Рейтинг@Mail.ru
Навигация

← Предыдущая статья             Содержание номера             Следующая статья →

Журнал First Break – Ноябрь 2015 – Выпуск 11 – Том 33 – Новости EAGE

Сверхвычисления или сверхконкуренция — вот в чём вопрос

На втором семинаре EAGE по высокопроизводительным вычислениям в нефтегазовой отрасли, состоявшемся 13-16 сентября 2015 г. в Дубае (ОАЭ), проходили самые разнообразные дискуссии. Представляем краткий обзор самых запоминающихся моментов семинара.

Несмотря на спад в секторе геологоразведки нефтегазовой отрасли, количество участников было почти таким же, как на прошлогоднем семинаре в Ханье на Крите [см. First Break, январь 2015 года, с. 14—15].

На семинаре были озвучены новые идеи и представлены технологические инновации. К числу инноваций относились новые архитектуры, опровергающие некоторые допущения в традиционных алгоритмах, и алгоритмы, перестроенные с учётом предполагаемого оборудования.

Задача этой серии семинаров EAGE состоит в отслеживании современного состояния широкомасштабных приложений, внедряемых в нефтегазовой отрасли для сейсмической инверсии и моделирования коллекторов, а также прогнозировании будущих возможностей, которые сопровождают постоянно растущие вычислительные мощности.

Возникают также вопросы другой направленности. Какие изменения в оборудовании и программном обеспечении приведут к созданию ИТ-решений, которые окажутся наиболее востребованными в нефтегазовой отрасли? Перед участниками семинара, представляющими разные научные дисциплины, научные учреждения и компании, вставал один глобальный вопрос: «Что важнее — сверхвычисления или сверхконкуренция?». В программу семинара были включены несколько основных и прикладных докладов, в промежутках между которыми велись дискуссии. Завершился семинар дополнительной полудневной сессией, посвящённой практическим занятиям по оптимизации кода для многоядерных процессоров, предложенным группой специалистов из Intel.

Всех без исключения участников интересовали проблемы экзафлопсных вычислений, даже тех, чей опыт в этой области находится гораздо ниже указанной границы, и всё из-за явно ощутимого выравнивания тактовой частоты процессоров. Последствием этого является то, что все платформы для моделирования теперь имеют несколько ядер с совместно используемыми блоком памяти процессора и последовательными иерархическими уровнями кэш-памяти. Основными проблемами экзафлопсных вычислений на уровне процессора являются следующие: (1) уменьшение пропускной способности памяти на ядро и (2) снижение устойчивости к скрытым отказам со стороны более простых энергосберегающих ядер. Парадигмы векторного и SIMT-программирования позволяют снизить период ожидания за счёт высокой пропускной способности, однако количество алгоритмов, в которых используются эти парадигмы, ограничено. Кроме того, проблемы, связанные с полосой пропускания и задержками, характерны для вычислений любого уровня, а системы с массивной параллельной распределённой обработкой добавляют проблемы, связанные с глобальной синхронизацией и растущей уязвимостью к аппаратным ошибкам. Участники семинара обсудили множество инноваций, призванных решить текущие и ожидаемые ограничения, налагаемые слишком большой мощностью оборудования.

Открыла семинар Bettina Bachmann, вице-президент компании Shell по геологическому и скважинному ПО и технологиям. Она вкратце остановилась на постоянно растущей важности моделирования и анализа «супермассивов данных» для крупных добывающих компаний, позволяющей им сохранять конкурентоспособность. Ведь принятие решений о бурении предполагает затрату сотен миллионов долларов, поэтому данные, хранящиеся на диске, приобретают не меньшую ценность, чем запасы нефти и газа в недрах земли.

Steve Scott, технический директор компании Cray Research, сделал акцент на агрессивной погоне поставщиков оборудования за производительностью. Поставщики больших вычислительных систем предлагают решения на основе многоядерных процессоров Intel и NVIDIA GPGPU, при этом системы объединены в высокопроизводительные сети с ещё большим количеством уровней иерархической памяти. С 2015 года сюда также входит большой «пакетный буфер» с энергонезависимой флэш-памятью, который заполняет самый значительный пробел, вызывающий задержку при высокопроизводительных вычислениях, — между динамическим ЗУ и вращающимися дисками.

Maarten de Hoop, который недавно перешёл из Университета Пердью в хьюстонский Университет Райса, в качестве председателя сессии, посвящённой применению вычислительной и прикладной математике в науках о Земле, стал инициатором дискуссии о сейсмической инверсии, громко заявив об актуальности иерархически низкоуровневых методов линейной алгебры, в частности, для решения уравнения Гельмгольца в частотной области. Потребность в памяти обычных решателей трёхмерных уравнений Гельмгольца в пространственной и частотной областях для сохранения конкурентоспособности растёт быстрее, чем та память, которую могут предложить суперкомпьютеры, поэтому растёт интерес к новым математическим методам, в которых используются низкоуровневые структуры, характерные для большинства операторов PDE.

Vincent Natoli, президент компании Stoneridge Technology, стал последним из основных докладчиков, выступив с презентацией, в которой проводилось чёткое различие между двумя основными вычислительными архитектурами. Графические процессоры общего назначения в программном обеспечении Echelon, выпускаемом его компанией, располагаются спереди и в центре, обеспечивая очень быстрое время выполнения, которое на порядок быстрее, чем в являющейся отраслевым стандартом модели SPE10 и других средствах моделирования коллекторов.

Технический комитет сознательно распределил четыре темы, заявленные в основных докладах (внутриотраслевая конкуренция в области HPC, направления деятельности поставщиков, достижения в области сейсмической инверсии и моделирование коллекторов), по пяти сессиям, запланированным на два с половиной дня программы семинара. Во время обсуждений были сделаны выводы о некоторых позитивных сдвигах, включая возросшее со времени семинара 2014 г. понимание того, какая часть моделирования больше всего подходит для применения GPGPU и специализированных многократноядерных ускорителей.

Четыре 45-минутных обсуждения во время семинара прошли очень оживлённо, включая перепалку сторонников конкурирующих концепций моделей программирования. По некоторым вопросам было достигнуто полное единодушие, например о необходимости междисциплинарного подхода при формировании современных исследовательских групп. В 1990-е годы рабочие группы обычно включали специалистов в определённых областях, таких как геофизики, математики и специалисты по информатике. Стандартизация моделей программирования и разработка масштабируемых решателей привели к временному преобладанию разделения задач. Группы специалистов должны были включать только профессионалов одного и того же направления, которые налаживали взаимодействие с другими узкими специалистами. Переход к экзафлопсным вычислениям, возрастающая сложность используемых алгоритмов и применение ПО, способного работать с многоядерными вычислительными архитектурами, привели к формированию междисциплинарных команд. Такая тенденция отразилась в появлении термина «совместная разработка», который используется в инициативах стран большой восьмёрки по развитию экзафлопсного ПО.

Несколько раз на семинаре звучала тема языков программирования и компиляторов, которые позволили бы обычным программистам легко применять свои знания на суперкомпьютерах с экзафлопсной архитектурой. В настоящее время во многих кодах используется стандарт OpenMP. Недавно предложенный программный стандарт OpenACC обладает всеми возможностями OpenMP, но обгоняет последний примерно на два года с точки зрения средств, необходимых для адаптации к гетерогенной вычислительной среде. Компании отрасли по понятным причинам хотят избежать рисков при разработке, связанных с применением новых стандартов. Нет никакой уверенности в том, что они захотят внедрять новый стандарт OpenACC и менять рабочие коды, которые являются корпоративной ценностью.

Несмотря на то, что во многих выступлениях был сделан акцент на внутриузловой оптимизации, воплощённой в MPI+X для широко распространённых открытых исходных кодов, сопредседатель семинара Amik St-Cyr из Shell сфокусировал внимание на обратной задаче внешней узловой оптимизации в многочисленных собственных кодах компаний, обозначив эту проблему как X+MPI. Сопредседатель семинара David Keyes из Научно-технологического университета имени короля Абдаллы выступил в защиту нескольких уровней MPI как самого надёжного способа достижения иерархического параллелизма, несмотря на то, что при этом сам интерфейс MPI должен быть внедрён в упрощённом виде для реализации на более мелкомодульном внутреннем уровне.

В докладах, представленных Aramco и Exxon-Mobil, была затронута проблема обеспечения компьютерных центров и более эффективного их использования с выполнением требований к отказоустойчивости, предъявляемых инженерами. Счета за электроэнергию, которые получают действующие вычислительные центры, как правило, не были определяющими факторами в стратегии компаний, но теперь они становятся таковыми.

Неоднократно подчёркивалось, что оценка доступности и стоимости ископаемых видов топлива в будущем стала возможной благодаря современным технологиям обнаружения и извлечения ресурсов. Их надёжность и эффективность, в свою очередь, стали результатом достижений в области информационных технологий и математических алгоритмов. Прогресс в области математических имитационных моделей, анализа больших массивов данных, параметрической инверсии, усвоения данных и количественного анализа неопределённостей приводит к созданию более интеллектуальных методов разработки месторождений.

Особую привлекательность семинару 2015 года придало живописное побережье Дубая с его знаменитым фонтаном и световым шоу, ставшее украшением банкета, который проходил неподалёку от Башни Халифа. Все участники выразили благодарность компьютерным компаниям за спонсорскую поддержку семинара, в том числе платиновым спонсорам в лице Cray, HP и Intel, а также Altair/PBSWorks, Allinea, NAG, NVIDIA и Shell за дополнительную помощь. Стало очевидно, что существуют желание и возможности для сохранения этого семинара, который EAGE хочет проводить раз в два года в начале осени.




← 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.