O software poderia transformar imagens subterrâneas de reservas de combustível fóssil, fornecendo detalhes sem precedentes em tempo recorde.

Para um país rico em petróleo como o Reino da Arábia Saudita, a imagem sísmica é vital para a extração eficiente de combustíveis fósseis. Novo software, conhecido como GIRIH, poderia melhorar o sistema de imagens subterrâneas para uma perfuração mais precisa de poços de petróleo.

Imagens sísmicas são criadas por ondas sonoras refletidas em estruturas geológicas subterrâneas para ajudar a identificar áreas potenciais de petróleo e gás. A análise desses dados para gerar imagens precisas consome muito tempo e capacidade de computação. Quanto mais complexa a subsuperfície, quanto mais refinada e detalhada a análise deve ser; e os parâmetros mais físicos incluídos (relacionados a diferentes propriedades de propagação de ondas através de vários tipos de rocha), quanto maior a demanda por requisitos computacionais (memória e tempo de processamento).

Pesquisadores do Extreme Computing Research Center (ECRC) da KAUST estão trabalhando em estreita colaboração com a empresa petrolífera Saudi Aramco em um projeto ambicioso, ExaWave, para projetar e integrar software novo em plataformas de análise de imagem. "Exa" se refere à preparação da Aramco para migrar sua carga de trabalho para arquiteturas exascale emergentes, capaz de realizar um bilhão de operações por segundo. O trabalho desta parceria facilitará o rápido, extração precisa e sustentável de combustível fóssil.

Para que a futura modelagem de computador de alto desempenho funcione de forma eficiente, as interações entre as arquiteturas de software e hardware devem ser refinadas. Hatem Ltaief, David Keyes e sua equipe no ECRC estão redesenhando algoritmos numéricos para adaptar os modelos matemáticos ao hardware emergente.

"Há uma incompatibilidade entre para onde o design de hardware de computação está direcionado em um futuro próximo e como o software tradicional é projetado, "diz Ltaief." Os sistemas de hardware do futuro consistirão em milhares de unidades de processamento (ou núcleos) em cada nó com uma hierarquia de memória profunda. Contudo, a maioria dos códigos científicos atuais não está pronta para explorar esta tecnologia. "

A computação paralela requer a divisão de grandes tarefas computacionais em muitas tarefas menores que são processadas independentemente antes de serem combinadas em uma solução completa. O modelo de programação popular - sincronizar vários núcleos para concluir tarefas inteiras - pode impedir o desempenho porque nem todos os núcleos terminam ao mesmo tempo (dependendo da velocidade e distribuição de trabalho) e os núcleos rápidos devem esperar que os núcleos mais lentos terminem.

"Os desenvolvedores precisam redesenhar o software para reduzir a sincronização em várias tarefas e limitar o movimento de dados dentro da hierarquia de memória para que haja menos acessos à memória demorados, "diz Ltaief." Isso é o que alcançamos com nosso novo software, GIRIH, e pode ser potencialmente usado para vários aplicativos de modelagem. "

O software GIRIH é baseado no trabalho de um ex-aluno de doutorado da KAUST, Tareq Malas, que agora trabalha na Intel nos EUA. O software é projetado para resolver equações diferenciais parciais por meio de computação de estêncil amplamente usada. Estruturas de estêncil dividem um espaço tridimensional em uma grade. O valor de cada célula na grade muda de acordo com os valores das células circundantes - o código do estêncil especifica quais células usar para calcular o valor de qualquer célula.

No caso de imagens sísmicas, equações de onda, que têm propriedades que variam ao longo do tempo e do espaço, são resolvidos usando a estrutura de estêncil. O GIRIH divide a grade em blocos, cada um representando um certo número de células em um determinado período de tempo (veja a imagem superior). O GIRIH então trata os blocos como tarefas computacionais independentes, que são executados no hardware subjacente de maneira paralela. Desta maneira, a sincronização é substituída por tarefas simplesmente esperando por blocos vizinhos de cujos dados eles dependem.

"Esta estratégia de tiling no espaço e no tempo essencialmente mata dois coelhos com uma cajadada só. Reduz a sincronização e reduz o tempo de recuperação de dados ao reutilizar os dados já armazenados em cache localizados no alto nível da hierarquia de memória, "diz Ltaief." Shaheen-2, os 200, Supercomputador de 000 núcleos aqui na KAUST, será fundamental durante o projeto ExaWave porque pode demonstrar o desempenho do GIRIH em uma escala sem precedentes. "

As imagens de alta qualidade geradas pelo GIRIH devem auxiliar na perfuração de poços de petróleo, talvez até em tempo real, fornecendo detalhes precisos da área subterrânea imediata. Desta maneira, O GIRIH pode ajudar a diminuir o impacto ambiental da extração de petróleo e gás, tornando o processo de perfuração mais preciso.

"O famoso jogador de hóquei, Wayne Gretzky, disse uma vez "um bom jogador joga onde está o disco, enquanto um grande jogador patina para onde o disco vai estar! ', "diz Keyes." Este é o nosso objetivo aqui no ECRC:antecipar a futura revolução do hardware, criando software científico de alto desempenho que garante a resiliência e robustez de todo o sistema. "