□ 姚秋明 楊祥森

地球物理技術的發(fā)展與應用，高度依賴于包括高性能計算技術在內(nèi)的信息技術，因而促使高性能計算技術在地球物理行業(yè)的應用不斷發(fā)展，應用規(guī)模與領域不斷擴大，技術與產(chǎn)品不斷升級。2000年以來，集群計算技術得到了飛速發(fā)展，帶來了地震數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)平臺的又一次更新?lián)Q代，集群計算機系統(tǒng)基本上已經(jīng)成為目前地震數(shù)據(jù)處理的唯一主流平臺。

將并行計算技術與產(chǎn)品應于地震偏移成像計算

近年來，集群計算機系統(tǒng)的配置規(guī)模正在不斷擴大，大型地震數(shù)據(jù)處理中心的集群系統(tǒng)規(guī)模已經(jīng)達到上千個甚至數(shù)千個節(jié)點，計算能力普遍從百億次級規(guī)模提高到目前的數(shù)萬億至數(shù)十萬億次規(guī)模。計算能力的提高，為地震偏移成像技術的應用打下了良好的基礎，提高了地震資料處理的質(zhì)量，也大大縮短了處理周期。

石油物探技術研究院積極貼近生產(chǎn)，致力于勘探開發(fā)領域新技術的發(fā)展，在主推的產(chǎn)品線iCluster地震偏移成像軟件系統(tǒng)中大量運用流行的并行計算技術，促進自主知識產(chǎn)權軟件的快速升級。

并行計算技術與產(chǎn)品已經(jīng)發(fā)展到可以應用于地震偏移成像計算的程度，而推動這一工作進程的關鍵是軟件的開發(fā)與移植工作。物探院經(jīng)過認真調(diào)研分析，組織成立“面向千萬億次計算機的石油勘探地震成像系統(tǒng)”攻關項目組，制定出并行計算技術的方針，從最初的串行算法分析優(yōu)化，到邏輯拆分為并行計算，再到并行計算的效率優(yōu)化以及最后的計算結(jié)果分析。他們加大項目組內(nèi)部交流，加強與千萬億次高效能計算機系統(tǒng)研制課題組、基礎算法庫與并行算法庫課題組以及其他應用課題組之間的交流，通過交流及時了解信息、掌握技術、交流經(jīng)驗，充分利用項目組內(nèi)部資源提高工作效率。

吊裝鉆探設備。范明攝

突破制約并行技術效能提升的“瓶頸”

iCluster地震偏移成像軟件系統(tǒng)最早采用的并行化方案是基于MPI（多點接口）實現(xiàn)多節(jié)點間的并行，后來在實踐中發(fā)現(xiàn)，MPI在節(jié)點數(shù)目較多時，由于網(wǎng)絡通訊的開銷，嚴重影響了并行計算優(yōu)勢的發(fā)揮，成為了制約并行化整體效能提升的“瓶頸”。為了解決這個問題，物探院組織技術專家多次討論，設計“進程+線程”的多層次并行編程模型，該編程模型很好地映射了多處理器計算機組成的集群體系結(jié)構(gòu)，采用MPI與多線程的多層次并行編程模型，能有效地挖掘其并行計算潛力?，F(xiàn)今，他們已實現(xiàn)了波動方程疊前深度偏移（PSDM）、基于Kirchhoff積分法的真地表疊前深度偏移（KPSDM）和基于Kirchhoff積分法的疊前時間偏移（KPSTM）三個模塊在天河一號超級計算機系統(tǒng)上的軟件移植與性能優(yōu)化，測試性能良好，具備良好的并行線性加速比，實現(xiàn)了集群計算機系統(tǒng)的地震成像處理的高效運行。

地震偏移成像系統(tǒng)升級改造效果明顯

目前，物探院承擔的“面向千萬億次計算機的石油勘探地震成像系統(tǒng)”攻關項目，完成在國產(chǎn)千萬億次高性能計算機上實現(xiàn)多種疊前時刻偏移與疊前深度偏移算法的并行計算程序開發(fā)，具有一定的實用性和良好的并行加速比。研發(fā)的iCluster地震成像軟件具有良好的可擴展性，可以有效使用4096個以上的處理器系統(tǒng)。完成三維理論模型測試數(shù)據(jù)集的正演模擬計算與偏移成像實際資料處理測試，尤其在國產(chǎn)千萬億次高性能計算機上完成了實際地震數(shù)據(jù)集的偏移成像處理測試，實現(xiàn)了大規(guī)模地震成像處理的高效運行，促進石油勘探地震成像技術的發(fā)展與應用，整體達到國際先進水平。

物探院運用并行技術改造升級地震偏移成像系統(tǒng)，實行理論模型模擬數(shù)據(jù)測試與實際地震數(shù)據(jù)測試相結(jié)合，在增強地震資料偏移處理效果的同時，有效提高系統(tǒng)的計算性能，提升iCluster地震偏移成像系統(tǒng)處理的效率，為大規(guī)模實際生產(chǎn)提供有利條件，推動了國產(chǎn)高性能計算機在石油勘探行業(yè)中的大規(guī)模應用，打造出石油物探軟件精品，并為將來在大型云計算設備中集中部署國產(chǎn)自主知識產(chǎn)權軟件奠定了良好基礎。