走出外國“玻璃屋”中國石油產(chǎn)業(yè)不再沉默

    石油行業(yè)一直是超級計算機(jī)應(yīng)用的主要領(lǐng)域，在上世紀(jì)冷戰(zhàn)年代，中國政府千方百計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。這是一個讓中國人傷透自尊的故事，因為中國人即使花錢購買了設(shè)備，也必須在外國人的監(jiān)視下運行以保證技術(shù)不泄露。但是毫無疑問，“玻璃房子的故事”激勵著無數(shù)中國科學(xué)家為了中國的石油勘探事業(yè)通過超級計算機(jī)的研發(fā)不懈努力。

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

    突破封鎖——中國石油超算一體化軟件橫空出世

    冷戰(zhàn)結(jié)束之后，國家經(jīng)濟(jì)科技水平飛速發(fā)展，中國超級計算機(jī)在國家的直接推動下，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)處理解釋軟件沒有突破。石油勘探環(huán)節(jié)受到超級計算機(jī)配套軟件環(huán)境的限制，許多中深油層油田沒有被發(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)域依然被美國的西方地球物理公司(Western Geophysical)和法國的通用地球物理公司(CGG)壟斷。2002年中國最大的地球物理勘探公司BGP(中國石油東方地球物理公司)，由于快速發(fā)展的國際業(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，BGP公司投入1.4億元于2003年1月正式啟動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)，項目的宏觀目標(biāo)是：總體功能達(dá)到國際先進(jìn)水平，成為中國石油物探特色技術(shù)的有效載體。不僅能滿足國內(nèi)油氣勘探需求，還要支持中油集團(tuán)參與國際競爭。這套系統(tǒng)在數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)共享、一體化運行模式、三維可視化、交互應(yīng)用框架、地震地質(zhì)建模、網(wǎng)絡(luò)運行環(huán)境和并行處理方面取得了多項創(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多個節(jié)點，而且又在規(guī)劃新機(jī)房，其面積是當(dāng)前的4倍，最終實現(xiàn)36000個核心。一個GPU節(jié)點2個CPU 2個GPU，相當(dāng)于原來的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8萬個核心，該軟件在天河1號上獲得了不可思議的線性加速比——8萬個核心8萬倍加速比，一舉達(dá)到國際一流水平。

    中國在超級計算機(jī)硬件和軟件方面的不斷完善，突破了曾被外國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內(nèi)外主流系統(tǒng)。在市場規(guī)模方面，中國石油領(lǐng)域的超算應(yīng)用在技術(shù)和產(chǎn)業(yè)成長迅速，僅中石油和中石化每年在超算的投入估計有10-20億元人民幣。

    未來展望——超算與石油尚是新婚

    雖然我國在石油勘探領(lǐng)域取得了長足的進(jìn)步，但是隨著我國國民經(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年末全國石油勘查新增探明地質(zhì)儲量13.70億噸，但是依然無法改善中國石油80%依賴進(jìn)口的現(xiàn)狀，帶來的后果是一方面中國的能源安全受國外牽制程度越來越高，另一方面國內(nèi)能源價格更容易隨國際市場而波動。

    在新探明儲量沒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)更多有開采價值的小油田，在繼續(xù)尋找中深油層的同時，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)，他們很多計算任務(wù)還是需要拿到天河一號上完成，這說明石油工業(yè)依然對超級計算機(jī)有較強的依賴。

    解釋建模過程中軟件模擬出的石油分布

    長遠(yuǎn)看，中國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)用提供了足夠的動力。

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