Высокопроизводительные вычислительные системы и их применение в нефтегазовом комплексе

Институт прикладной
математики им. М.В. Келдыша РАН
Высокопроизводительные
вычислительные системы и их
применение в нефтегазовом
комплексе
Б. Н. Четверушкин, академик РАН
Д. Н. Морозов, аспирант МФТИ
Free Powerpoint Templates
Page 1
В нефтегазовом комплексе активно
используются пакеты прикладных программ
для моделирования следующих задач:
– Мониторинг месторождений в реальном времени
– Новые технологии добычи и методы воздействия на
пласт
– Обработка данных сейсморазведки
– Моделирование течений в турбопроводах
К сожалению, подавляющее большинство
используемых прикладных программ –
зарубежные.
Используемый программный продукт
ориентирован на относительно небольшую
Free Powerpoint
Templates
производительность
до
10 TFlops.
Page 2
Существующие вычислительные системы уже
имеют производительность до 10PTFlops.
В ближайшей перспективе намечается быстрый
рост производительности вычислительной
техники до 1 EXFlops к 2018г.
Использование таких систем открывает
интересные перспективы для нефтегазового
комплекса:
– Возможность подробного пространственновременного описания
– Описание сложных физико-химических процессов
– Одновременные многовариантные расчеты
Free Powerpoint Templates
Page 3
– Мониторинг месторождений с учетом десятков
миллионов узлов, многофазность флюида, сложная
трехмерная геометрия пласта, трещиноватость
– Трудноизвлекаемые нефти и газогидраты, горение и
гидравлический удар
– Керносимуляторы
– Сейсморазведка
Высокопроизводительный программный
продукт как отечественный, так и зарубежный
в настоящее время отсутствует.
Причина – трудности адаптации
вычислительных алгоритмов и
математического обеспечения на архитектуру
систем, содержащих
Free Powerpoint свыше
Templates10^4 ядер
Page 4
В РАН предпринимаются существенные усилия
для решения этой проблемы (программа РАН по
высокопроизводительным вычислениям).
Мы находимся на переднем фронте в области
высокопроизводительных вычислений .
Совместная программа фондов
фундаментальных исследований стран G-8 по
экзафлопным вычислениям.
Ученые РАН, объединенные в партнерстве
«Дельта», готовы приступить к созданию
прикладных программ высокой
производительности по обозначенным темам
для нефтегазового
комплекса.
Free Powerpoint
Templates
Page 5
Примеры разработок
ИПМ им. М.В. Келдыша
Free Powerpoint Templates
Page 6
Реконструкция пространственного
изображения земной среды
по сейсмическим данным
•
•
•
«Сейсмическая миграция» - центральная задача
сейсмической разведки земных недр при поиске нефти
и газа
Геологическая интерпретация куба изображения
земной среды позволяет построить детальную
геологическую модель, оценить запасы нефти и газа,
наметить места для бурения
Наиболее совершенный метод
реконструкции изображения –
«3-мерная глубинная миграция
до суммирования»
Сверхмасштабируемый
алгоритм для
экзафлопных систем
Free Powerpoint Templates
Page 7
Керно-симулятор
Примеры КТсканирований
и результаты
обработки
образца
с
разрешением
57.16 μm
Цифровая лаборатория.
Расчеты без
разрушения образца.
Free Powerpoint Templates
Page 8
Эффективная разностная схема
для моделирования процесса фильтрации
Ускорение (нормализованное)
Ускорение (нормализованное)
Двухуровневое распараллеливание MPI+OpenMP
Число процессоров
Ускорение OpenMP: число MPI процессов фиксировано 128,
число OpenMP нитей меняется от 1 до 8.
Число процессоров
Ускорение MPI, 8 OpenMP нитей. (логарифмическая шкала)
Сверхбыстрые расчеты
сложных моделей
Free Powerpoint Templates
Page 9
Общие сведения о развитии
ПКМС «KAPAS»
• Опыт коллектива в моделировании задач
фильтрации больше 10 лет, более 30
публикаций
• Комплекс представлен на международной
конференции по параллельным и
распределенным технологиям PARENG 2011
• В основе модульная структура, реализации для
расчета с использованием
CPU/GPU/MPI/SHMEM
• Эффективные алгоритмы расчёта на
графических ускорителях
Free Powerpoint Templates
Page 10
Эффективность расчетов
Расчетная сетка – 15 млн точек
• Ускорение GPU к ядру CPU – в 108 раз
• Ускорение GPU к 6-ядерному CPU – в 20 раз
Расчетная сетка 1.5 млрд точек (80 ускорителей)
• Ускорение GPU к CPU – в 72 раза
Free Powerpoint Templates
Page 11
SPE-10 Comparative Solution
Project
60 x 220 x 85 ячеек
Широкий диапазон
проницаемостей
Free Powerpoint Templates
Page 12