保障石油高产稳产的技术尖兵

　　大庆油田，一个新中国工业时代的光辉缩影，在信息时代依然敢为人先，继续为荣誉和使命而战。

　　上世纪90 年代以前，大庆油田曾经获得一次国家特等奖，那是为了奖励该油田开发的高效率。而今，大庆油田正在申报的国家奖项的主题已是持续稳产、技术攻关。

　　从1996年以后，大庆油田每年探明储量的增长箭头一直向上，这对于一个开发多年的老油田来说，并不完全是大自然的恩赐，更多地是通过跨领域联合攻关，清楚地认识地质情况所得到的回报。

　　现在，联合攻关越来越多地依赖于信息技术。高性能计算作为信息技术王冠上的明珠，为石油产业的健康发展提供了有力的支撑平台。

　　把地球的野内脏冶弄清楚

　　在高性能计算的不同商业应用领域中，石油行业从应用规模和应用水平上都排在第一位。大庆油田勘探开发研究院总工程师张铁刚作为一名“我为祖国献石油”多年的老兵，亲历了石油行业技术平台的多代发展。他常年带领团队进行地震（一种人为的勘测手段）数据的处理，并解释成三维地质模型，直接服务于油气勘探。像他这样的技术人员，被亲切地称为给地球“做透视”的人。

　　“如果没有高性能计算，我们现在极难再找到油气。”张铁刚说，“石油和天然气早过了高峰发现期。松辽盆地北部的资源探明率已达54%以上，探明程度和发现难度不断增加，油气勘探开始向深层、沙漠、海洋和极地进军，油气藏类型也向着中小型隐蔽油气藏的方向发展。”因此，老油田的二次开发就成为石油公司稳产的重要手段。“老油区已开发的油田仍然是勘探的主战场，不可能总盯着新区。在大庆油田做做工作，多找几个年产几十万吨的小区块，也会为国家供油起到很大作用。”

　　对曾经遗漏油气藏的地段进行重新梳理和二次开发，勘测难度明显要大得多，地学综合研究也就必须要跟上。基于地学研究成果，开采时可以降低生产成本，也能找到更多的剩余油气藏。据张铁钢介绍，地震勘探技术在地质研究中得到了广泛应用，尤其是高精度三维地震勘探技术的应用，它提高了圈闭判别、储层识别和油藏精细描述的精度。但与此同时，野外采集的数据量成倍增长，数据处理、三维可视化解释、地学综合研究分析工作量不断加大，高性能计算平台的压力也随之加大了。

　　“大庆油田，包括山东、克拉玛依这些老油田，每年都有新发现。这真就是得益于地震技术。如果没有高质量的地震资料、高密度采集的高精度资料加上有效的计算处理，我们不可能有那么多的发现。”张铁钢认为，从需求上来讲，未来十年内，石油行业对高性能计算还有很大需求。

　　作为英特尔长期的战略合作伙伴，大庆油田一直在跟进高性能计算的技术演进和发展，已经测试了最新的至强7500 和至强5600服务器。新节点的性能表现让大庆油田开始考虑基于高性能多路节点进行内部的平台升级和新模式尝试，以满足大规模连片地震资料解释的需求。

　　张铁钢分享的数据显示，在基于至强7500的四路四核服务器上，地震属性提取可以比普通微机工作站提高30~50倍的工作效率。

　　呼唤创新性技术

　　英特尔在高性能领域的投资涵盖了软硬件方面。硅工艺的技术进步直接带来了单节点的性能不断提升，更高的扩展性也使基于x86高性能服务器的大规模机群拥有超强计算能力成为可能。

　　来自法国的英特尔能源及高吞吐计算团队高级主管工程师菲利浦·蒂埃里长期从事石油行业用户的技术支持工作。他不仅要与用户通过将来生产计划和规模的规划共同确定用什么样的系统，更重要的是，他还会借助英特尔的一系列专业工具，帮助用户进行性能调优。像他这样直接与用户进行密切合作的研究者，在英特尔还有很多。他们分布在全球，共同组建了隶属于英特尔软件与服务事业部的石油行业专业团队。

　　“我们经常问石油客户，在处理器技术上是不是做了足够的剖析。并没有什么新技术像魔法一样，可以解决所有问题。我们要尽可能保证客户不会付出额外的代价，尽可能使处理器保持以最优效率持续工作。”菲利浦·蒂埃里在接受记者采访时表示，英特尔一直在关注应用性能的扩展，不只一直努力提升关键技术指标，同时也十分关注用户的软件开发与性能优化，“我们面向未来的指令集架构保持了向前和向后兼容，并且提供一整套开发工具和编译器简化软件开发。”菲利浦·蒂埃里认为，未来HPC 的发展将引发一场软件革命：丰富的编程环境、可扩展的代码调试与优化、管理多样的异构环境、采用一致性和可用的编程模式都非常值得关注。这也突出表现在英特尔最新公布的一项成果———集成众核（MIC）产品上。

　　英特尔宣布即将推出集成众核的协处理器而非GPGPU。这是基于研发Larrabee和英特尔研究部门的单芯片云计算机的成果之上的。“英特尔的MIC 产品最重要的一点，就是不仅会提升性能，同时软件开发工具与现在并无不同。英特尔的编译器、线程库、MKL 数学库的使用模式都是完全不变的，只是增加了新的支持MIC的功能。这样就解决了软件的开发和使用问题。”菲利浦·蒂埃里说。

　　英特尔预计，在2019 年，百亿亿次高性能计算机将问世。“我们成功推算了千万亿次计算机问世的时间。继续外推，十年后我们就将具有百亿亿次的计算能力。”菲利浦·蒂埃里表示，要用当前的处理器来实现百亿亿次高性能计算机将带来很大挑战，英特尔必须要有新技术来解决新的问题。

　　“我们在欧洲建立了百亿亿次实验室。我主要负责跟法国能源署和一个法国大学来研究，制造出这样的系统之后，软件的开发模式怎么能适应成千上万的核和大规模扩展应用。”

　　只选最适用的

　　石油行业的很多应用其实是受到了计算能力的限制。逆时偏移技术的理论基础早都有了，就是因为计算资源满足不了大数据量的处理需求，所以才难以得到推广。

　　从这个意义上讲，石油行业对于高性能计算的需求是无止境的。

　　张铁钢表示，石油行业用户讲究适用，关心技术的进步和发展，也关心如何才能买到高性价比的产品。在系统的构建和规划上，英特尔的高性能计算部门为他们提供了实实在在的支持。

　　英特尔中国HPC 系统架构师陈健曾为很多石油行业用户提供过技术咨询和建议，他认为，应该根据用户应用对硬件的实际需求去选购优化设计的机群系统。

　　他建议石油用户采用四步法构建大型机群系统：第一步，是选择真实的测试应用和负载，比如有代表性的地震资料处理、地震资料解释、油藏模拟应用；第二步，是收集现有平台的主要指标，包括CPU、内存、磁盘读写、网络通信等系统级指标，以及代码效率、浮点指令、访存等微架构级指标；第三步，在此基础上，就可以分析新旧平台存在的差异，并且对关键的特征指标做POC 验证，针对内存带宽、高主频、存储延迟等各种应用的实际需求，决定应该采用的处理器、内存、网络和存储；第四步，就可以最终综合考虑并确定方案了。

　　作为拥有亚洲最大的地震资料处理中心的专业石油服务公司，中国石油东方地球物理公司还在陆续引进新机群，这些机群全部采购了至强5600处理器。新技术的引入，进一步增强了东方地球物理公司的竞争实力。“我们大幅度提高了复杂区域地质构成的成像精度，能提供更好的服务质量，现在还在理顺收费价格等问题。”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认为，基于多核CPU技术的高密度服务器将成为高性能计算的发展趋势，而且绿色环保技术将广泛应用到高性能计算领域当中。毋庸置疑的是，复杂地震成像等技术的发展与应用将需要更多的CPU。预计到今年年底，东方地球物理公司的运算能力将达到每秒380万亿次。