計(jì)算創(chuàng)新再為“找油”賦能

從20世紀(jì)90年代到21世紀(jì)初，油氣勘探行業(yè)的計(jì)算能力每五年就會翻十倍。而近幾年，這一速度更是達(dá)到了每兩年翻十倍。和90年代初期相比，現(xiàn)在油氣勘探行業(yè)的計(jì)算能力已是當(dāng)初的10萬倍不止。在不到25年的時(shí)間里，計(jì)算技術(shù)的每一次飛躍在助推我國石油“強(qiáng)國夢”實(shí)現(xiàn)的同時(shí)，也讓整個(gè)油氣勘探行業(yè)進(jìn)入了高速發(fā)展期。

數(shù)據(jù)爆炸引發(fā)HPC架構(gòu)、技術(shù)需求變化

隨著油氣資源“二次開發(fā)”需求的出現(xiàn)和油氣勘探從陸地走向海洋進(jìn)程的加速，從2011年開始，石油勘探行業(yè)就進(jìn)入海量數(shù)據(jù)處理時(shí)代。為了完成海量采集數(shù)據(jù)的深度分析，從而精準(zhǔn)定位油氣資源，HPC（高性能計(jì)算）技術(shù)的重要性日趨凸顯，甚至已成為油氣勘探行業(yè)生產(chǎn)效率的支柱。

但幾乎每一年，數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量和前一年相比，都會出現(xiàn)幾何級數(shù)的增長，而這種增長又不斷驅(qū)動(dòng)著油氣勘探行業(yè)HPC應(yīng)用的革新。今年，數(shù)據(jù)量的爆炸式增長又一次改變了油氣勘探行業(yè)HPC的應(yīng)用模式。

“和去年相比，今年我們的數(shù)據(jù)量又增長了3倍?！睎|方地球物理公司研究院處理總中心總工程師賴能和告訴記者，隨著地震采集技術(shù)的迅速發(fā)展、采集點(diǎn)數(shù)的增多，數(shù)據(jù)量增長的速度已經(jīng)超過了他們?nèi)ツ甑念A(yù)測。無論是常規(guī)處理還是高密度處理，現(xiàn)今的地震處理技術(shù)都發(fā)生了不少變化，從過去單個(gè)方位的采集發(fā)展到多方位采集，再通過特殊技術(shù)將多方位采集信息充分利用。過去一年數(shù)據(jù)量的變化，讓油氣勘探行業(yè)對HPC應(yīng)用架構(gòu)和相關(guān)技術(shù)的需求都發(fā)生了較大的變化。

數(shù)據(jù)爆炸首先帶來的就是HPC系統(tǒng)的架構(gòu)變化。針對海量數(shù)據(jù)的處理，對HPC系統(tǒng)的并行優(yōu)化和運(yùn)行效率的提升非常重要。過去一年，在賴能和所負(fù)責(zé)的HPC數(shù)據(jù)中心里，英特爾SandyBridge V2架構(gòu)的處理器已被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)系統(tǒng)。以至強(qiáng)E3、E5上市的時(shí)間來看，隨著數(shù)據(jù)量的高速增長，油氣勘探行業(yè)對并行計(jì)算系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)性能提升且能耗下降的需求，顯然是越來越迫切了。此外，CPU加協(xié)處理器組成的協(xié)同計(jì)算平臺受到了油氣勘探行業(yè)的實(shí)質(zhì)性接納，賴能和表示，他們已經(jīng)測試了英特爾協(xié)處理器 Xeon Phi與GPU相互配合的效果，和至強(qiáng)E5 2670相比，3.6倍的性能提升的測試結(jié)果讓他們非?！皠?dòng)心”，年內(nèi)可能就會出現(xiàn)應(yīng)用。

其次，用戶的關(guān)注點(diǎn)也不再僅是計(jì)算節(jié)點(diǎn)性能的提升?！癏PC主要應(yīng)用于海量數(shù)據(jù)處理，但現(xiàn)在單個(gè)文件就能達(dá)到20TB～30TB，甚至是50TB，高效處理這種規(guī)模的數(shù)據(jù)，對整個(gè)計(jì)算系統(tǒng)，包括存儲、網(wǎng)絡(luò)、I/O的要求都會很高?！痹谫嚹芎涂磥?，當(dāng)前石油勘探行業(yè)的HPC挑戰(zhàn)，并不是單純依靠百億億次計(jì)算能力的實(shí)現(xiàn)可以解決的，HPC性能的提升開始越來越依靠三個(gè)要素——計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)和存儲的協(xié)同。除了更高性能的計(jì)算平臺外，他們過去兩年的主要投入都放在了解決網(wǎng)絡(luò)與存儲的瓶頸上。在提升CPU利用率，以及通過改進(jìn)算法提升并行計(jì)算性能的同時(shí)，賴能和認(rèn)為過去兩年對HPC系統(tǒng)最有效的改造措施是增加內(nèi)存和升級至萬兆數(shù)據(jù)網(wǎng)。過去兩年，他們總共投入了400多萬元來進(jìn)行此方面的技術(shù)改造，結(jié)果是“效果非常明顯，性能提升了兩倍以上”。

不僅如此，去年通過采用SSD技術(shù)，在一些處理海量數(shù)據(jù)的關(guān)鍵算法上，賴能和發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)至少能提升6倍的時(shí)間效率。而通過應(yīng)用英特爾的DCM數(shù)據(jù)中心管理軟件，能耗成本也下降了10%。

傳統(tǒng)行業(yè)大數(shù)據(jù)從思考走向?qū)嵺`

從傳統(tǒng)意義上看，油氣勘探行業(yè)并不是一個(gè)典型的大數(shù)據(jù)行業(yè)，這是由其應(yīng)用特點(diǎn)決定的。雖然其具備海量數(shù)據(jù)需要處理的特點(diǎn)，但由于采集數(shù)據(jù)文件龐大，很難通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸、實(shí)時(shí)處理，但這并不妨礙油氣勘探行業(yè)的用戶從大數(shù)據(jù)解決方案中尋找可以解決自身問題的方法，以及突破其傳統(tǒng)應(yīng)用的局限性。

“去年，我們剛開始接觸大數(shù)據(jù)，主要是研究‘怎么能做的問題。今年，我們已經(jīng)在考慮‘怎么做更好了?！睆拇髷?shù)據(jù)處理的角度來看，他們已經(jīng)找到了一些規(guī)律，在很多技術(shù)上也已經(jīng)度過了“磕磕絆絆”的階段，不會再像過去那樣“做一步停一步”。處理10TB的數(shù)據(jù)量級，對他們而言已是較輕松的任務(wù)了。過去處理380GB數(shù)據(jù)就要耗費(fèi)9個(gè)月，今年幾十TB數(shù)據(jù)只用一半時(shí)間。

“大數(shù)據(jù)最主要的工作：一是數(shù)據(jù)采集，二是數(shù)據(jù)分析，三是分析后的挖掘。”在英特爾（中國）有限公司行業(yè)合作與解決方案部中國區(qū)高級經(jīng)理、行業(yè)資深架構(gòu)師龔毅敏看來，雖然油氣勘探行業(yè)不像互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)那樣容易出現(xiàn)典型的大數(shù)據(jù)應(yīng)用，但其實(shí)在很多應(yīng)用場景油氣勘探用戶都可以用到大數(shù)據(jù)相關(guān)技術(shù)，例如油氣行業(yè)的安全監(jiān)控，就可以運(yùn)用大數(shù)據(jù)分析實(shí)現(xiàn)安全保障。在電力行業(yè)，經(jīng)過大數(shù)據(jù)分析進(jìn)行預(yù)測后，就可以通過適當(dāng)調(diào)配解決電網(wǎng)輸電配比不均衡的問題，類似這樣的場景有很多應(yīng)用大數(shù)據(jù)的機(jī)會。

目前，通過在Hadoop開源社區(qū)的持續(xù)貢獻(xiàn)，英特爾正在幫一些行業(yè)用戶解決Hadoop在實(shí)際應(yīng)用中系統(tǒng)的優(yōu)化問題。結(jié)合行業(yè)應(yīng)用的特點(diǎn)，英特爾已經(jīng)和油氣勘探、能源等行業(yè)的用戶一起，展開了多種應(yīng)用場景下的大數(shù)據(jù)技術(shù)探討和深度合作。更多的行業(yè)用戶，正因此參與到大數(shù)據(jù)應(yīng)用的實(shí)踐中來。

端到端的計(jì)算創(chuàng)新即將帶來改變

盡管油氣勘探這樣的行業(yè)，目前主要的計(jì)算力需求依舊是來自數(shù)據(jù)中心的HPC應(yīng)用，但隨著數(shù)據(jù)采集技術(shù)的發(fā)展，智能物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備未來的廣泛應(yīng)用必然會為這個(gè)行業(yè)帶來產(chǎn)能全面升級的機(jī)會。端到端的計(jì)算力提升，也會隨之成為油氣勘探等行業(yè)發(fā)展的新動(dòng)力。

在新興的物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，英特爾目前可以提供在性能、功耗和功能上具備多樣化特點(diǎn)的產(chǎn)品組合，包括至強(qiáng)、酷睿和凌動(dòng)產(chǎn)品線，既有傳統(tǒng)的處理器，也有集成了更多功能的系統(tǒng)芯片（SoC）。2013年，英特爾又發(fā)布了以Quark為代表的采用開放微架構(gòu)的針對物聯(lián)網(wǎng)和可穿戴設(shè)備的新一代處理器產(chǎn)品原型。這些產(chǎn)品如果搭配英特爾在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)領(lǐng)域的技術(shù)成果，例如風(fēng)河（WindRiver）M2M智能設(shè)備平臺等，將有望大幅提升油氣勘探、能源行業(yè)專用智能物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備開發(fā)和應(yīng)用的速度。

在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域，剛剛發(fā)布的第43屆全球高性能計(jì)算機(jī)TOP500榜單上，已有85%的上榜系統(tǒng)采用了英特爾至強(qiáng)處理器。新上榜系統(tǒng)中，有高達(dá)97%的系統(tǒng)采用了英特爾CPU。而至強(qiáng)融核協(xié)處理器，問世18個(gè)月便在TOP500榜單整體性能份額中占據(jù)了18%的輸出量。無論是最新的TOP500排行榜，還是中國高性能計(jì)算TOP100排行榜上，用于地球物理研究，以及能源行業(yè)的高性能計(jì)算系統(tǒng)無一例外地采用了英特爾技術(shù)。在HPC領(lǐng)域，英特爾已經(jīng)成為最重要?jiǎng)?chuàng)新技術(shù)推動(dòng)者。

目前，英特爾還在推進(jìn)下一代計(jì)算技術(shù)的革命，如在高性能計(jì)算領(lǐng)域，為沖刺百億億級目標(biāo)，英特爾就于近日公布了代號為Knights Landing的新一代至強(qiáng)融核處理器計(jì)劃，以及與之相搭配的英特爾Omni ScaleFabric全新互連技術(shù)。前者不但延續(xù)了現(xiàn)有至強(qiáng)融核協(xié)處理器與至強(qiáng)處理器在軟件上的兼容性，還有望將性能提升到3TFLOPs（雙精度浮點(diǎn)計(jì)算）；后者則能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)不同組件間更快速度、更高帶寬與更低延遲的互連，它將被集成到Knight Landing和下一代14納米制程的至強(qiáng)處理器中，可有效改善此前制約系統(tǒng)性能提升的數(shù)據(jù)傳輸瓶頸。對百億億次計(jì)算能力的突破，又會將行業(yè)應(yīng)用帶入全新的制高點(diǎn)。