Градиент и CUDA. Эффективная геологоразведка

Низкочастотное сейсмическое зондирование (НСЗ), основанное на анализе поля естественных микросейсм, - одна из наиболее эффективных разработок в этой области. Данный метод - совместная разработка ЗАО «Градиент» и Института математики и механики Казанского федерального университета. Он позволяет отказаться от применения опасных взрывотехнических работ или громоздких вибраторов и резко снизить стоимость полевых работ.

Фото 1: Cчитывание полевых данных из регистрирующей аппаратуры (Республика Болгария, ноябрь, 2009 г.)

Одной из сложностей метода НСЗ является необходимость производить многовариантные ресурсоемкие расчеты. Для интерпретации данных нужно сопоставить зарегистрированные микросейсмы с модельными микросейсмами, полученных численным моделированием для различного положения залежи углеводородов в геологической среде. «Оптимальный объем вычислений при численном моделировании таков, что зачастую дешевле пробурить скважину на исследуемом участке, чем рассчитать необходимый набор вариантов на классическом суперкомпьютере, - отмечает Евгений Васильевич Биряльцев, заместитель генерального директора по науке ЗАО "Градиент". – Именно поэтому мы решили перенести наш программный комплекс на GPU. Моделирование распространения микросейсмических волн на процессорах NVIDIA Tesla позволило нам существенно оптимизировать затраты на проведение исследований».

Перенос моделирующего комплекса на процессоры NVIDIA Tesla ЗАО «Градиент» проводило совместно с Казанским филиалом Межведомственного Суперкомпьютерного Центра РАН. Использование массивно-параллельной архитектуры GPU позволило резко снизить время и стоимость компьютерного моделирования и начать активно применять программный комплекс при решении поисковых задач.

Фото 2: Сверочное наблюдение регистраторов сейсмических сигналов (Юго-восток Республики Татарстан, апрель 2009 г.)

При расчете типовой модели (около 8 000 000 узлов, 100 000 шагов по времени) один графический процессор оказался сопоставим по вычислительной мощности с 48 процессорами суперкомпьютера МВС-100К* (пиковая производительность 120 ТФлопс, 4-е место в рейтинге TOP 50 суперкомпьютеров РФ). Это позволило добиться уменьшения времени вычислений от 50 (1 GPU) до 250 раз (6 GPU), а также снизить стоимость вычислений до 1000 раз.

На графике: отношение количества центральных процессоров к графическим процессорам по времени выполнения задач. Standard model — типовая модель, Extended model — расширенная типовая модель.

За последние 5 лет ЗАО «Градиент» провело поисково-разведочные работы методом НСЗ на более чем 100 площадях в Урало-Поволжье и Западной Сибири, на которых пробурено в общей сложности 95 поисково-разведочных и эксплуатационных скважин. Высокая эффективность метода НСЗ и оптимальная аппаратная поддержка процессов моделирования и интерпретации данных позволили достичь успешности прогноза более 80%.

* МВС-100К – Межведомственный суперкомпьютерный центр Российской академии наук. Рейтинг ТОП 50 - http://top50.supercomputers.ru/?page=rating