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(fèi)國，但中國石油產(chǎn)量每年的增長率遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(jì)算機(jī)需求最大、應(yīng)用最深的行業(yè)，尤其是在采用地震波法進(jìn)行勘探后，對高性能計(jì)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(jì)算應(yīng)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(diǎn)計(jì)算密集型應(yīng)用，以求解數(shù)據(jù)密集的波動(dòng)方程為主要計(jì)算模式，因此對浮點(diǎn)計(jì)算能力要求較高，對大量密集的處理需要良好的多核擴(kuò)展性。而油藏模擬對計(jì)算平臺(tái)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(jì)算密集應(yīng)用。

結(jié)合這兩大類石油勘探領(lǐng)域核心高性能計(jì)算應(yīng)用的特點(diǎn)，以及石油企業(yè)對于勘探業(yè)務(wù)計(jì)算任務(wù)執(zhí)行效率和成本的要求，適用于這一領(lǐng)域的高性能計(jì)算解決方案，必須要具備以下四個(gè)特性：
1.具有強(qiáng)大的性能，特別是浮點(diǎn)計(jì)算性能、并行計(jì)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(jià)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(biāo)準(zhǔn)，軟硬件層面都有廣泛的合作伙伴支持。

實(shí)際應(yīng)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(shí)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(wù)副總經(jīng)理羅國安認(rèn)為，高性能計(jì)算技術(shù)面臨著提高計(jì)算效能、破解數(shù)據(jù)處理“瓶頸”和降低能耗三個(gè)考驗(yàn)。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(jì)算系統(tǒng)上的電費(fèi)就達(dá)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(jì)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(rèn)為存在著四個(gè)挑戰(zhàn)：機(jī)柜多、節(jié)點(diǎn)多，壞了也不清楚，設(shè)備狀態(tài)無法及時(shí)掌握；存儲(chǔ)陣列多，無法做預(yù)防性維護(hù)，設(shè)備狀態(tài)無法及時(shí)掌握；數(shù)據(jù)交換機(jī)多，出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)問題后很難迅速找到故障點(diǎn)；沒有科學(xué)、合理的調(diào)度和管理手段。

破局者：HP SL6000

面臨上述嚴(yán)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(shí)際應(yīng)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(diǎn)計(jì)算、并行計(jì)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(kuò)展計(jì)算與基礎(chǔ)設(shè)施(SCI) 解決方案滿足。相比傳統(tǒng)HPC系統(tǒng)，基于英特爾®至強(qiáng)®5500系列處理器的惠普SL6000 系列產(chǎn)品最為顯著的特點(diǎn)就是性能上的大幅提升：英特爾®至強(qiáng)®5500系列處理器不但借助Nehalem微架構(gòu)實(shí)現(xiàn)了相當(dāng)于英特爾®至強(qiáng)®5400系列處理器兩倍的計(jì)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(tái)平臺(tái)提高了4倍之多，這些指標(biāo)加上它共享的大容量緩存設(shè)計(jì)，使它更加適用于內(nèi)存帶寬敏感型的應(yīng)用。例如在石油勘探的應(yīng)用中，它就可明顯改善油藏摸擬類應(yīng)用的性能（提升達(dá)2.54倍，應(yīng)用Eclipse算例），并使RTM/CRAM等對計(jì)算性能和內(nèi)存帶寬要求更高的算法成為實(shí)際可用的產(chǎn)品，從而推動(dòng)石油勘探技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)入一個(gè)全新時(shí)代。

此外，HP ProLiant SL170z G6 服務(wù)器針對數(shù)據(jù)處理“瓶頸”，還專門增強(qiáng)了直連存儲(chǔ)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(shí)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(dú)到的解決方案。在HP ProLiant SL170z G6的2U機(jī)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(fēng)扇負(fù)荷；與傳統(tǒng)的機(jī)架式服務(wù)器相比，SL170z G6每臺(tái)服務(wù)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(hù)的全面解決方案，使用標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化的結(jié)構(gòu)，便于數(shù)據(jù)中心靈活搭配存儲(chǔ)和計(jì)算部件，簡化集成過程。例如使用ExSO的專業(yè)化服務(wù)和惠普的自動(dòng)化供應(yīng)鏈系統(tǒng)，簡化設(shè)計(jì)和批量部署；通過現(xiàn)場安裝服務(wù)，ExSO的架構(gòu)解決方案的交付將會(huì)迅速和專業(yè)，大大縮短部署時(shí)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(wù)和維護(hù)成本；使用惠普工廠快遞服務(wù)則能消除配置的麻煩，通過該服務(wù)，用戶可以實(shí)現(xiàn)以機(jī)柜為單位的個(gè)性化預(yù)配置和可測試的架構(gòu)解決方案；最令用戶頭疼的海量設(shè)備管理難題，則可通過可選擇機(jī)架控制單元取代手動(dòng)控制，甚至還能監(jiān)測每個(gè)獨(dú)立服務(wù)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(píng)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(jī)架式和刀片服務(wù)器，HP SL6000系列中預(yù)留了豐富的PCI-e 接口，為CPU+GPU的組合預(yù)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(diǎn)機(jī)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(gè)后，性能無法隨內(nèi)核數(shù)線性擴(kuò)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(yīng)用和科學(xué)計(jì)算中計(jì)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(yīng)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(jì)算、數(shù)據(jù)、信息可視化，實(shí)現(xiàn)圖像分析、模式識(shí)別等的完美結(jié)合，在全球已有的應(yīng)用案例中，利用這一技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)逆時(shí)偏移計(jì)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(jī)“天河一號(hào)”一般，采用GPGPU加速技術(shù)的高性能計(jì)算系統(tǒng)大放異彩的時(shí)代！