Рейтинг@Mail.ru
Навигация

← Предыдущая статья             Содержание номера             Следующая статья →

Журнал First Break – Январь 2009 – Выпуск 1 – Том 27 – Новости EAGE

Изменение роли высокопроизводительных компьютерных систем в геофизическом сообществе

В рамках конференции EAGE Rome 2008 прошел первый семинар, полностью посвященный вычислительным задачам и положению и эволюции технологий высокопроизводительных компьютерных систем (high performance computing (HPC)) в геофизике 'Computing trends in O&G and Earth Sciences'. Nicola Bienati (Eni), Henri Calandra (Total), Jean Virieux (LGIT), Tom McClure (IBM), и Yves Bostroem (HP) представили свой отчет об этом мероприятии Движущей силой семинара стало признание того факта, что продвижение нефтяной и газовой промышленности и геофизических наук по исследованию внутреннего строения Земли сильно зависит от: 1) способности анализировать постоянно возрастающий объем данных, 2) способности моделировать процессы постоянно увеличивающейся сложности. Оба требования подразумевают необходимость выполнять большее количество компьютерных вычислений за более короткое время. Поэтому наше сообщество начало изыскания по внедрению новых компьютерных технологий. Развитие компьютерных технологий для геофизических приложений продолжается уже длительное время, и зачастую ограничивалось скоростью развития высокопроизводительных компьютерных систем. Однако, мы полагаем, что ситуация в корне меняется: скорость развития высокопроизводительных компьютерных систем быстро растет под влиянием факторов, не связанных с геофизическими науками и вообще научными приложениями (скорее, это связано с развитием игровой индустрии). Мы достигли момента, когда роли поменялись, и развитие геофизических приложений стало следовать за развитием компьютерных систем. Это означает, что для геофизического сообщества крайне важно следить за изменениями в области развития высокопроизводительных компьютерных систем и обмениваться опытом по их использованию. Семинар состоял из двух частей: первая в основном была посвящена приложениям, в которых необходимо использование высокопроизводительных компьютерных систем, а вторая — компьютерным технологиям. HPC приложения Первым выводом семинара стало то, что, несмотря на постоянное развитие компьютерной техники, алгоритмы продолжают играть центральную роль в решении сложных задач, и достижение нужной точности может ограничиваться материальными ресурсами (памятью). Например, Cedric Taillandier (Ecoles des Mines) показал, как использование метода сопряженных уравнений для томографии на основе преломленных волн позволяет распараллелить задачу, что очень хорошо соответствует распределению памяти и позволяет получить значительное повышение скорости (до 85% в 256 жилах). С другой стороны, Xavier Pinel (CERFACS) рассказал, что сильно запараллеленная архитектура делает возможным решение 3-х мерного уравнения Гельмгольца, но приемлемый цикл может быть получен только при разработке эффективных начальных условий, что относится к области численного анализа, где еще предстоит большая исследовательская работа. Jean Virieux рассказал, как новая гибридная программа (использующая прямой и итеративный подход) может дать оптимальный путь для волнового моделирования в 3D частотном домене. С точки зрения алгоритмов, некоторые важные моменты значительно упрощают работу программистов. Issam Tarrass (TOTAL) в своей презентации показал, как некоторые новые возможности базы данных MPI, например, виртуальная топология, упрощают разработку конечных разностных схем высокого порядка для решения уравнения звуковой волны, используемое при моделировании собранных 3D сейсмических данных. Emanuele Casarotti (INGV) и Biondo Biondi (SEP) рассматривают важность автоматической интерпретации в двух различных контекстах: для моделирования с конечным числом элементов и интерпретации сейсмических данных. Casarotti показывает, что при моделировании с конечным числом элементов более 80% времени оператора тратится на объединение данных внутри модели. Он предложил новую программу для осуществления параллельного объединения. Согласно расчетам проф. Biondi, доступная сегодня вычислительная мощность делает возможным переход от сейсмических изображений через обработку данных (или транспозицию) к сейсмическим изображениям через инверсию. Наряду с другими преимуществами такого подхода, выражающимися в качестве результата, он также дает возможность интегрировать интерпретацию в изображение. HPC технологии Во второй части семинара внимание участников сфокусировалось на компьютерных технологиях. Одна из важнейших тем — многоядерные процессоры и акселераторы. Jose Cela (Barcelona Supercomputing Centre) сделал обзор основных требований к процессорам в peta-scale системах: низкая стоимость, низкая потребляемая мощность, возмож-ность поддержки для программирования, и использование существующих кодов. Он предло-жил процессор Cell BE от IBM в качестве кандидата на использование в peta-scale системах, поскольку он удовлетворяет всем указанным требованиям. Он показал, как и насколько миграция (RTM), один из наиболее интенсивных алгоритмов для изображения глубоких слоев, была ускорена с помощью Cell. Поскольку совершенно ясно, что многоядерные процессоры — единственный путь эволюции CPU, Michael Perrone (IBM) обсуждает влияние многоядерной архитектуры на процесс программирования. Ключевым стал вывод о важности использования соответствующей техники программирования, например, "blocking", т.е. деление данных на блоки, помещаемые в локальную память процессора. Он делает заключение, что 'все связано с данными', подразумевая, что должны разрабатываться новые алгоритмы, с самого начала принимающие во внимание многоядерность процессора. Серьезную конкуренцию для многоядерного процессора могут составить графические системы для обработки данных (graphical processing unit (GPU)), которые представляют собой графические карты для научных расчетов. В своей работе Alexander Loddoch (Chevron) и Scott Morton (Hess Corporation) рассказали о личном опыте общения с Nvidia GPU. Loddoch, в частности, подчеркивает простоту программирования; в этом отношении Nvidia GPU предлагают поддержку библиотеки формата CUDA (compute unified device architecture), которая обеспечивает ряд пользовательских функций и позволяет программировать с помощью стандартных языков программирования Си или Фортран без необходимости использовать специальные графические интерфейсы (API). Он также продемонстрировал впечатляющее возрастание скорости для 3D конечного моделирования по сравнению со стандартной многоядерной платформой. Такое же увеличение скорости получил Scott, который также рассказал о своем многолетнем опыте тестирования различных акселераторов. По-видимому, графические устройства станут конечной точкой его опыта (по крайней мере, на время), так как, по мнению Скотта, они показывают наилучшее отношение цена/качество и дают 10-кратное повышение характеристик по сравнению с используемыми персональными компьютерами. Это убедило Hess в 2007 году купить первый модуль, оснащенный графическим вычислительным устройством. Наконец, Bruno Stefanizzi (AMD) рассказал об усилиях своей компании, направленных на разработку гибрида CPU+GPU, который должен преодолеть главную трудность использования графических устройств, т.е. передачу данных из памяти в GPU. В конце семинара прошло общее обсуждение, в котором приняли участие представители основных производителей компьютерного оборудования, в том числе IBM, Intel, AMD, HP, и Nvidia. Одна из тем общего обсуждения касалась проблемы охлаждения информационного центра и того, как различные производители решают проблему рассеяния энергии. Консультации и планы на будущее Участие слушателей в семинаре на протяжении всего времени работы было более чем удовлетворительным, постоянно присутствовало более 50 слушателей. Это подтверждает интерес геофизиков к предмету обсуждения. Конечно, семинар был не в состоянии охватить все задачи, связанные с компьютерной обработкой данных (например, совсем не были затронуты системы записи и ввода/вывода информации); да и не может единственный семинар рассмотреть и исследовать все развивающееся поле вычислительной техники. Поэтому, для продолжения диалога, научный совет EAGE уполномочен создать команду по компьютерной обработке данных, которая будет включена в работу всех геофизических мероприятий. Целью ее создания является поддержка технических заседаний, посвященных приложениям, практическим реализациям, и практическим задачам, организация семинаров, нацеленных на общее обсуждение, и помощь EAGE в поддержке образовательных программ, возможно при сотрудничестве с SEG. HPC команда при научном совете EAGE в данный момент состоит из Nicola Bienati (nicola. bienati@eni.it), Henri Calandra (henri. calandra@total.com, и Jean Virieux (viri@geoazur.unice.fr), но она полностью открыта для всех желающих внести свой вклад в ее работу. Любые предложения, касающиеся новых инициатив и.




← Предыдущая статья             Содержание номера             Следующая статья →















Яндекс цитирования
Журнал First Break и материалы всех мероприятий EAGE направляются на индексацию в систему Scopus.
Журналы Basin Research, Geophysical Prospecting, Near Surface Geophysics и Petroleum Geoscience направляются на индексацию в системы Scopus и Web of Science.