石油關(guān)系到中國的能源安全戰(zhàn)略，中國已經(jīng)是世界第五大產(chǎn)油國和第二大石油消費國，但中國石油產(chǎn)量每年的增長率遠遠低于GDP的增長速度。因而，從1980年代以來，石油物探一直是是中國對高性能計算機需求最大、應用最深的行業(yè)，尤其是在采用地震波法進行勘探后，對高性能計算提出了更高的要求。

新勘探技術(shù)的需求

地震波法石油勘探使用的高性能計算應用，主要可分為地震資料處理和油藏模擬兩大類。地震資料處理是典型的浮點計算密集型應用，以求解數(shù)據(jù)密集的波動方程為主要計算模式，因此對浮點計算能力要求較高，對大量密集的處理需要良好的多核擴展性。而油藏模擬對計算平臺的要求是需要支持稀疏矩陣方程的迭代求解，對內(nèi)存帶寬的要求非常高，并需要大緩存支持，因此這類軟件可歸為對內(nèi)存帶寬高度敏感的計算密集應用。

結(jié)合這兩大類石油勘探領(lǐng)域核心高性能計算應用的特點，以及石油企業(yè)對于勘探業(yè)務計算任務執(zhí)行效率和成本的要求，適用于這一領(lǐng)域的高性能計算解決方案，必須要具備以下四個特性：
1.具有強大的性能，特別是浮點計算性能、并行計算性能和內(nèi)存子系統(tǒng)性能；
2.擁有出色的能效表現(xiàn)和性價比；
3.配備優(yōu)秀的軟件開發(fā)和調(diào)優(yōu)工具；
4.符合開放的標準，軟硬件層面都有廣泛的合作伙伴支持。

實際應用的挑戰(zhàn)

在新技術(shù)提出的需求之外，在經(jīng)歷了20多年的實戰(zhàn)后，中國石油勘探行業(yè)還面臨著著更緊迫的技術(shù)和管理挑戰(zhàn)。中國石油油氣勘探軟件國家工程研究中心有限公司常務副總經(jīng)理羅國安認為，高性能計算技術(shù)面臨著提高計算效能、破解數(shù)據(jù)處理“瓶頸”和降低能耗三個考驗。以能耗為例，中國石油油氣勘探軟件國家工程研究中心有限公司2008年花在高性能計算系統(tǒng)上的電費就達到了1100萬元，占開采和勘探總支出的30%，降低系統(tǒng)能耗已經(jīng)迫在眉睫。

而在高性能計算系統(tǒng)的管理方面，中國石油東方地球物理公司研究院處理中心總工程師賴能和則認為存在著四個挑戰(zhàn)：機柜多、節(jié)點多，壞了也不清楚，設備狀態(tài)無法及時掌握；存儲陣列多，無法做預防性維護，設備狀態(tài)無法及時掌握；數(shù)據(jù)交換機多，出現(xiàn)網(wǎng)絡問題后很難迅速找到故障點；沒有科學、合理的調(diào)度和管理手段。

破局者：HP SL6000

面臨上述嚴峻挑戰(zhàn)，中國石油勘探行業(yè)該如何破局？在業(yè)內(nèi)人士看來，HP最新推出的SL6000系統(tǒng)或許將是最有希望的破局者。從具體需求來看，地震波法勘探技術(shù)和實際應用中面臨的諸多挑戰(zhàn)性難題，在采用HP SL6000方案后能得到較好解決。例如目前石油勘探行業(yè)對HPC系統(tǒng)浮點計算、并行計算、內(nèi)存帶寬和數(shù)據(jù)處理的需求，可以依靠HP SL6000的一體化可擴展計算與基礎(chǔ)設施(SCI) 解決方案滿足。相比傳統(tǒng)HPC系統(tǒng)，基于英特爾®至強®5500系列處理器的惠普SL6000 系列產(chǎn)品最為顯著的特點就是性能上的大幅提升：英特爾®至強®5500系列處理器不但借助Nehalem微架構(gòu)實現(xiàn)了相當于英特爾®至強®5400系列處理器兩倍的計算性能，而且通過引入全新的英特爾®快速通道互聯(lián)技術(shù)®及集成內(nèi)存控制器，它的總體內(nèi)存帶寬在測試中也比上一臺平臺提高了4倍之多，這些指標加上它共享的大容量緩存設計，使它更加適用于內(nèi)存帶寬敏感型的應用。例如在石油勘探的應用中，它就可明顯改善油藏摸擬類應用的性能（提升達2.54倍，應用Eclipse算例），并使RTM/CRAM等對計算性能和內(nèi)存帶寬要求更高的算法成為實際可用的產(chǎn)品，從而推動石油勘探技術(shù)的應用進入一個全新時代。

此外，HP ProLiant SL170z G6 服務器針對數(shù)據(jù)處理“瓶頸”，還專門增強了直連存儲的容量，最多支持6 塊 LFF SATA 硬盤，可較好緩解地質(zhì)數(shù)據(jù)分析時產(chǎn)生的數(shù)據(jù)存儲問題。對于行業(yè)用戶關(guān)心的系統(tǒng)能耗和管理問題，HP SL6000也有獨到的解決方案。在HP ProLiant SL170z G6的2U機箱內(nèi)通過共享電源和散熱的架構(gòu)，提供無限制的氣流可以減少風扇負荷；與傳統(tǒng)的機架式服務器相比，SL170z G6每臺服務器的功率可以減少28%的電耗。

在管理方面，HP SL6000提供從采購、部署、配置到管理、維護的全面解決方案，使用標準化和模塊化的結(jié)構(gòu)，便于數(shù)據(jù)中心靈活搭配存儲和計算部件，簡化集成過程。例如使用ExSO的專業(yè)化服務和惠普的自動化供應鏈系統(tǒng)，簡化設計和批量部署；通過現(xiàn)場安裝服務，ExSO的架構(gòu)解決方案的交付將會迅速和專業(yè)，大大縮短部署時間；而通過前端系統(tǒng)布線可輕松訪問關(guān)鍵系統(tǒng)組件，減少服務和維護成本；使用惠普工廠快遞服務則能消除配置的麻煩，通過該服務，用戶可以實現(xiàn)以機柜為單位的個性化預配置和可測試的架構(gòu)解決方案；最令用戶頭疼的海量設備管理難題，則可通過可選擇機架控制單元取代手動控制，甚至還能監(jiān)測每個獨立服務器的用電，使得管理員可以將空閑資源分配到別處。

面向未來的系統(tǒng)

HP SL6000系列解決方案最令業(yè)界評論者興奮的或許不是它眼前的性能優(yōu)勢，而是它對GPGPU技術(shù)的完美支持。不同于傳統(tǒng)機架式和刀片服務器，HP SL6000系列中預留了豐富的PCI-e 接口，為CPU+GPU的組合預留了空間。眾所周知，由于受到空間、電力和冷卻等因素的限制，高性能集群系統(tǒng)節(jié)點機從過去的高主頻單核X86處理器轉(zhuǎn)向了多核，但多核系統(tǒng)目前也面臨著內(nèi)核數(shù)超過16個后，性能無法隨內(nèi)核數(shù)線性擴展以及并行軟件限制等問題。

在這一背景下，GPGPU技術(shù)的出現(xiàn)，為在工業(yè)應用和科學計算中計算性能的線性增長指出了新的發(fā)展趨勢。對石油勘探而言，部分特定應用，如傅立葉變換，采用GPGPU技術(shù)后，效率甚至可以提升數(shù)千倍：而可視化處理、解釋系統(tǒng)、疊前偏移、速度建模等也將變得更有效率；GPU將加快計算、數(shù)據(jù)、信息可視化，實現(xiàn)圖像分析、模式識別等的完美結(jié)合，在全球已有的應用案例中，利用這一技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)逆時偏移計算效率10～20倍的提升，而所需成本，不足10分之一。由此可見，未來數(shù)年的石油勘探領(lǐng)域，必將是如國產(chǎn)千萬億次機“天河一號”一般，采用GPGPU加速技術(shù)的高性能計算系統(tǒng)大放異彩的時代！