高性能计算技术在地球物理中的应用

时间:2008-11-21   来源:   网友评论:0   人气: 194 作者:

我来自中国石油集团咨询中心工程技术组。

    我主要讲三点,第一点是介绍一下地球物理勘探与高性能计算的关系。

    第二点说说地球物理高性能计算面临的问题。

    地球物理勘探是地球上计算量和数据量最大的业务之一。一个图表示海上地球物理勘探的示意图。这个是陆地上的,是由于炸药导致的地震波,然后传到地下,有地面的接受器接收着。   

    这些采集的数据要经计算机进行处理,处理的计算量和数据量非常大,需要高性能计算机。我介绍一下东方地球地理公司,主要做地震勘探的。公司陆地地震勘探市场占全球陆地勘探市场的44%,居全球第一。综合实力位居全球物探行业前三位。公司研究院已经拥有的PC集群计算机计1.2万个CPU,2.2万核芯,另外还有7套大中型虚拟现实系统,320台各类工作站等先进设备,计算能力每秒200万亿次。1973-2008年,35年间计算能力提高了2亿倍。

    在TOP500中的地球物理应用。这是2007年11月13日公布TOP500,按照应用领域分布排序,地球物理位于第二。我们在地球物理勘探的领域,在整个国际上的PC应用上还是占有一定的地位。

    地震数据处理算法,有最小资源算法等等。我就不细说了。

    有一个地球物理教授说,地球物理的历史和计算技术的历史不可分割的。

    第一个问题我简单地介绍到这里。

    第二个问题我简单说一下,地球物理高性能计算面临的一些问题。那么现在地球物理数据处理,都是用的cluster计算机提供的RAP是PAP的10%-15%。

    下一代地震成像,RTM需要比较今天使用的计算机高出30倍的计算能力。地震解释工作历来主要应用工作站,近来有地球物理公司提出了高性能地学解释方案。据称高性能地学解释有几个好处:适应叠前解释和反演需要等等。

    第三个挑战现在很多解释方法,包括像反演的方法。反演方法是将地震资料得到一些定量的参数,用来描述地下储层的岩性、物性和含油气性等的一项新技术。随机反映计算量巨大。

    虚拟现实与解释自动化。在虚拟现实环境,从层位为基础的解释转向以体为基础。

    最后我简单说一下国内外地球物理高性能计算应用研究动态。

    第一是超级集群。

    第二是高性能处理器的应用。

    第三是并行文件系统。

    超级集群的概念跟网格计算的概念紧密联系。超级集群是集群的集群。超级集群是基于网格计算的概念。超级集群要解决作业调度、集群间的问题。

    还有多cluster环境PSDM并行化。这是以后的网格计算的发展框架。地震数据采集以后经过预处理,可能放在数据银行里面,经过几个cluster的地震成像,然后进行解释。这样可以对我们进行指导。

    高性能处理器的应用,国内外地球物理界关注的几种新型的处理器,GPGPU通用图形处理器,GPU也叫显卡,原用于图形渲染,可用于提升数值计算能力。例如,频率域有限差分算法核心实现了比较CPU的8到16倍的加速。但也存在一些问题,编程较为困难,GPU初始化以及传送信息比较慢,还有当前的GPU存储器有限。

    第二就是说Larrabee,“许多核”处理器架构,混合CPU和GPU。基于IA(Intel架构),当然有一些新的指令,比如说向量存储操作。这个还没有正式推出来。

    第三是Cell处理器(IBM单元处理器),这对于地球物理程序员是一个全新的架构,每个单元由一个CPU和八个SPU协同处理器高速计算核组成。Cell处理器峰值性能十分吸引人。supercomputer-on-a-chip。国外正在探索逆时偏移利用Cell处理器。


 

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