高性能计算案例 HP SL6000破解找油迷局

石油关系到中国的能源安全战略，中国已经是世界第五大产油国和第二大石油消费国，但中国石油产量每年的增长率远远低于GDP的增长速度。因而，从1980年代以来，石油物探一直是是中国对高性能计算机需求***、应用最深的行业，尤其是在采用地震波法进行勘探后，对高性能计算提出了更高的要求。
新勘探技术的需求
地震波法石油勘探使用的高性能计算应用，主要可分为地震资料处理和油藏模拟两大类。地震资料处理是典型的浮点计算密集型应用，以求解数据密集的波动方程为主要计算模式，因此对浮点计算能力要求较高，对大量密集的处理需要良好的多核扩展性。而油藏模拟对计算平台的要求是需要支持稀疏矩阵方程的迭代求解，对内存带宽的要求非常高，并需要大缓存支持，因此这类软件可归为对内存带宽高度敏感的计算密集应用。
结合这两大类石油勘探领域核心高性能计算应用的特点，以及石油企业对于勘探业务计算任务执行效率和成本的要求，适用于这一领域的高性能计算解决方案，必须要具备以下四个特性：
1. 具有强大的性能，特别是浮点计算性能、并行计算性能和内存子系统性能；
2. 拥有出色的能效表现和性价比；
3. 配备优秀的软件开发和调优工具；
4. 符合开放的标准，软硬件层面都有广泛的合作伙伴支持。
#p#实际应用的挑战
在新技术提出的需求之外，在经历了20多年的实战后，中国石油勘探行业还面临着着更紧迫的技术和管理挑战。
中国石油油气勘探软件国家工程研究中心有限公司常务副总经理罗国安认为，高性能计算技术面临着提高计算效能、破解数据处理“瓶颈”和降低能耗三个考验。以能耗为例，中国石油油气勘探软件国家工程研究中心有限公司2008年花在高性能计算系统上的电费就达到了1100万元，占开采和勘探总支出的30%，降低系统能耗已经迫在眉睫。
而在高性能计算系统的管理方面，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则认为存在着四个挑战：机柜多、节点多，坏了也不清楚，设备状态无法及时掌握；存储阵列多，无法做预防性维护，设备状态无法及时掌握；数据交换机多，出现网络问题后很难迅速找到故障点；没有科学、合理的调度和管理手段。
破局者：HP SL6000
面临上述严峻挑战，中国石油勘探行业该如何破局？在业内人士看来，HP***推出的SL6000系统或许将是最有希望的破局者。
从具体需求来看，地震波法勘探技术和实际应用中面临的诸多挑战性难题，在采用HP SL6000方案后能得到较好解决。
例如目前石油勘探行业对HPC系统浮点计算、并行计算、内存带宽和数据处理的需求，可以依靠HP SL6000的一体化可扩展计算与基础设施(SCI) 解决方案满足。相比传统HPC系统，基于英特尔®至强®5500系列处理器的惠普SL6000 系列产品最为显著的特点就是性能上的大幅提升：英特尔®至强®5500系列处理器不但借助Nehalem微架构实现了相当于英特尔®至强®5400系列处理器两倍的计算性能，而且通过引入全新的英特尔®快速通道互联技术®及集成内存控制器，它的总体内存带宽在测试中也比上一台平台提高了4倍之多，这些指标加上它共享的大容量缓存设计，使它更加适用于内存带宽敏感型的应用。例如在石油勘探的应用中，它就可明显改善油藏摸拟类应用的性能（提升达2.54倍，应用Eclipse算例），并使RTM/CRAM等对计算性能和内存带宽要求更高的算法成为实际可用的产品，从而推动石油勘探技术的应用进入一个全新时代。
#p#此外，HP ProLiant SL170z G6 服务器针对数据处理“瓶颈”，还专门增强了直连存储的容量，最多支持6 块 LFF SATA 硬盘，可较好缓解地质数据分析时产生的数据存储问题。
对于行业用户关心的系统能耗和管理问题，HP SL6000也有独到的解决方案。在HP ProLiant SL170z G6的2U机箱内通过共享电源和散热的架构，提供无限制的气流可以减少风扇负荷；与传统的机架式服务器相比，SL170z G6每台服务器的功率可以减少28%的电耗。
在管理方面，HP SL6000提供从采购、部署、配置到管理、维护的全面解决方案，使用标准化和模块化的结构，便于数据中心灵活搭配存储和计算部件，简化集成过程。例如使用ExSO的专业化服务和惠普的自动化供应链系统，简化设计和批量部署；通过现场安装服务，ExSO的架构解决方案的交付将会迅速和专业，大大缩短部署时间；而通过前端系统布线可轻松访问关键系统组件，减少服务和维护成本；使用惠普工厂快递服务则能消除配置的麻烦，通过该服务，用户可以实现以机柜为单位的个性化预配置和可测试的架构解决方案；最令用户头疼的海量设备管理难题，则可通过可选择机架控制单元取代手动控制，甚至还能监测每个独立服务器的用电，使得管理员可以将空闲资源分配到别处。
#p#面向未来的系统
HP SL6000系列解决方案最令业界评论者兴奋的或许不是它眼前的性能优势，而是它对GPGPU技术的***支持。不同于传统机架式和刀片服务器，HP SL6000系列中预留了丰富的PCI-e 接口，为CPU+GPU的组合预留了空间。
众所周知，由于受到空间、电力和冷却等因素的限制，高性能集群系统节点机从过去的高主频单核X86处理器转向了多核，但多核系统目前也面临着内核数超过16个后，性能无法随内核数线性扩展以及并行软件限制等问题。
在这一背景下，GPGPU技术的出现，为在工业应用和科学计算中计算性能的线性增长指出了新的发展趋势。对石油勘探而言，部分特定应用，如傅立叶变换，采用GPGPU技术后，效率甚至可以提升数千倍：而可视化处理、解释系统、叠前偏移、速度建模等也将变得更有效率；GPU将加快计算、数据、信息可视化，实现图像分析、模式识别等的***结合，在全球已有的应用案例中，利用这一技术，能够实现逆时偏移计算效率10～20倍的提升，而所需成本，不足10分之一。
由此可见，未来数年的石油勘探领域，必将是如国产千万亿次机“天河一号”一般，采用GPGPU加速技术的高性能计算系统大放异彩的时代！