一次運算理念的革命
油氣地震勘探資料處理計算量龐大，許多大型、超大型計算機被應用于這一領域。但大規(guī)模并行機占地面積大、運行功耗高等矛盾也制約著先進處理技術的廣泛應用。
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濃縮到一個普通的臺式工作站或機架服務器中，并以其超強的運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企業(yè)NVIDIA（英偉達）公司與國內(nèi)地球物理服務供應商北京吉星吉達（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)明使電腦在運行應用程序時減少了對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。有專家認為，現(xiàn)在的GPU應該稱為“大規(guī)模多線程并行處理器”或“GPU計算機”，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具備卓越的浮點性能，可為眾多應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。應用程序的順序計算部分在CPU上運行，密集型并行計算部分在GPU上運行。雖然應用程序使用了GPU的卓越性能來提升運行性能，但對用戶而言，他們所能感知到的將只是運行速度的大幅提升。
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)，包含有專為科學應用程序優(yōu)化的特性，如IEEE標準雙精度浮點硬件支持、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成功于應用油氣領域
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識。
NVIDIA公司的Tesla產(chǎn)品線目前有兩種。TeslaS1070通常與服務器和工作站相連，內(nèi)含4顆TeslaC1060GPU，可實現(xiàn)略多于4萬億次的浮點運算，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)品組成的臺式機工作站則主要面向個人研究人員，可以實現(xiàn)4萬億的浮點運算能力，費用僅在1萬美元以下。
杰夫·桑德斯形象地告訴記者，采用單個TeslaGPU的臺式機工作站相當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)地球物理服務供應商北京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。這一解決方案可大幅提升復雜地震數(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)運算方式相比，現(xiàn)在這些大型數(shù)據(jù)集的計算任務可以在更小、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就可實現(xiàn)包含66顆CPU的計算機集群的計算能力。
近幾個月來，中國科學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的計算機集群相比，24顆TeslaGPU的處理速度提升了600倍以上。中國科學院研究人員認為，通過進一步調(diào)整還可以達到更快的速度。
節(jié)能是這一新的解決方案的又一亮點。經(jīng)初步測算，6個節(jié)點的GPU/CPU相當于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，設備空間僅為1/15，耗電僅為1/25。
有專家認為，GPU/CPU協(xié)同并行計算機的出現(xiàn)將使更大處理量的疊前偏移常規(guī)化應用成為可能，這對于找油、找氣，特別是對我國復雜的陸上油氣勘探帶來了新的希望。
