CPU核心电压偏移 CPU/GPU叠前逆时偏移处理系统总体方案设计及部署

来源:口号标语 发布时间:2019-10-24 05:09:32 点击:

  [摘 要] 叠前逆时偏移技术作为大庆油田“十二五”期间物探技术领域重点攻关的核心技术,是目前地震成像领域的一项前沿性技术,可实现复杂波场的准确成像。2012年,由中石油股份公司投资,引进了HP公司生产的386节点的CPU集群和42节点的GPU集群,并安装了GeoEast地震处理软件和Lightning逆时偏移软件,为解决大数据量地震成像问题,提供了有效保障。本文主要介绍这次引进的面向大庆油田地震处理资料应用领域的基于Linux系统的CPU/GPU集群系统的方案设计与实现的方案。
  [关键词] 叠前逆时偏移;CPU/GPU集群;设计;部署;地震成像
  doi : 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2013 . 21. 028
  [中图分类号] F270.7;TP315 [文献标识码] A [文章编号] 1673 - 0194(2013)21- 0047- 02
  1 引 言
  目前,国内外所有行业的信息化、数字化建设突飞猛进,各种应用软件及科研手段日益依赖于各种有效的信息渠道(数据中心、信息通道),通过这种高度的信息化、数字化方式,生产效率得到前所未有的提高,企业效益(收益)丰厚,企业资源得到很好的积累与保护,企业资源得到合理使用与规划,企业竞争力增强。作为高性能运算应用的主要领域,石油地震数据处理系统要求计算机系统运算性能与运行稳定性极高的计算环境。作为核心技术的代表和战略决策的参谋部,大庆油田勘探开发研究院承担着大庆探区24万平方千米的油气勘探重任,为了不断适应今后企业的市场需求和强化自身的竞争力,拥有运行稳定、技术先进、性能优异的CPU/GPU集群处理系统来满足勘探技术要求是非常必要的,特别是提升大庆油田叠前深度偏移和叠前逆时偏移的处理能力。
  2 CPU/GPU集群系统的总体架构设计
  本次引进的CPU/GPU集群系统由偏移处理集群、常规处理集群、GPU集群、管理节点、刀片机箱、集群软件及机柜组成;该集群系统的核心是268台 HP BL460c G7刀片服务器作为偏移处理CPU节点、56台 HP Proliant DL160G6作为常规处理CPU节点,42台SL390作为逆时偏移CPU节点/逆时偏移GPU节点,15台DL380G7服务器作为管理控制节点,配备先进的Extreme BDX8万兆网络交换机、两台4万兆IB交换机用来提升高性能计算系统的计算能力,进而提升大庆油田地震资料处理系统中叠前深度偏移的处理能力,使之能够满足现在及未来几年内研究院生产任务的高性能计算需求。具体的拓扑示意图如图1所示。
  3 CPU/GPU集群系统的软件架构
  在CPU集群上安装GeoEast常规处理软件(256个CPU许可),在GPU集群(总共84个GPU)上安装GeoEast-Lightning逆时偏移成像软件。配置用于叠前逆时偏移计算的速度建模软件及配套的地震处理软件。
  根据GeoEast地震处理软件、GeoEast-Lighting逆时偏移软件对操作系统安装环境的要求,确定了RedHat Linux操作系统版本、内核版本及系统环境配置需求,保证新集群系统的快速安装部署。
  剩余的节点,安装升级的Paradigm处理软件,包括:GeoDepth2D/3D建模与深度域成像系统、三维各向异性克希霍夫叠前深度偏移(费马/程函旅行时间/波前重建)、3D TTI 三维各向异性克希霍夫叠前深度偏移等模块。系统软件结构如图2所示。
  4 CPU/GPU集群系统特点
  4.1 计算节点处理器效率高
  随着新的勘探技术的不断应用和开发,一些非常规处理的技术必须使用计算性能极高的计算机系统来实现。针对大庆勘探开发研究院高性能数据处理计算机系统在特殊处理应用(叠前深度偏移应用)上存在计算性能不足的问题,CPU/GPU集群系统计算节点的配置在核数和主频方面都要高于现有系统的配置(2C6核2.8GHz)。
  4.2 计算节点大容量内存的需求
  现有系统的叠前深度偏移处理能力不足,其主要原因是计算节点的内存太小,所以新计算节点的物理内存尽量大一些,CPU核数与内存的比例最佳实践比例为1 ∶ 4,这样能更好地发挥CPU的性能(12核48G内存)。
  4.3 集群管理简单、维护方便
  计算机集群系统是一个由多个节点组成、采用多种并行计算技术构成的复杂的计算机系统,这种集群计算机系统要想实现稳定、高效地处理地震作业,不仅要解决各个节点之间的通讯和延迟问题,而且还必须有高效、界面丰富、维护容易的管理和诊断软件。比如实现系统的并行安装和配置;上百个服务器的批量开关机;动态监视系统资源使用情况等。
  4.4 灵活方便的扩展性需求
  新系统除了具有较高的性能且便于管理外,应该还具有灵活、方便的扩展性,随着业务的发展,用户可以在原有设备基础上,增加少许投入,在不影响现在应用运行的基础上实现系统硬件平台的升级。特别是将来扩展服务器设备时,除了硬件本身的费用,还应突破软件的限制,降低总体采购的成本。
  5 CMU集群部署管理工具
  HP CMU (Cluster Management Utility) 的集群管理工具是面向Linux集群的产品,可以管理相应的I/O、计算节点和管理节点,进行日常监控与备份、Clone工作,也可以通过广播方式发送并行命令,惠普集群的操作系统都是通过惠普提供的CMU来进行安装和维护的,通过Backup功能,备份操作系统的镜像,通过Clone功能,将相应LogicGroup中的镜像克隆到节点。不同的镜像文件属于不同的LogicGroup。当节点发生硬盘故障,需要恢复操作系统时,只需要确定该节点属于哪个LogicGroup,选中后,用该LogicGroup中的镜像进行Clone就可以了。
  6 结束语
  这次引进的CPU/GPU叠前逆时偏移处理系统,根据总体方案设计,完成了新集群系统的硬件设备安装、操作系统环境和地震处理软件部署,实现新引进集群与已有的处理系统的高效集成应用。并针对新引进的CPU/GPU处理集群系统的硬件、网络、存储及地震处理软件进行总体架构设计和优化配置,建立了满足叠前逆时偏移处理的计算平台,该集群的投产,将大大提高地震处理成像精度,对实现大庆油田“原油4 000万吨持续稳产应稳定到2020年、油气当量重上5 000万吨”的目标提供强有力的技术支持。
  主要参考文献
  [1]高俊峰.高性能Linux服务器构建实战:运维监控、性能调优与集群应用[M].北京:人民邮电出版社,2012.
  [2]余洪春.构建高可用Linux服务器[M].北京:机械工业出版社,2012.

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