ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫЙ ПРОГРАММНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС

Полезная модель относится к сверхпроизводительным многопроцессорным вычислительным системам, в частности, к системам для предварительной и специализированной обработки данных трехмерной сейсморазведки, обеспечивающей технологию выявления и оценки фильтрационно-емкостных параметров трещинно-кавернозных коллекторов сложно построенных залежей углеводородов.
Известна многопроцессорная система, содержащая две шины межпроцессорного обмена, два устройства управления этими шинами, N процессорных модулей, где N - число больше единицы, N локальных шин, N блоков общей памяти и N устройств управления вводом-выводом (Авторское свидетельство СССР N 1436714, G06F 15/16, 1990).
Недостатком аналога является резкое возрастание времени ожидания доступа к шинам межпроцессорного обмена при увеличении количества процессорных модулей N, что приводит к снижению быстродействия устройства, а также при увеличении количества процессорных модулей N возрастает время простаивания процессора в период ожидания освобождения устройства вследствие синхронного режима работы шин межпроцессорного обмена.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели (прототипом) является многопроцессорная система обработки данных (Патент РФ на изобретение №2139566). Известное устройство содержит N процессорных модулей, асинхронную оптоволоконную межпроцессорную магистраль.
Недостатки этой системы следующие: в ней не предусмотрена система централизованного хранения данных, что затрудняет реализацию функции архивирования данных; межпроцессорная магистраль реализована на основе оптоволокна, что увеличивает ее стоимость; отсутствие единого элемента управления всей системой, что приводит к невозможности реализации мониторинга и распределения заданий между узлами вычислительной системы.
Ввиду отмеченных недостатков, известные устройство-прототип и устройство-аналог не позволяют выполнять оптимальную предварительную и специализированную обработку данных трехмерной сейсморазведки, которая обеспечивает технологию выявления и оценки фильтрационно-емкостных параметров трещинно-кавернозных коллекторов сложно построенных залежей углеводородов.
Предлагаемая авторами полезная модель позволяет решить следующую задачу пользователя: выявление участков и зон возможной продуктивности сложнопостроенных залежей углеводородов с оценкой их фильтрационно-емкостных параметров путем специализированной обработки данных трехмерной сейсморазведки.
При осуществлении предлагаемого высокопроизводительного программно-технологического вычислительного комплекса получают следующий технический результат: увеличение пиковой производительности; увеличение суммарного объема оперативной памяти; улучшение соотношения производительности на ватт потребляемой мощности; параллельный анализ данных сейсморазведки; интерактивное трехмерное отображение и архивирование выделенных объектов.
Указанный технический результат достигается за счет: использования масштабируемой кластерной архитектуры; оптимального выбора вычислительного узла и технологии связи между вычислительными узлами; применения специализированного устройства управления; использования централизованной системы хранения данных.
Отличительными от прототипа признаками являются: наличие N коммутаторов шины межпроцессорного обмена, выполняющими функцию обмена распределенными данными параллельных вычислений между процессорными модулями; наличие шины данных связанной со вторыми входами-выходами N процессорных модулей и коммутатором шины данных, выполняющего функцию обмена данными задач между процессорными модулями, устройством хранения данных и первым входом-выходом специализированного устройства управления; наличие специализированного устройства управления, выполняющего функции мониторинга и распределения заданий между процессорными модулями, которое соединятся с коммутатором сети управления, выполняющего функцию передачи команд и информации мониторинга между устройством управления и процессорными блоками.
Сущность полезной модели поясняется на фиг., где представлена структурная схема заявляемого устройства.
1 - процессорный модуль;
2 - коммутатор шины межпроцессорного обмена;
3 - шина межпроцессорного обмена;
4 - шина данных;
5 - коммутатор шины данных;
6 - устройство хранения данных;
7 - управляющая сеть;
8 - специализированное устройство управления;
9 - коммутатор управляющей сети;
10 - распределительное устройство.
Система на фиг. состоит из N-го числа процессорных модулей 1, каждый из которых включает в себя N N-ядерных процессоров. Процессорные модули 1 соединяются между собой с помощью N/2 коммутаторов шины межпроцессорного обмена 2 (где N - кол-во процессорных модулей), посредством шины межпроцессорного обмена 3. Через шину данных 4, посредством коммутатора шины данных 5, осуществляется подключение процессорных модулей к устройству хранения данных 6 и специализированному устройству управления 8. Для обеспечения управления, мониторинга и распределения заданий между узлами кластера, реализована управляющая сеть 7 под управлением специализированного устройства управления 8 через коммутатор управляющей сети 9, причем доступ пользователей к ресурсам высокопроизводительного программно-технологического вычислительного комплекса осуществляется через специализированное устройство управления 8 с помощью распределительного устройства 10.
В качестве процессорного модуля 1 может быть применен сервер реализованный на двух четырехядерных процессорах, например блейдсервер Dell PowerEdge M600. Шина межпроцессорного обмена 3 и коммутатор шины межпроцессорного обмена 2 реализованы в соответствии со стандартом InfiniBand 4xDDR, позволяющие осуществлять межпроцессорный обмен с гарантированными минимальными задержками, при этом физический уровень выполнен в виде кабеля «витая пара», что снижает стоимость конечного изделия. Шина межпроцессорного обмена 3 позволяет наращивать количество процессорных модулей с линейной зависимостью производительности вычислительного комплекса от количества процессорных модулей. Специализированное устройство управления 8 выполнено на промышленном сервере Dell РЕ 1950 III. Устройство хранения данных 6 реализовано в виде дисковых массивов хранения данных, обладающих высокоскоростными интерфейсами обмена данными. Шина данных 4 и управляющая сеть 7, реализованы на стандарте Ethernet 1 Gbit и 10 Gbit.
Рассмотрим работу вычислительного комплекса. Пользователь, посредством распределительного устройства 10, получает доступ к ресурсам вычислительного комплекса, а именно к процессорным модулям 1 и к устройству хранения данных 6. Задания пользователя распределяется специализированным устройством управления 8 между процессорными модулями 1, посредством коммутатора шины данных 5 и шины данных 4, причем оптимизация ресурсов вычислительного комплекса выполняется тем же специализированным устройством управления 8 через коммутатор управляющей сети 9 и управляющую сеть 7, путем определения оптимального количества процессорных модулей 1 для эффективного решения задания пользователя. Кроме того динамическое распределение задания пользователя на N процессорных модулей 1, позволяет оптимизировать затрачиваемые ресурсы вычислительного комплекса.
Обмен данными между потоками вычислений процессорных модулей 1 осуществляется через шину межпроцессорного обмена, имеющую прямой доступ к оперативной памяти процессорных модулей 1. Процесс обмена данными осуществляется путем прямого обращения к выделенной области оперативной памяти без поддержки со стороны центрального процессора и ресурсов операционной системы, процессорного модуля 1. Данное решение реализовано в стандарте InfinBand, позволяющее получить производительность вычислений, близкой к пиковой производительности процессорного модуля 1 умноженной на количество N используемых процессорных модулей 1.
Шина данных 4 и коммутатор шины данных 5 обеспечивают малое время простаивания процессорных модулей 1, за счет быстрого обмена исходными данными и результатами вычислений, между процессорными модулями 1 и устройством хранения данных 6 в процессе вычислений. Тем самым, обеспечивая не только эффективное вычисление задания и архивирование, как результатов вычислений, так и исходных данных, но также уменьшение до минимума времени ожидания пользователем результатов вычисления задания.
Таким образом, предлагаемая полезная модель дает возможность: увеличить пиковую производительность; увеличить суммарный объем оперативной памяти; улучшить соотношение производительности на ватт потребляемой мощности; выполнить параллельный анализ данных сейсморазведки; получить интерактивное трехмерное отображение и провести архивирование выделенных объектов. В итоге эта полезная модель позволяет выявить участки и зоны продуктивности сложнопостроенных залежей углеводородов и оценить их фильтрационно-емкостные параметры.