走出外國(guó)“玻璃屋”中國(guó)石油產(chǎn)業(yè)不再沉默

    石油行業(yè)一直是超級(jí)計(jì)算機(jī)應(yīng)用的主要領(lǐng)域，在上世紀(jì)冷戰(zhàn)年代，中國(guó)政府千方百計(jì)搞到的超算大部分用于石油勘探領(lǐng)域，廣為流傳的“玻璃房子的故事”正是發(fā)生在石油領(lǐng)域。這是一個(gè)讓中國(guó)人傷透自尊的故事，因?yàn)橹袊?guó)人即使花錢購(gòu)買了設(shè)備，也必須在外國(guó)人的監(jiān)視下運(yùn)行以保證技術(shù)不泄露。但是毫無(wú)疑問(wèn)，“玻璃房子的故事”激勵(lì)著無(wú)數(shù)中國(guó)科學(xué)家為了中國(guó)的石油勘探事業(yè)通過(guò)超級(jí)計(jì)算機(jī)的研發(fā)不懈努力。

    當(dāng)時(shí)的中國(guó)石油工業(yè)部物探局花“天價(jià)”購(gòu)買了一臺(tái)IBM大型機(jī)，在花費(fèi)了巨額資金的同時(shí)，還必須接受對(duì)方苛刻的附加條件：把機(jī)器安放在一個(gè)中國(guó)人不得入內(nèi)的透明的“玻璃屋子”里，以方便美國(guó)專家24小時(shí)監(jiān)控，監(jiān)控日志還要定期上交給美國(guó)政府審查。

    突破封鎖——中國(guó)石油超算一體化軟件橫空出世

    冷戰(zhàn)結(jié)束之后，國(guó)家經(jīng)濟(jì)科技水平飛速發(fā)展，中國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)在國(guó)家的直接推動(dòng)下，硬件水平一直同步于世界一流水平，但是大型地震數(shù)據(jù)處理解釋軟件沒(méi)有突破。石油勘探環(huán)節(jié)受到超級(jí)計(jì)算機(jī)配套軟件環(huán)境的限制，許多中深油層油田沒(méi)有被發(fā)現(xiàn)，大油田的探明率也遲遲得不到提升。

    直到上世紀(jì)末，大型地震數(shù)據(jù)處理解釋領(lǐng)域依然被美國(guó)的西方地球物理公司(Western Geophysical)和法國(guó)的通用地球物理公司(CGG)壟斷。2002年中國(guó)最大的地球物理勘探公司BGP(中國(guó)石油東方地球物理公司)，由于快速發(fā)展的國(guó)際業(yè)務(wù)搶奪了WCC和CGG的利益，而遭到兩家公司的技術(shù)封鎖。

    在面臨前所未有的危機(jī)之時(shí)，BGP公司投入1.4億元于2003年1月正式啟動(dòng)完善的石油勘探軟件系統(tǒng)研發(fā)，公司投入巨資成功開發(fā)了中國(guó)第一款地震數(shù)據(jù)處理解釋一體化大型軟件GeoEast。

    GeoEast V1.0系統(tǒng)，于2004年12月31日完成開發(fā)，項(xiàng)目的宏觀目標(biāo)是：總體功能達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，成為中國(guó)石油物探特色技術(shù)的有效載體。不僅能滿足國(guó)內(nèi)油氣勘探需求，還要支持中油集團(tuán)參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)。這套系統(tǒng)在數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)共享、一體化運(yùn)行模式、三維可視化、交互應(yīng)用框架、地震地質(zhì)建模、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行環(huán)境和并行處理方面取得了多項(xiàng)創(chuàng)新與重大技術(shù)突破。

    可視化的大型軟件GeoEast軟件

    目前BGP公司的超算系統(tǒng)已經(jīng)達(dá)到6000多個(gè)節(jié)點(diǎn)，而且又在規(guī)劃新機(jī)房，其面積是當(dāng)前的4倍，最終實(shí)現(xiàn)36000個(gè)核心。一個(gè)GPU節(jié)點(diǎn)2個(gè)CPU 2個(gè)GPU，相當(dāng)于原來(lái)的5倍。另一方面，眾核、異構(gòu)等前沿技術(shù)也快速的走入這個(gè)領(lǐng)域，浪潮集團(tuán)已經(jīng)開發(fā)出GPU加速技術(shù)，能夠?qū)⒊�算性能提�?倍以上。今天的GeoEast軟件已經(jīng)可以支持8萬(wàn)個(gè)核心，該軟件在天河1號(hào)上獲得了不可思議的線性加速比——8萬(wàn)個(gè)核心8萬(wàn)倍加速比，一舉達(dá)到國(guó)際一流水平。

    中國(guó)在超級(jí)計(jì)算機(jī)硬件和軟件方面的不斷完善，突破了曾被外國(guó)人壟斷的石油勘探領(lǐng)域，軟硬件配套主要應(yīng)用效果及性能同步于國(guó)內(nèi)外主流系統(tǒng)。在市場(chǎng)規(guī)模方面，中國(guó)石油領(lǐng)域的超算應(yīng)用在技術(shù)和產(chǎn)業(yè)成長(zhǎng)迅速，僅中石油和中石化每年在超算的投入估計(jì)有10-20億元人民幣。

    未來(lái)展望——超算與石油尚是新婚

    雖然我國(guó)在石油勘探領(lǐng)域取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但是隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，石油和天然氣的產(chǎn)量還是難以滿足需要，需要依靠進(jìn)口支撐，2011年末全國(guó)石油勘查新增探明地質(zhì)儲(chǔ)量13.70億噸，但是依然無(wú)法改善中國(guó)石油80%依賴進(jìn)口的現(xiàn)狀，帶來(lái)的后果是一方面中國(guó)的能源安全受國(guó)外牽制程度越來(lái)越高，另一方面國(guó)內(nèi)能源價(jià)格更容易隨國(guó)際市場(chǎng)而波動(dòng)。

    在新探明儲(chǔ)量沒(méi)有有效增加的前提下，穩(wěn)定石油產(chǎn)量只有充分挖掘現(xiàn)有油田的潛力,提高勘探分辨率，發(fā)現(xiàn)更多有開采價(jià)值的小油田，在繼續(xù)尋找中深油層的同時(shí)，向深層底層要油。這些都需要更精細(xì)化的勘探和更大規(guī)模的數(shù)據(jù)處理，據(jù)BGP公司的有關(guān)負(fù)責(zé)人透露，即使擁有自己龐大的超算系統(tǒng)，他們很多計(jì)算任務(wù)還是需要拿到天河一號(hào)上完成，這說(shuō)明石油工業(yè)依然對(duì)超級(jí)計(jì)算機(jī)有較強(qiáng)的依賴。

    解釋建模過(guò)程中軟件模擬出的石油分布

    長(zhǎng)遠(yuǎn)看，中國(guó)平均石油探明率不及世界水平的一半，尤其是海洋石油探明率不到世界平均水平的1/3。天然氣探明率也不及世界平均水平一半，相比美國(guó)70%以上的探明率水平更是相去甚遠(yuǎn)。如此大的探明率差距為我國(guó)領(lǐng)土內(nèi)的能源勘探開發(fā)留下足夠大的空間，也為超算在石油領(lǐng)域的應(yīng)用提供了足夠的動(dòng)力。

    超算可以有效提升石油勘探過(guò)程的投入產(chǎn)出比，目前平均一個(gè)油田引入超算的費(fèi)用，僅占整個(gè)石油開采成本的4-6%，相當(dāng)于動(dòng)輒上億的鉆探費(fèi)用，這些幾乎微不足道。綜合資源與技術(shù)條件來(lái)看，超算與石油產(chǎn)業(yè)的結(jié)合還有很長(zhǎng)的路要走，這一行業(yè)前景廣闊。