Эра тера-вычислений: платформы Intel как технологический фундамент развития мировой энергетики

Жан-Ив Блан (Jean-Yves Blanc), разработчик ИТ-решений французской компании CGGVeritas, занимающейся геофизической разведкой, выразил формулу динамики роста потребностей человечества в высокопроизводительных вычислениях одной простой фразой: «Дайте мне в 100 раз большую вычислительную мощность, и я найду ей применение». Затем он выдержал секундную паузу и добавил: «Дайте мне в 1000 раз большую мощность, я и ей найду применение»...

Из всех отраслей мировой экономики, использующих большие вычислительные мощности, обеспечиваемые процессорами корпорации Intel, вряд ли найдется индустрия с производственными нуждами большими, чем у нефтегазовой промышленности. Запасы полезных ископаемых стремительно тают, и в поисках новых, богатых ископаемыми недр рабочие станции и серверы, основанные на двухъядерных и четырехъядерных процессорах Intel® Xeon® на базе микроархитектуры Intel® Core™, а также системы на базе процессоров семейства Intel® Itanium® 2, обрабатывают гигантские объемы информации.

Вот несколько любопытных фактов:

• Для разработки одного месторождения нефти или газа разведывательная компания должна обработать информацию объемом не менее 100 ТБ (1 ТБ равен 1024 ГБ), что в десять раз больше всего объема печатной информации, накопленной библиотекой Конгресса США.

• Бурение скважины в неподходящем месте – не самое прибыльное вложение средств. Стоимость бурения морской нефтяной или газовой скважины колеблется от 5 до 100 млн долл. - и может оказаться даже дороже, как, например, в случае глубокого подводного залегания месторождения в Мексиканском заливе. В действительности при разведке нефтяных месторождений никогда нельзя быть полностью уверенным в правильности расчетов.

• Для снижения рисков неудачи нефте- и газоразведывательные компании вынуждены содержать громадные серверные парки и использовать высокоспециализированные программные средства для обработки геофизических данных. Например, компания CGGVeritas в настоящий момент содержит парк из 10 тыс. серверов на базе процессоров Intel Xeon. Вычислительная мощность, обеспечиваемая серверами на базе архитектуры Intel®, превышает 200 триллионов операций с плавающей запятой в секунду!

«Нефтегазовая отрасль обладает одной из наиболее динамично развивающихся компьютерных инфраструктур на базе высокопроизводительных систем. Она представляет для корпорации Intel огромный интерес», – говорит Ричард Дрэкотт (Richard Dracott), генеральный директор отдела по разработке высокопроизводительных систем (High Performance Computing, HPC) подразделения Digital Enterprise Group корпорации Intel.

Подповерхностная геологическая картина, созданная с помощью программы GeoProbe компании Landmark, работающей на системах на базе двухъядерных процессоров Intel Xeon.

Сегодня примерно четверть всех процессоров Intel для серверов продается для использования в высокопроизводительных системах.

«Последние модели двухъядерных и четырехъядерных процессоров Intel Xeon на базе микроархитектуры Intel Core демонстрируют отличную производительность, особенно в приложениях для сейсмического анализа, используемых для обнаружения и нанесения на карту подземных месторождений. Системы на базе процессоров Intel Itanium используются для работы приложений по моделированию подземных месторождений, позволяющих оптимизировать процесс извлечения нефти и газа из недр», – сообщил Дрэкотт.

При упоминании нефтяной разведки в сознании сразу же возникают образы бурильных платформ, однако на самом деле сердцем разведки является процессор. Рост вычислительных мощностей по мировой отрасли в целом составляет от 50 до 100% в год. Программные алгоритмы, используемые разведывательными компаниями для обнаружения нефтяных месторождений, имеют не только узкую специализацию, но и чрезвычайно сложны, причем их сложность продолжает расти.

Одним из широко распространенных геофизических программных пакетов для систем на базе процессоров Intel является GeoProbe производства компании Landmark. 400 модулей приложений и 4,5 млн строк кода, входящих в программу, так же сложны, как и специальные средства, используемые для проектирования самолетов. В руках опытных специалистов эта программа способна анализировать и преобразовывать поток первичных данных в чрезвычайно сложные трехмерные изображения подземных поверхностей.

Корабль французской разведывательной компании CGGVeritas, оснащенный гидрофонами, проводит разведку поверхности океана для исследования подводной геологии.

Откуда же берутся эти колоссальные объемы информации? В рамках стандартного проекта по разведке океанических нефтяных месторождений корабль исследует и картографирует участок океана площадью в 1000 км2. Судно ходит по маршруту, проложенному по сетке, и тянет за собой огромную сеть из примерно 3000 гидрофонов - акустических устройств, собирающих поток геологических данных о подводном пространстве.

Данные записываются на тысячи находящихся на борту накопителей на магнитной ленте (магнитная лента по-прежнему является стандартом в этой отрасли), которые затем переправляются на вертолете на берег, после этого перевозятся на самолете, и, в конце концов, терабайты ценной информации на грузовике доставляются в информационный центр. Перемещение информации на грузовике выглядит довольно непривычно, однако в геофизической отрасли объемы данных слишком велики для передачи их по сети.

Затем начинается процесс анализа и интерпретации данных. Современные рабочие станции под управлением процессоров Intel Xeon серии 5300 позволяют пользователям получать больше информации об исследованной области. При обработке данных на рабочих станциях предыдущего поколения можно было упустить из виду информацию о месторождениях из-за того, что пользователи были вынуждены обрабатывать данные, предварительно разбитые на большое количество маленьких массивов и затем собранные воедино. Совместное использование мощного программного обеспечения и последних достижений корпорации Intel в области увеличения производительности процессоров позволяет заказчикам получать гораздо более точные результаты, причем за значительно меньшее время.

«Объем данных, на обработку которых на больших серверных системах раньше уходило пять месяцев, теперь, благодаря использованию программы GeoProbe производства компании Landmark и высокопроизводительных рабочих станций на базе четырехъядерных технологий корпорации Intel, обрабатывается в течение нескольких минут», – подчеркнул Дуг Мейкл (Doug Meikle), вице-президент компании Landmark.

Картина глубоко залегающей поверхности, полученная с помощью приложения PowerView компании Landmark на системе под управлением двухъядерного процессора Intel Xeon.

Простой арифметический подсчет показывает, что сокращение пятимесячного труда до нескольких минут работы дает преимущество по времени почти в 40 тыс. раз.

На возможности использования новейших вычислительных технологий в нефтегазовой отрасли обратило внимание и исследовательское подразделение Corporate Technology Group (CTG) корпорации Intel.

«Геофизическое моделирование является великолепным примером применения параллельных вычислений. Однако исследования специалистов CTG в области тера-вычислений способны помочь еще больше развить эту сферу, – убежден Терри Смит (Terry Smith), технологический директор программы Tera-Scale Computing Research Program подразделения CTG корпорации Intel. — Наша деятельность позволит корпорации Intel в следующем десятилетии выпускать процессоры с десятками или даже сотнями ядер, что невероятно увеличит производительность процессоров. В рамках программы Tera-Scale Computing Research Program мы активно сотрудничаем с ключевыми компаниями в области финансов, рентгенографии, компьютерных игр для определения их потребностей в вычислительных мощностях».

Корпорация Intel обнаружила, что сейсмический анализ, используемый в работе предприятий нефтегазовой промышленности, имеет много общего с другими, более распространенными приложениями, такими как приложения для трассировки лучей. Моделирование звуковых волн, распространяющихся под землей, по словам Смита, сходно с моделированием световых лучей в приложениях с трехмерной графикой, реалистичность которой стремительно растет.

Однако для того, чтобы увидеть действительно прорыв в результатах геофизической работы, не нужно дожидаться появления процессоров с сотней ядер. Значительное увеличение вычислительной мощности компьютеров, ставшее возможным благодаря использованию процессоров Intel, позволяет отрасли начать разработку нефтяных месторождений, данные о которых не использовались в течение многих десятилетий.

В настоящее время многие компании пересматривают свое отношение к данным, которые собирались в течение последних двадцати лет лишь для того, чтобы пылиться в архивах. Теперь пыль с них сдувается, и информация возвращается, чтобы принести пользу. Почему? Да все просто. Архивы содержат терабайты данных, которые в то время были слишком сложными для обработки с помощью существовавших вычислительных средств и поэтому слишком рискованными для проведения разведывательных работ, стоимость которых может превышать 100 миллионов долларов. Благодаря последним достижениям корпорации Intel в производстве процессоров «старые» данные предоставляют информацию о новых источниках энергии.

elena.feklina@apnet.ru