黑色石油 绿色IT 英特尔的“芯”
——从新审视高性能计算在石油行业中的应用
“在石油行业，不用担心处理器性能过剩，我们永远需要更高性能的计算机。”石油行业用户如是说。据中国石油东方地球物理公司副总工程师赖能和介绍，预测未来3年，地震数据处理CPU核数至少需要增加1.5倍，其中东方地球物理的CPU总核数，2010年将达到40000个，运算能力将达380万亿次/秒，而磁盘容量将达到5PT;2012年将达到5000个，运算能力达500万亿次/秒，磁盘容量8PT。
复杂地震成像大肆吞噬性能
我们知道，目前石油勘探普遍借助地震波法，也就是用炸药在地面激起人工地震波，其地震波传入地下深处，碰到不同形态岩层时会形成不同反射波，这些反射波经地面检波器收集、转换为数据，经过数据处理，可清晰摸拟出勘测区域的地下地质构造，为石油勘探提供科学依据。
石油勘探数据处理可分为地震资料处理(seismic processing)和油藏模拟(reservoir simulation)。其中，地震资料处理属于典型的浮点计算密集型应用，对浮点计算能力、内存带宽等具有较高的要求。目前国内自主开发的这一类软件主要是采用PSTM(叠前时间偏移)和PSDM(叠前深度偏移)算法，如中国石油东方地球物理公司(BGP)的GeoEast、中国石化南京石油物探研究所开发的iCluster等。在计算精度和复杂度上，国外主要厂商WesternGeco等已开始将RTM(逆时偏移)等消耗处理器资源更多、精度更高的偏移算法投入生产。国内的中国石油东方地球物理公司等企业也开始尝试Paradigm公司的CRAM(共反射角偏移)模块。
不同的算法、构造以及密度空间，所需要计算量迥然不同，以高密度空间采集处理为例，同样面积的工区，其所需要处理的数据量猛增2～4倍;海洋资料处理较之陆上，其数据量也要增加6～8倍;采用多波多分量地震勘探，数据量增加3倍等。为了满足复杂地震成像处理的需要，石油行业普遍采用服务器集群的高性能计算方法。
根据最新发布的国际高性能计算Top500排名看，采用集群结构的高性能计算机的比例达到了82%。在应用领域的划分上，包括石油勘探在内的工业用户的高性能计算机比例达到了62.8%，其中几乎100%采用了集群结构。据记者了解，石油勘探所采用的高性能计算机，几乎全部采用双路服务器集群方式，而这是由石油勘探数据处理的性质决定，它所需要计算出来的数据，基本上按区域划分，数据本身具有并行性，适于双路服务器的瘦集群方式。
在最新公布的Top500排名中，三个月前刚刚发布的英特尔至强5500系列处理器受到了追捧，占据了TOP500榜单的重要位置，而在Top500排行中，有399套采用了英特尔技术。
战斗机、运输机和滑翔机
谈到至强5500系列处理器，英特尔服务器平台经理顾凡指出，它相当于一架能够集战斗机的速度、运输机的大容量和滑翔机的绿色环保等诸多优点于一身的新型飞机，没有理由不受欢迎。他指出，与上一代处理器相比，新的至强5500处理器采用了新的Nehalem的体系架构，其核心设计思想是将处理器核心与内存通道、内存类型、QPI、功耗管理等因素分开考虑，摒弃了共享前端总线的方式，代之以点对点的连接方式，通过内置内存控制器，全面打通以往处理器设计的瓶颈。
新的至强5500处理器做到了在同等功耗的前提下，系统的性能可以提升2.25倍。在绿色节能方面，处理器可以控制的节能部件由5300的3个提高到了5500的15个，有5倍的提升，如此可以将处理器的闲置功率由50w减小为10w，与此同时，快速唤醒时间也从10微秒，提高到了小于2微秒。其性能的提升，将对石油勘探的高性能计算节能发挥非常重要的作用。
与普通电脑不同，高性能计算机集群即使在空闲时也是不关机的，用户坦言，由于节点众多，每一次关机都有可能导致某些节点启不来，如果使用率不高，其浪费是显而易见的。以东方物探为例，其2008年的电费支出就已经高达1100万元，节能任务之严峻由此可见一斑。
从土木设计阶段入手
目前，大多数数据中心都采用PUE值来衡量其绿色计算的效率，所谓PUE是指数据中心整体能耗/IT设备能耗的比值，它有效地反映了数据中心如何有效地将能量供给IT计算设备，属于宏观范围的衡量方式。但是PUE也存在一些问题。
英特尔公司业务合作与解决方案部中国大区技术经理梁岩指出，PUE没有反映出计算设备功耗是多少? 也没有反映出在转换到IT设备的能耗中，又有多少转换到CPU、内存、磁盘和I/O卡等关键计算设备中。为此，业界还盛行SPUE值和DCPE值。其中，SPUE值表明了服务器将多少功耗转换给关键计算设备，反映了单位功耗能够提供的计算能力，典型的SPUE值如各行业Benchmark数据、Linpack以及各种实际应用值等。Green Grid所提出的DCPE值则是一个综合衡量的数值。
不同数值具有不同的改善方法，例如针对PUE，可以通过改善风道设计、改善UPS电源转换效率、直流供电以及利用外部环境“免费”散热的方法等。针对SPUE，可以通过使用80+高转换效率电源、去除服务器设备中不必要的部件、动态有效地实时控制服务器的功耗等方法。针对提升单位功耗计算能力，就可以使用新型处理器，如至强5500来提升处理器能效比，此外采用SSD等高I/O、低功耗设备、优化处理器并行处理等，也可以达到绿色节能的目的。但是无论采用什么方法，都离不开整体设计。
结合自身实践，川庆物探研究中心计算所邓亚力提出，数据中心机房设计应该从土木建筑阶段入手。他指出，目前企业数据中心构建往往与企业办公楼构建同步进行。但是企业办公楼设计并没有充分考虑到数据中心的需要。以川庆物探为例，受地板承重以及室外机空调的空间限制，使得数据中心的很多设想无法开展。为此，邓亚力指出，信息中心在土木阶段就应该介入，提出设计和需求，否则木已成舟，就会遇到很多意想不到的困难。虽不是信息技术问题，但是后果严重，影响巨大。
总之，伴随着高性能计算机在石油勘探行业的快速发展，从芯片到技术方案选择，从绿色节能到数据中心构建，牵涉的问题方方面面，有很多的细节，可谓是牵一发动全身，需要行业用户在实践过程中，仔细地分析比较，悉心体会，这也是当前阶段，需要石油勘探行业用户格外需要加以关注的问题。(网界网 ：宋家雨)
