計(jì)世獨(dú)家：石油HPC 尋找魚(yú)和熊掌的平衡點(diǎn)

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【泛普軟件時(shí)代，泛普軟件辦公系統(tǒng)，泛普軟件OA，OA辦公系統(tǒng)】在全球資源逐漸貧瘠，打井成本又不斷攀升的背景下，石油HPC（高性能計(jì)算）正承載著越來(lái)越重要的使命。而在追求更高計(jì)算性能和降低單位能耗成本的雙重壓力下，如何找到最佳的平衡點(diǎn)也成為行業(yè)內(nèi)關(guān)注的重點(diǎn)話題。

一方面是對(duì)HPC絕對(duì)性能的不斷追求，另一方面是日益嚴(yán)格的功耗成本控制，再加上如何對(duì)已有系統(tǒng)資源合理利用，構(gòu)成了一道難解的命題。日前，在內(nèi)蒙古呼和浩特召開(kāi)的中國(guó)石油行業(yè)與英特爾2008年度高性能計(jì)算研討會(huì)上，各方專(zhuān)家就有關(guān)話題展開(kāi)了有益的探討。

隨著全球能源價(jià)格的不斷攀升和已探明石油儲(chǔ)量的不斷消耗，相對(duì)容易開(kāi)發(fā)的油藏資源越來(lái)越稀少，在更廣泛面積內(nèi)找到可開(kāi)采石油資源所耗費(fèi)的代價(jià)也越來(lái)越高，這都導(dǎo)致了石油HPC計(jì)算模型和運(yùn)算方式向更精細(xì)化的方向發(fā)展，比如隨著石油勘探的地震成像/建模算法的不斷進(jìn)步，石油波動(dòng)方程計(jì)算模型正在從二維向三維方向推進(jìn)，計(jì)算面積也在不斷增大。這些更精細(xì)的計(jì)算模型必然導(dǎo)致計(jì)算強(qiáng)度和中間數(shù)據(jù)量的急劇上升。

從最新一期的國(guó)際HPC Top 500排行榜來(lái)看，上榜的地球物理應(yīng)用系統(tǒng)從上屆的43套增加到49套，依然處于上升趨勢(shì)。

來(lái)自英特爾美國(guó)總部的軟件與解決方案部的蘭斯·舒勒博士表示，對(duì)以石油HPC為代表的地球物理計(jì)算模型而言，增大物理復(fù)雜度（計(jì)算模型）、增加問(wèn)題規(guī)模和縮短運(yùn)算時(shí)間這三個(gè)方面是對(duì)HPC計(jì)算能力最主要的挑戰(zhàn)。在這三個(gè)維度上，任意給定兩個(gè)甚至一個(gè)后，追求另外維度性能的最大化則成為石油HPC計(jì)算解決方案優(yōu)化的核心。

傳統(tǒng)上，石油HPC主要涉及地震成像和油藏模擬兩部分。前者最關(guān)注HPC系統(tǒng)的浮點(diǎn)計(jì)算性能，后者更側(cè)重對(duì)大內(nèi)存的需求。而逐漸興起的計(jì)算可視化浪潮則對(duì)GPU（圖形處理器）等新型計(jì)算單元的應(yīng)用起到積極的推進(jìn)作用。

面對(duì)這些復(fù)雜的因素，對(duì)于節(jié)點(diǎn)機(jī)來(lái)講，不斷提高處理器的浮點(diǎn)性能、I/O和存儲(chǔ)帶寬已經(jīng)成為其中最核心的關(guān)注焦點(diǎn)。

增加處理器的核心數(shù)量已經(jīng)逐漸成為提高浮點(diǎn)運(yùn)算能力最主要的趨勢(shì)，而在一些特定場(chǎng)合，采用類(lèi)似GPU的多浮點(diǎn)單元處理器也是很有競(jìng)爭(zhēng)力的可選方案。目前NVIDIA等GPU廠商已經(jīng)推出了相關(guān)方案，英特爾Larabbe GPU（初期可能會(huì)采用16核心）也將在今年下半年面世，后者還兼容X86指令系統(tǒng)，屆時(shí)用戶在這方面也會(huì)有更多的選擇。

在I/O方面，固態(tài)存儲(chǔ)（SSD）因?yàn)楣牡汀/O能力性能出眾有望逐漸替代硬盤(pán)，雖然目前受成本等因素制約還比較明顯，但其在節(jié)點(diǎn)機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用已經(jīng)是一個(gè)不可阻擋的趨勢(shì); 而在高存儲(chǔ)帶寬方面，將內(nèi)存控制器內(nèi)置于CPU和采用新型的高帶寬互聯(lián)架構(gòu)將成為必然。

在HPC系統(tǒng)一級(jí)，則有兩點(diǎn)趨勢(shì)比較矚目，一個(gè)是系統(tǒng)將更加關(guān)注運(yùn)算、I/O和存儲(chǔ)三者性能的匹配; 另一個(gè)是提高系統(tǒng)和應(yīng)用軟件的并行化，即如何充分利用越來(lái)越多的并行運(yùn)算資源（無(wú)論是CPU還是GPU以及可能的多種加速器），以達(dá)到最佳的能效比。盡管方向相對(duì)比較明確，但目前在技術(shù)實(shí)現(xiàn)方面還面臨比較大的挑戰(zhàn)，需要更長(zhǎng)的時(shí)間準(zhǔn)備。