提高了3倍以上的性能，却只消耗相同的电能，直接解决了用户最关注的性能提升和能耗降低的需求。

高性能计算系统性能的提高并非单纯依赖处理器性能的提升，还涉及到存储、主机、网络和软件等多种因素，这些因素需要协调发展。无论是胜利油田还是大庆油田，石油勘探机构在利用高性能计算时面临的一个主要问题是CPU的利用率问题，其实这也是整个行业面临的一个突出问题。赖能和表示，改善存储架构是提升CPU利用率的有效手段。

不仅仅是存储的因素，软件工具也至关重要。据何万青介绍，英特尔提供了一系列的性能调优工具，对胜利油田物探研究院的高性能计算系统进行系统级和应用级的优化，使其能够基于准确数据收集而进行快速的问题定位，从而有助于加快石油勘探的相关数据计算进度。

链接:英特尔集群就绪与连接线缆

英特尔集群就绪既是一项计划，也是一种技术。它能够以一种标准的、可复制的方式来构建集群，运行商业化高性能应用，从而简化集群计算机系统的部署、使用和管理。该计划制定了软硬件组件的最低标准规范，使得软件开发人员能够一次验证多个硬件平台，加快了开发速度，缩短了上市时间。

英特尔连接线缆可支持Infiniband和10GbE用户实现高达20Gbps的数据传输速率，并将服务器间最大距离延伸到100米。企业可以根据其独特的业务需求设计集群，无须再受线缆长度的约束。英特尔连接线缆是英特尔高性能计算产品组合的重要补充。