一次運(yùn)算理念的革命
油氣地震勘探資料處理計算量龐大，許多大型、超大型計算機(jī)被應(yīng)用于這一領(lǐng)域。但大規(guī)模并行機(jī)占地面積大、運(yùn)行功耗高等矛盾也制約著先進(jìn)處理技術(shù)的廣泛應(yīng)用。
一種GPU/CPU協(xié)同并行計算(CPPC)的新理念，則可將原來的超級計算機(jī)濃縮到一個普通的臺式工作站或機(jī)架服務(wù)器中，并以其超強(qiáng)的運(yùn)算能力使得油氣勘探行業(yè)中數(shù)據(jù)處理量極大的疊前偏移實(shí)現(xiàn)常規(guī)化。
在4月25～27日CPS/SEG北京2009國際地球物理會議暨展覽會上，全球著名視覺計算技術(shù)企業(yè)NVIDIA（英偉達(dá)）公司與國內(nèi)地球物理服務(wù)供應(yīng)商北京吉星吉達(dá)（GeoStar）公司攜手推出的一套全新硬件與軟件解決方案，吸引了眾多國內(nèi)外油氣企業(yè)的目光。
GPU，一個超級計算的新理念
GPU是英文GraphicProcessingUnit的縮寫，即圖形處理器。GPU的概念是NVIDIA公司在1999年發(fā)布GeForce256圖形處理芯片時率先提出的。GPU的發(fā)明使電腦在運(yùn)行應(yīng)用程序時減少了對CPU的依賴。GPU的計算能力在近10年間有了飛速的發(fā)展，同時其可編程性也有了本質(zhì)的提升。今天如果還把GPU稱作“顯卡”或“圖形處理器”就不確切了。有專家認(rèn)為，現(xiàn)在的GPU應(yīng)該稱為“大規(guī)模多線程并行處理器”或“GPU計算機(jī)”，GPU可以看成是“GeneralProcess鄄ingUnit（通用處理器）”的縮寫。
NVIDIA公司PSG專業(yè)解決方案全球副總裁史蒂夫·弗尼-豪（SteveFurney-Howe）在接受《石油商報》記者采訪時指出，GPU具備卓越的浮點(diǎn)性能，可為眾多應(yīng)用程序帶來顯著的性能提升。GPU計算模型在一個異構(gòu)計算模型中同時兼顧了CPU和GPU的優(yōu)勢。應(yīng)用程序的順序計算部分在CPU上運(yùn)行，密集型并行計算部分在GPU上運(yùn)行。雖然應(yīng)用程序使用了GPU的卓越性能來提升運(yùn)行性能，但對用戶而言，他們所能感知到的將只是運(yùn)行速度的大幅提升。
NVIDIA公司能源市場高級開發(fā)經(jīng)理杰夫·桑德斯（JeffSaunders）說，在開發(fā)者層面，NVIDIA的CUDA架構(gòu)對GPU并行計算提供了強(qiáng)有力的支持。Tesla系列GPU采用全新的第二代CUDA架構(gòu)，包含有專為科學(xué)應(yīng)用程序優(yōu)化的特性，如IEEE標(biāo)準(zhǔn)雙精度浮點(diǎn)硬件支持、以分布于GPU中的共享內(nèi)存形式存在的本地數(shù)據(jù)高速緩存，以及結(jié)合內(nèi)存訪問等。
NVIDIAGPU成功于應(yīng)用油氣領(lǐng)域
近年來，油氣勘探行業(yè)捷報頻傳，人們逐步加深了對地震資料處理重要性的認(rèn)識。
NVIDIA公司的Tesla產(chǎn)品線目前有兩種。TeslaS1070通常與服務(wù)器和工作站相連，內(nèi)含4顆TeslaC1060GPU，可實(shí)現(xiàn)略多于4萬億次的浮點(diǎn)運(yùn)算，每顆GPU有4GB顯存，共有16GB；TeslaC1060計算卡是一個典型GPU外形的處理器，但是沒有圖形輸出，完全用于計算，擁有略少于1萬億次的浮點(diǎn)計算能力，4GB顯存。
目前油氣行業(yè)興趣較大的是由多片TeslaS1070組成的工作站，由TeslaC1060產(chǎn)品組成的臺式機(jī)工作站則主要面向個人研究人員，可以實(shí)現(xiàn)4萬億的浮點(diǎn)運(yùn)算能力，費(fèi)用僅在1萬美元以下。
杰夫·桑德斯形象地告訴記者，采用單個TeslaGPU的臺式機(jī)工作站相當(dāng)于一個超級計算中心，TeslaGPU使個人擁有超級計算能力成為可能。
如今，Tesla產(chǎn)品已成功應(yīng)用于巴西石油公司、美國Hess公司等石油天然氣企業(yè)。巴西石油公司一年半以前購買了一個基于GPU的集群，由72顆TeslaGPU計算處理器構(gòu)成，專門用于科學(xué)并行處理。與以往基于多核CPU的傳統(tǒng)集群相比，巴西石油公司的計算性能預(yù)計可提升5～20倍。
攜手GeoStar助中國勘探行業(yè)提速
2008
年末，國內(nèi)地球物理服務(wù)供應(yīng)商北京GeoStar公司成功開發(fā)出基于NVIDIA公司TeslaGPU的具有超級處理能力的GPU/CPU協(xié)同并行計算機(jī)。這一解決方案可大幅提升復(fù)雜地震數(shù)據(jù)的處理速度。
GeoStar公司總經(jīng)理劉欽告訴記者，與僅基于CPU集群的傳統(tǒng)運(yùn)算方式相比，現(xiàn)在這些大型數(shù)據(jù)集的計算任務(wù)可以在更小、更節(jié)能的GPU系統(tǒng)上完成。目前，GeoStar公司的產(chǎn)品已用于大慶、勝利、吐哈等油田的勘探項目。 #p#page_title#e#
據(jù)介紹，對于大型疊前時間偏移數(shù)據(jù)集，一顆TeslaC1060GPU就可實(shí)現(xiàn)包含66顆CPU的計算機(jī)集群的計算能力。
近幾個月來，中國科學(xué)院地球物理所一直在利用GeoStar的解決方案測試NVIDIATeslaGPU。在計算方圓740平方公里的疊前時間偏移數(shù)據(jù)時，與傳統(tǒng)的66顆CPU的計算機(jī)集群相比，24顆TeslaGPU的處理速度提升了600倍以上。中國科學(xué)院研究人員認(rèn)為，通過進(jìn)一步調(diào)整還可以達(dá)到更快的速度。
節(jié)能是這一新的解決方案的又一亮點(diǎn)。經(jīng)初步測算，6個節(jié)點(diǎn)的GPU/CPU相當(dāng)于PC-Class的1500個核。相對于傳統(tǒng)方式，硬件成本僅為原來的1/8，設(shè)備空間僅為1/15，耗電僅為1/25。
有專家認(rèn)為，GPU/CPU協(xié)同并行計算機(jī)的出現(xiàn)將使更大處理量的疊前偏移常規(guī)化應(yīng)用成為可能，這對于找油、找氣，特別是對我國復(fù)雜的陸上油氣勘探帶來了新的希望。
