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曙光石油化工解决方案65资料内容仅供参考，如有不当或者侵权，请联系本人改正或者删除。目录曙光高性能计算机 助力中国石油勘探工业2中石油4.2万亿次应用案例5曙光高性能计算机服务中国海洋石油物探122910石油地震资料处理系统解决方案14AMD 64位架构服务器在石油地震勘探中的成功应用30曙光高性能计算机 助力中国石油勘探工业曙光高性能计算机助力中国石油勘探工业 国产高性能计算机在石油勘探领域的作用与日俱增, 成为提升石油企业核心技术水平, 增强国际竞争力的基础保障, 也被公认为是中国石油提高国际竞争力的一把金钥匙。石油关系到中国的能源安全战略。随着中国经济和社会的飞速发展, 各领域对石油资源的需求急剧攀升。当前, 中国已经是世界第五大产油国和第二大石油消费国, 石油产量每年1.6%的增长率远远低于GDP每年9%的增长速度。落实科学发展观, 实施”走出去”战略, 成为中国石油行业开拓国际市场, 在全球范围内获取石油资源的重要途径。而采用高精尖装备, 进行技术创新则是提升石油企业核心技术水平, 增强国际竞争力的基础保障。 高性能计算机是提升石油勘探水平、 增强国际竞争力的关键石油勘探一般由野外数据采集、 地震资料处理、 资料解释三个流程组成, 承担着找储油构造、 定井位的重要任务。由于石油开采过程中钻井费用非常高昂, 打一口油井往往要花费几百万甚至上亿元, 如果井位定的不准, 将会给石油企业和国家造成极大的损失。同时, 如果没有计算机辅助, 石油勘探的时间成本也相当可观。为了提高石油勘探的准确度, 缩短勘探时间, 在短时间内找准井位, 就需要获得更精确和更丰富的数据, 并进行三维计算分析, 而这离开了高性能计算机是无法进行的。专家估计, 借助一套每秒运算十万亿次的高性能计算系统, 能够在一年内处理2万平方公里的石油勘探面积。在中国, 石油勘探是国内能源行业对高性能计算机需求最大、 应用最深的领域。由于具有数据量大、 连接外设多、 并行任务多、 网络体系复杂等特点, 石油勘探领域成为高性能计算机的用武之地。在 11月发布的中国高性能计算机TOP100排行榜上, 已有29套高性能计算系统用于石油勘探领域, 其中10个系统峰值浮点计算速度超过了万亿次。该领域运算速度最快的超级计算机是由国产服务器第一品牌曙光公司制造的曙光4000L机群服务器, 峰值运算速度达到了6.45万亿次每秒, 服务于全球最大的陆地石油勘探企业中石油东方地球物理公司( 简称BGP) 。可见, 有了更强大的高性能计算机, 中国石油勘探企业不但能提高生产效率, 为国家节省大量资金, 更重要的是能大大提升石油企业的国际竞争力, 为国家能源战略的实施打下坚实的基础。 采用国产高性能计算机是中国石油战略的必由之路 以前, 中国境内石油勘探领域全部采用国外大公司的进口设备。由于外国公司处于垄断地位, 卖给中国的软硬件产品价格奇高, 同时还要向国内用户按销售额的10%收取系统集成费。在软硬件设备引进、 系统集成和后期维护服务过程中, 国家为此花费了数以百亿计的大量资金。同时, 对于性能更高的设备, 西方国家和国外公司一般采取限制进口、 监控使用等手段, 从而大大限制了中国石油勘探技术水平的快速发展。为了打破国外封锁与垄断, 十多年来, 在国家863计划和中科院知识创新工程的支持与推动下, 中科院计算所国家智能计算机研究开发中心先后研制成功了曙光一号、 曙光1000、 曙光 、 曙光3000、 曙光4000等一代代高性能计算机, 并经过曙光公司成功实现了产业化, 使曙光机成为国内市场上一支与国外大公司相抗衡的重要力量。 曙光高性能计算机助力中国石油勘探走出国门在石油勘探领域, 经过中科院计算所、 曙光公司及众多合作伙伴的多年共同努力, 曙光高性能计算机得到了大量成功应用。1997年, 曙光天潮1000A落户辽河油田, 实现了国产高性能计算机在该领域零的突破。随后, 曙光机在国内石油领域攻城略地, 逐渐占领市场: , 曙光3000进入BGP; 中石化南京物探采用曙光超级计算机, 并在”中石化系统地质勘探比武”荣获第一; 同年6月, BGPWHAT采购4.2万亿次计算能力的曙光4000L超级计算机。 , 曙光在海洋石油勘探领域再显身手, 在湛江和天津两地为中海油成功构建了两大地震数据处理中心。截止到当前, 中石油、 中石化和中海油三大石化巨头共采购曙光超级服务器的计算力总和已经超过10万亿次每秒。 从 到 间, 先后有20多套曙光高性能计算机用于BGP的石油物探生产作业, 分布在尼日尔、 巴基斯坦、 伊朗、 尼日利亚等6个国家、 多个地区, 曙光机已经具备解决国家关键战略性任务的实力。在BGP的机房, 已经有近70%的高性能计算机都是曙光机。BGP已成为国内石油领域高性能计算机应用规模最大、 运算速度最快、 处理能力最强的专业机构。特别是在国际市场竞争中, 高性能计算机的计算能力规模已成为BGP赢得用户青睐的重要武器。借助先进、 成熟的国产高性能计算机, BGP已发展成全球陆地石油勘探第一、 综合第三的著名物探企业, 其业务已经发展到12个省区15个油田, 全球4大洲27个国家, 累计为60多个国际油公司和国家油公司提供地球物理技术服务。值得关注的是, 在11月8日揭晓的 中国高性能计算机性能TOP100排行榜中, 国产服务器阵营首次以51%的微弱优势超过国外兵团, 其中, 15套曙光4000系列超级计算机服务于中国石油勘探领域。双核服务器为石油勘探提供未来新动力在频率成为CPU性能和系统性能进一步提升的瓶颈之后, 双核和多核平台已成为未来高性能计算的新趋势。曙光公司在年初就全球同步推出了10款从双路、 四路到八路的双核服务器, 并作为高性能计算服务器节点得到了大量成功应用。凭借高性价比、 高密度、 稳定可靠等优势, 双核四路服务器R4380A、 双核八路服务器A950已成为小型机的成功替代品REALLY?。当前, 曙光基于AMD双核皓龙处理器平台的服务器已经在石油勘探、 济南公安、 上海多媒体服务平台等用户得到了成功应用。中石油4.2万亿次应用案例”找油先锋”找到曙光 东方物探公司是中国最大的计算机软件国际工程中心和国家甲级工程咨询单位, 为整个中石油提供石油勘探、 海量数据处理等方面的服务, 当前中石油全球陆地石油开采量已经占到世界第一, 而东方物探也被冠以了”找油先锋”的美称。石油行业对高性能计算能力的需求能够说是无止境的, 由于一直以来高端商用领域的超级计算机设备一直为国外品牌所垄断, 东方物探数据处理中心一直采用的都是进口设备, 国外超级计算机不但价格高而且维护费用昂贵。随着曙光机群高性能计算机在国内应用的急速扩张, 中石油开始积极关注这个成熟度高、 TCO更低的国内机群超级计算机品牌。基于国内已经被广泛、 成熟应用了的机群超级计算机, 曙光公司凭借其世界领先的集群技术和丰富、 成熟的行业应用经验, 推出了3万亿次以上、 存储字节达百万亿的曙光4000L超级计算机, 这为中国大型商业高端计算机用户提供了计算能力符合需求、 价格合理、 服务到位的民族品牌产品和全面解决方案。经过一系列商业谈判, 6月, 东方物探最终决定采购具备4.2万亿次计算能力的曙光4000L超级计算机,现在, 有了曙光4000L的东方物探公司已经成为国内商业领域计算机应用规模最大、 运算速度最快、 处理能力最强的超级计算机用户。4.2万亿次强大的应用价值 曙光4000L由曙光公司和国家智能计算机研究中心联合开发、 面向网格WHAT的超级计算机, 作为石油领域高性能计算机的杰出代表, 其占据两大关键要素: 一是曙光成熟的技术和深厚的应用积累; 二是国家智能计算机研究中心( NCIC) 强大的技术研发实力支持。曙光4000L作为IDC数据处理主机, 整个系统由40个机柜组成。该系统最大可”在线”扩展到80个机柜, 1300个CPU, 每秒6.75万亿次峰值速度, 4000G内存, 600T存储的海量处理系统。其软、 硬件包括: 智能控制台, 硬件监控和终端切换网络, 智能网卡及其软件, 机群操作系统, 并行编程环境, 机群文件系统, 高可用软件, 智能文件浏览器, 网格监控中心软件, 远程磁带备份软件, 数据密集应用性能评价软件等。曙光4000L独具的技术特色: 当前国内最大的IDC数据处理主机, 存储与处理能力均十分强大 当前国内最大的百万亿数据处理超级服务器, 被誉为超级服务器中的”航空母舰” 同时适用于高性能科学计算和信息服务两大领域, 对于正由科学计算向信息服务转型的 国产高性能计算机产业而言, 是一次划时代的革命 不但具备百万亿字节的数据处理能力, 而且在支持数据密集应用的技术上实现了多项重大突破 开发两项网格使能技术: 使用GridTerminalWHAT技术开发的智能控制台能够实现庞大系统的安全管理; GridView网格监控中心软件则提供了逻辑视角、 视角的可伸缩性、 历史记录分析三项特色, 被称为系统的”千里眼”。 中石油面向网格计算的解决方案描述 曙光公司提供的此套石油行业整体解决方案, 不但有计算机, 还包括系统软件、 管理软件、 输入输出设备和存储设备。曙光不但在硬件设备、 集群管理软件、 监控软件都应用成熟、 性能过硬, 而且在工程实施能力和行业应用等方面都极具优势。 鉴于高性能计算应用的特殊性, 用户对高性能计算的扩展性、 稳定性以及先进的技术需求性要求高、 变化快, 特别在物探等长期、 大量使用高性能计算机的行业对此更为关键。谈到中国石油集团东方地球物理公司选择4.2万亿次的曙光4000L作为应用平台的决定时, 东方物探研究院副总工程师赖能和介绍说, 选择曙光4000L主要基于四个方面的原因: 1.基于Linux平台的PCCluster更适于叠前偏移等密集型算法 为了解决超大计算量的处理问题, 过去曾采用的主机带阵列机、 向量计算机, 以至90年代采用的大规模并行计算机, 对于提高计算速度和处理能力都起到了重要的作用。当前随着地质结构越来越复杂, 叠前偏移工作量越来越多, 大量的叠前偏移处理任务需要花费越来越多昂贵的CPU时间。如果完全选择基于Unix的超级计算机系统则需要巨大投资。正是由于PC集群高性能并行机的性能价格比较基于Unix并行机更为优越以及它有极强的可用性、 可扩展性和可管理性, 用它来完成Unix并行机的密集算法, 将大大节省昂贵的CPU资源费用。2.当前数据处理面临Unix并行机严重老化, 常规处理能力严重不足的实际问题 当前国内数据处理生产使用的系统一般包括有IBM、 HP、 SUN、 SGIorigin、 PCCluster集群等并行机、 Unix工作站集群(IBM、 DEC、 SGI、 SUN、 曙光)和LinuxPC图形工作站群等多种平台。其特点是Unix并行机严重老化, 主频低、 处理能力严重不足。完全依赖它们来完成处理任务, 已经很难解决数据处理过程中所面临的难度越来越大、 处理周期越来越短、 数据量越来越大和资料所在区地质构造越来越复杂等实际问题。3.新的许多处理算法需要消耗更多宝贵的CPU资源 随着国内外地震物探高、 新技术的快速发展, 对数据处理技术也提出了新要求, 需采用许多新的花费更多CPU的模块, 如模拟退火静校正、 DMO、 SCD、 SCAC、 SMA、 PSDM以及把PSTM纳入常规处理流程等。当前的Unix并行机主频太低和内存太小,很难实现新的处理流程, 而PCCluster正好适合于这种密集型的科学计算。4.基于Linux平台PC高性能专业图形工作站是解决地震数据交互处理的有效方案, 与PCCluster一起构成地震数据处理与解释一体化系统的实用方案。随着CPU芯片性能提高、 图形处理能力的增加, 选择基于Linux平台高性能价格比的PC专业图形工作站, 配备高性能图形卡, 交互软件的本地化安装与配置。既实现了交互软件与服务器节点单独分开而在本地PC专业图形工作站上直接运行交互程序, 解决了在远程主机上运行交互速度响应慢的问题; 又实现了经过性能良好的图形终端, 用户直接在本地完成交互拾取速度谱等交互处理任务。 赖能和说, 国产曙光PCCluster技术上已经成熟并具有很强的并行化处理能力, 与国外的PCCluster相比, 具有很强的竟争力。同时由于和曙光这种技术导向型企业合作, 东方物探能够很好地结合自身实际情况, 与厂商共同就未来网格计算等领域的研究展开合作。研究院实景: 方案拓扑图: 一份极具吸引力的应用结论4.2万亿次的曙光4000L在东方物探的研究大楼里跑起来了, 她带给客户的是如下的应用结论: 1.PCCluster在地震数据常规处理和深度域处理中已经证明了应用的成功。 2.高性能PCCluster并行机很适合密集型运算, 能够为解决复杂区地震成像问题提供有效的计算环境。 3.相同运算能力下, Cluster投资大约需Unix并行机的1/10,而速度提高3倍以上。 4.PCCluster与应用软件的有效集成是实现地震数据并行处理成功应用的关键。 5.主频的提高、 CPU数的增加与驻机时间的减少之间的关系不是线性的。曙光4000L助力中石油迈向网格计算 曙光4000L是曙光公司推出的首款面向网格计算的IA机群超级服务器, 其网格技术体现在数据密集技术( Data-intensive) 、 支持网格( Grid-enabling) 、 多目标系统( Multiple-system) 、 应用专用技术( Application-specific) 四个方面, 同时也满足在管理、 广域通信、 广域文件、 资源发现、 体系结构上的要求。当前石油行业对高性能服务器的需求巨大, 特别是在地震数据常规处理和深度域处理、 密集型运算等诸多复杂问题, 曙光4000L采用IA机群架构, 其超强的数据处理能力、 高效的处理速度、 高可用性、 完全胜任石油行业对于稳定性、 可靠性、 处理性能的苛刻要求, 广泛融合了曙光在高性能超级服务器多种成熟高端技术, 成为中国服务器行业标准”SUMAWHAT”的完美体现。现今曙光超级计算机在国内的应用超过了1000套, 应用遍布各个领域, 并占据着国内品牌超级计算机市场90%的份额, 同时成功实现了海外销售。曙光4000L的推出不但代表着国产高性能计算机产业的全面发展, 也进一步彰显了中国在高性能计算机技术方面的强大实力, 这无论对于本产业的健康发展, 还是对于国民经济、 国防等领域的全面进步都具有十分重大的意义。曙光超级计算机在石油、 石化行业典型应用1997年10月曙光天潮1000A落户辽河油田。这也是中国高性能计算机首次独立进入市场, 实现了国产高性能服务器商品化的零的突破 1999年1月曙光承担中国石油工程建设集团的楼宇自控工程建设工程 1999年9月曙光和石油天然气总公司合作进行天罗天联推广合作项目 以色列帕拉代姆公司采用了曙光1700服务器 10月中国石油集团东方地球物理公司诼州物探局采购曙光4000LLinux/PCCluster作为应用平台, 曙光超级服务器占据国内石油领域 中石化南京物探采用曙光超级计算机, 并在 ”中石化系统地质勘探比武”荣获第一名 中石油集团采用曙光4.2万亿次集群超级计算机 中石油集团东方地球物理勘探有限责任公司签单合作, 为其西部最大的数据处理中心库尔勒分中心提供了一套适用于石油行业的成熟应用解决方案另外, 石油勘探开发研究院、 江汉油田、 蓝领油田、 河南油田、 石油发展总公司均采用了曙光的高性能计算机和超级服务器。曙光高性能计算机服务中国海洋石油物探1229一路莺歌, 探寻海洋里的宝藏曙光高性能计算机服务中国海洋石油物探 据史料记载, 多年前中国就开始用钻井法开采地下石油; 公元220年左右开始开采天然气; 公元1521年就能从1000多米深的地下开采出石油然而, 当美国人于1896年开始开发海洋油气的试验, 1947年在墨西哥湾首次用钢制钻井平台钻出了世界上第一口商业性油井, 以及随后在世界范围内涌起勘探开发海洋石油热潮时, 中国的海洋石油工业却依然是一片空白。直到上世纪五十年代那个激情燃烧的夜晚! 1956年的一个夜晚, 正在观看露天地影海上巴库的莺歌海渔民神经被触动了: 既然巴库附近海面上那嘟嘟冒出的气泡是宝贵的石油、 天然气, 我们莺歌海不也有同样的”宝贝”? 于是, 油气苗, 莺歌海面上那个汩汩跳动的气泡便伴随着一路莺歌, 走向广州, 走向北京。中国海洋石油这部雄伟壮观的戏剧就这样拉开了序幕 发展到今天, 人们已经开始普遍利用超级计算机来寻找和开发海洋里的石油宝藏。地震数据处理就是石油物探中非常关键的一个环节。日前, 中国海洋石油东方数据处理中心和南海西部计算中心就分别采用了两套曙光4000L超级计算机来构建位于塘沽和堪江的两大地震数据处理系统, 一个面向渤海, 一个面向南海。超级计算机, 走向海洋 中海油的历史就是一部中国海洋石油工业的历史。而高性能计算机是这部历史背后的”幕后英雄”。基于LINUX的高性能计算机主要用在盆地模拟、 地震资料处理和油藏数值模拟等三大领域。地震数据处理因为数据量大、 计算量大等行业特点, 成为高性能计算机这一超级武器威力四射的舞台。 人们经过汽枪、 放炮等人工手段获得原始的震源, 由检波器在分布于震源附近的检波点定时收集一系列脉冲信号, 从而采集到大量原始的地震波信号。随后把海量数据输入到超级计算机里, 运行帕拉戴姆、 CGG、 OMEGA、 Landmark、 GeoEast等地震资料处理软件, 经过常规处理以及叠前偏移等过程, 最终得到一个地震剖面图。然后由经验丰富的地质专家经过解释地震剖面图, 得到地层的构造情况, 从而为石油和天然气矿藏的识别提供依据。其中地震资料处理的过程, 因为数据量、 计算量和通讯量都很大, 因此对计算机的存储能力、 计算能力和I/O通讯能力都提出了很高的要求。而这正是高性能计算机的擅长之处。 在中国, 曙光公司生产的高性能计算机是国内石油领域应用最广、 装机量最多、 应用最普及的产品。经过多年发展, 曙光的PC Cluster技术已经非常成熟并具有很强的并行化处理能力, 而且比国外的产品具有更高的性价比。曙光4000L是曙光和国家智能计算机研究中心联合开发的面向网格的超级计算机。依托曙光成熟的技术、 深厚的应用经验积累以及国家智能计算机研究中心强大的技术研发实力, 采用IA机群架构的曙光4000L凭借其超强的数据处理能力、 高效的处理速度、 高可用性以及对多种成熟高端技术的融合, 当之无愧地成为石油领域高性能计算机的杰出代表。 曙光高性能计算机的应用不但使用户能够把叠前偏移等以前的非常规处理程序当作常规处理来对待, 而且能够满足现在物探行业测线加密、 精度要求增加等更高的需求, 这是高性能计算机给地震勘探带来的飞跃, 使构造地质分析、 井位确定更准确, 不但节省了资金, 而且加快了石油勘探的步伐, 提升了效益。超级计算机, 有容乃大 为了提高处理精度, 测线间距越来越小, 而采样点则越来越多, 导致采集到的数据量也越来越大, 有时一个文件就有200300GB甚至更多; 叠前深度偏移等算法的出现使得CPU资源的耗用越来越多; 随着计算能力的提高以及物探行业竞争的加剧, 客户对处理中心要求的数据处理周期也越来越短; 而石油勘探领域的拓展和深入, 也导致处理中心会遇到越来越多的复杂地质构造。而且由于并行用户和任务非常多, 对I/O的要求也很苛刻。各种因素的变化对石油物探企业的综合竞争能力提出了更新更苛刻的要求, 同样也催生了背后高性能计算技术和产品的发展和成熟。 曙光4000L对于石油勘探的海量数据处理任务, 能够很好的提升地震处理的速度, 而且具备高度稳定性, 从而更好的满足石油行业对于先进技术要求高、 变化快的特性。4000L在海量数据的计算、 存储、 通讯、 管理和监控方面已经形成自己的特色。其强大的在线扩展能力, 能够在保障整个系统应用稳定运行的前提下, 及时发现并解决问题, 维护系统和数据安全, 动态扩展系统的配置。同时曙光提出的数据密集型算法, 可支持文件的快速检索和浏览, 在密集型科学计算领域如石油行业的数据处理、 全3D可视化体解释、 油藏模拟、 存储管理等方面广泛应用。 地震数据传输和处理的并行, 对网络性能也提出了很高的要求, I/O通讯能力也往往成为制约系统效率发挥的一大瓶颈。但一味地增加I/O节点数并不是一个很好的办法。为了解决这一问题, 曙光的技术工程师除了对系统进行很多优化外, 还在石油行业首创了”双网卡绑定”的做法, 经过将两个1000M的网卡绑定使用, 使单个I/O节点的带宽增加了到了2G。LINUX集群系统, 凯歌高奏 为了解决海量处理问题, 人们曾经使用过主机带阵列机、 向量计算机和大规模并行计算机。当前国内数据处理生产使用的系统一般包括有IBM、 HP、 SUN、 SGI origin、 PC Cluster集群等并行机、 Unix工作站集群(IBM、 DEC、 SGI、 SUN、 曙光)和Linux PC图形工作站群等多种平台。 石油行业现在的Unix大型机面临严重老化、 主频低、 处理能力严重不足等实际问题, 但如果进行升级, 其高昂的投资成本却离用户的实际承受能力越来越远。而如果采用基于Linux平台的PC Cluster, 不但能获得极强的可用性、 可扩展性和可管理性, 同时能大大降低成本, 性价比远远优于昂贵的大型机系统。据测算, 相同运算能力下, Cluster投资大约需Unix并行机的1/10,而速度提高3倍以上。曙光4000L正是基于Linux平台的PC集群高性能并行机, 系统的部分指标达到了电信级标准, 能抵御8级地震的冲击, 而且提供了7项系统监控功能, 使系统的可靠性达到了新的高度, 是密集型科学计算领域瞩目的焦点。 随着国内外石油勘探技术的快速发展, 人们往往把模拟退火静校正、 DMO、 SCD、 SCAC、 SMA、 PSDM、 PSTM纳入常规处理流程。许多新算法如叠前偏移的出现和普遍应用, 也使得地震数据处理需要消耗更多宝贵的CPU资源。这都是低主频、 小内存的Unix并行机所难以实现的, 而PC Cluster正好适合于这种密集型的科学计算。基于LINUX平台的曙光4000L作为IDC数据处理主机, 系统最大可”在线”扩展到80个机柜, 1300个CPU, 每秒6.75万亿次峰值速度, 4000G内存, 600T存储的海量处理系统。 另外, 基于Linux平台的PC高性能专业图形工作站也是解决地震数据交互处理的有效方案, 与PC Cluster一起构成地震数据处理与解释一体化系统的实用方案。曙光, 找油之途一路莺歌 早在1997年, 曙光天潮1000A落户辽河油田, 一举打破了国外高性能计算机一统河山的局面, 实现了国产高性能服务器商品化零的突破。随后的两年里, 曙光高性能计算机在国内石油领域攻城破掠池, 不断取得市场突破。 , 曙光1700服务器和以色列帕拉代姆公司地震处理软件携手进入东方地球物理公司效力。 中石化南京物探采用曙光超级计算机, 并在 ”中石化系统地质勘探比武”荣获第一。同年6月, 中国石油集团东方物探采购具备4.2万亿次计算能力的曙光4000L超级计算机,使东方物探公司成为国内商业领域计算机应用规模最大、 运算速度最快、 处理能力最强的超级计算机用户。 , 曙光在海洋石油勘探领域再次取得新的突破, 在湛江和天津两地为中海油成功构建了两大地震数据处理中心。截止到当前, 中石油、 中石化和中海油三大石化巨头共采购曙光超级服务器的计算力总和已经超过10万亿次每秒。 据国际能源署预测, 中国原油进口将达1.2亿吨, 成为世界上继美国之后第二大石油消费国。能源短缺已经成为制约中国经济发展的瓶颈。随着一些陆上油田进入枯竭期, 海洋石油正快速发展, 第11个五年计划期间, 中国原油产量中的增量部分将主要来自海上石油。中国是一个海洋大国, 拥有大陆海岸线18000多公里, 岛屿岸线达14000多公里, ”蓝色国土”面积约为300多万平方公里。这既为中国海洋石油工业的生存发展与创造无限可能提供了一个辽阔空间, 同时也为高性能计算机的应用营造了一个神奇而壮阔的舞台。石油地震资料处理系统解决方案摘要: 曙光公司根据其多年从事高性能计算机研究、 生产和服务于石油行业特别是地震资料处理的经验, 推出了基于曙光4000超级计算机的石油地震资料处理系统解决方案。该解决方案结合高性能计算机和地震资料处理的特点, 充分的考虑了整个系统的可靠性, 有效地缓解了系统瓶颈, 合理地分配系统资源, 确保了整个系统高效、 稳定、 连续的运行。同时又充分考虑了整个系统今后的扩容、 升级, 切实地保护用户的投资。 关键字: Paradiam、 石油地震资料、 集群、 石油勘探1方案构成 1.1.地震资料处理软件 地震资料处理类软件较多, 当前采用较多的有以色列Paradigm公司的Paradigm软件的GEO叠前深度偏移系统Geodepth、 西方地球物理公司的OMEGA处理软件、 ADS的炮域波动方程系统VIEWS、 CGG公司的Geovector系统、 Landmark公司的PROMAX处理系统、 PGS的CM地震处理系统、 ScreenSeis并行地震处理系统等等。 这一类软件有一个共同的特征是: 文件IO量巨大, 其输入输出文件一般都是以T作为计算单位, IO系统的性能严重影响着整个系统的性能。因此, 地震资料处理系统要求有巨大、 高效的存储系统。其次, 它对计算性能也有一定的要求, 特别是浮点处理能力。 1.2.曙光4000 32位集群方案 整个系统采用当前流行的Linux集群系统, 主要包括节点机、 网络、 存储系统、 管理和监控系统、 机柜和电源系统、 集群软件和并行软件。 图1: 整体结构图1.2.1.节点机 节点机主要包括三类节点: 计算节点、 管理/登入节点、 IO节点。其中: 计算节点 主要用于完成计算, 担负着完成地震资料处理的巨大的计算任务。例如采用炮域波动方程的方法完成叠前深度偏移时, 计算节点主要任务是完成求解炮域波动方程。这就要求计算节点: 有很强的计算能力, 特别是浮点运算能力。 有适量的内存以能容纳求解方程时所有的数据和程序, 一旦内存空间不够使用系统缓存, 这将极大的影响系统性能; 但同时没有必要内存空间过大, 经测试表明, 一般情况下每个CPU配置1GB内存为最佳。 有很好的通讯网络, 以便保证在作并行计算时计算节点间通讯的带宽和延迟。 由于计算节点的任务主要是计算, 对IO要求并不高, 所有没有必要有很强的IO扩展能力。同时, 在一套集群系统中, 计算节点众多, 因此采用高密节点机为佳, 一般都采用1U、 2U节点机。 综合以上分析, 在地震资料处理系统, 我们一般采用天阔R210XP或者R210XV作为计算节点, 配置两颗Intel Xeon CPU, 每个节点2GB内存, 计算网络一般采用千兆以太网。 IO节点 IO节点与存储设备、 NFS文件系统、 HA软件等组成存储系统。IO节点作为NFS文件系统主节点, 外挂磁盘阵列或者连接其它存储设备, 负责文件的I/O操作。其它节点包括计算节点和管理登入节点的访问存储设备的请求都要经过I/O节点完成。IO节点有如下特点: 有丰富的外设, 如光驱、 软驱、 USB口等等 一般需要外接一些IO设备和插一些IO扩展卡, 因此要求节点机较强的IO可扩展性, 要求节点机有较大的空间, 一般都采用2U、 4U甚至空间更大的节点机 对性能有较高的要求, 系统中所有节点的IO操作都需要经过IO节点, 因此一定要保证IO节点的性能 有较大的内存, 大内存有利于IO操作性能的提供 一般需要安装高可用软件, IO节点一般是系统的单一故障点, 因此能够经过高可用系统消除这一单一故障点 由于IO节点和存储系统密切相关, 因此IO节点将在后面存储系统中详细讨论。 管理/登陆节点 管理/登入节点是外部设备和集群系统之间连接的桥梁, 任何用户和系统的管理员都只能经过管理/登入节点才可能登陆到节点机子系统上, 事实上, 管理/登入节点是一个多种身份于一身的节点, 它主要由以下几项功能: 阅至此处 登入: 它是用户登陆整个系统的第一道设备, 用户在经过系统的防火墙以后就能够登陆到管理节点, 由此用户能够远程连接到计算节点上进行运算, 用户也能够直接经过管理节点提交计算任务, 总之用户必须经过管理节点对整个集群系统进行操作, 它为整个系统提供了一个更加安全的设备保障。 管理: 在这个节点上安装绝大多数的曙光集群管理系统软件, 系统管理员能够经过在管理节点上的图形界面对整个集群进行有效的管理。 作业递交: 在这里安装了曙光作业调度系统, 用户能够在这个节点上提交并行任务。 上述身份对管理/登入节点有如下要求: 对性能要求不高。管理/登入节点虽然身兼数职, 但每一项任务对节点机的性能没有过高的要求。 管理/登入节点安装了很多软件, 包括集群管理监控、 作业调度系统、 防火墙等等, 因此与计算节点相比, 它需要连接一些外部设备、 一定的存储空间。 需要多块网卡。管理/登入节点不但要和集群内部网络相连, 同时还必须和外部网络连接, 因此相比与其它节点, 管理/登入节点需要增加一块与外部网络相连的网卡。 总的来说, 系统对管理/登入节点要求不高, 只要采用相对经济的配置就能够了, 但必须保持和计算节点、 IO节点同构。 1.2.2.网络 网络的设计是系统中很重要的一部分, 网络系统特别是计算网络的性能很大程度上影响着整个系统的性能。本方案的网络系统的设计从性能和可靠两个原则出发, 采用两套网络实现方式。实现双网分离、 专网专用、 相互备份, 达到系统的高性能和高可靠性。 由于并行计算时的数据通讯和NFS文件系统的数据传递对网络的要求较高, 为了管理、 监控等操作不对计算通讯和文件IO操作产生任何干扰, 本方案设计了两套网络系统, 实现双网分离、 专网专用, 保证了系统的高效性。同时, 两套网络又起着相互备份的功能, 当其中一套网络由于某种故障瘫痪时, 另一套网络就会担负起其功能, 虽然会在一定程度上影响到系统性能, 但却能保证系统在某一套网络瘫痪时正常运行, 提高了系统的可靠性。 两套网络包括计算网络和管理网络。其中计算网络采用千兆以太网, 管理网络为百兆以太网, 如图: 图2: 网络结构图 在作地震资料处理时, 计算网络主要担负着并行计算时的数据通讯和NFS文件系统的数据传递。并行计算时的数据通讯主要是求解方程组时各个计算节点间的数据交换; 这种数据交换主要是发生在计算节点之间, 每次交换的数据相对不是很大, 但交换的次数较为频繁。NFS文件系统的数据传递主要是读写数据文件和其它文件; 这种网络通讯主要发生在计算节点和IO节点之间, 计算节点经过IO节点读写存储设备; 其特点是网络通讯并不频繁, 一般发生在程序运行的开始、 结束以及中间特定的时间, 可是每次通讯的数据量很大, 因此对网络的带宽要求较高。 根据计算网络这样一些特点, 本方案采用千兆以太网作为计算网络, 其优越的性能足以在地震资料处理系统中担负起计算网络的角色。同时, 其相对于其它专用高速网络更为便宜的价格以及方便的安装维护, 通用的接口, 具有极高的性价比。 管理网络主要用于系统管理、 监控、 登入等, 这些操作对网络性能没有较高的要求, 因此在本系统采用经济的百兆以太网作为管理网络。 1.2.3.存储系统 存储系统由IO节点、 存储设备、 NFS文件系统、 HA软件等组成。存储设备能够是DAS, 也能够是SAN。 下图是采用DAS方式的存储系统结构图: 图3: DAS存储系统结构图 下图是采用SAN方式的存储系统结构图: 图4: SAN存储系统结构图 在作地震资料处理时, 所有计算节点都经过IO节点从存储设备上读写数据文件, 此时, IO节点和存储设备就成为系统的瓶颈, 特别是与IO相连的网络。千兆以太网的理论传输速度为1000Mbps, NFS系统在千兆以太网上最大传输速度在110MB/s左右, 也就是说所有的计算节点此时分享110MB/s的带宽。为了缓解NFS文件系统的数据传递时, IO节点网络的瓶颈, 本方案在IO节点上, 对于计算网, 采用了双千兆网卡或者三千兆网卡绑定的方法, 提高IO节点网络连接带宽。下表是千兆以太网在采用双网卡/网卡绑定时的性能: 表1: 千兆以太网卡性能表 从上表能够看出, 在IO节点上配置双网卡绑定或者多网卡绑定, 有利于提高IO节点的网络传输带宽, 从而更好地提高整个系统的性能。而由于双网卡绑定会使得计算机的网络传输延迟变长, 这不利于计算节点之间的频繁的网络通信, 因此不建议计算节点采用双网卡绑定的方式。 IO节点是系统中的单一故障点, 一旦其瘫痪, 整个系统将无法运行。为了消除这一单一故障点, 本方案采用了高可用( HA) 方式。经过曙光高可用软件( DHA) 实现两个IO节点的高可用。平时只有一个IO节点工作, 当工作的IO节点由于意外情况发生故障时, 另一个IO节点自动接替工作, 并向系统管理员报告。这一接替过程自动完成, 对于管理员和应用软件完全透明。 1.2.4.集群操作系统 集群操作系统位于节点操作系统之上应用软件之下。经过集群操作系统, 实现了集群系统单一系统映象, 使得整个集群系统便于管理、 使用和维护。 集群操作系统在真个系统中的位置