El software podría transformar las imágenes subterráneas de las reservas de combustibles fósiles proporcionando detalles sin precedentes en un tiempo récord.

Para un país rico en petróleo como el Reino de Arabia Saudita, Las imágenes sísmicas son vitales para la extracción eficiente de combustibles fósiles. Nuevo software, conocido como GIRIH, podría mejorar el sistema de imágenes subterráneas para una perforación más precisa de pozos de petróleo.

Las imágenes sísmicas se crean haciendo rebotar ondas de sonido en estructuras geológicas subterráneas para ayudar a identificar áreas potenciales de petróleo y gas. Analizar estos datos para generar imágenes precisas requiere mucho tiempo y potencia de cálculo. Cuanto más complejo es el subsuelo, cuanto más fino y detallado debe ser el análisis; y los parámetros más físicos incluidos (relacionados con diferentes propiedades de propagación de ondas a través de diferentes tipos de rocas), cuanto mayor sea la demanda de requisitos computacionales (memoria y tiempo de procesamiento).

Los investigadores del Centro de Investigación de Computación Extrema (ECRC) de KAUST están trabajando en estrecha colaboración con la compañía petrolera Saudi Aramco en un proyecto ambicioso, ExaWave, diseñar e integrar software novedoso en plataformas de análisis de imágenes. "Exa" se refiere a la preparación de Aramco para migrar su carga de trabajo a arquitecturas de exaescala emergentes, capaz de realizar mil millones de operaciones por segundo. El trabajo de esta asociación facilitará extracción precisa y sostenible de combustibles fósiles.

Para que el futuro modelado informático de alto rendimiento funcione de manera eficiente, las interacciones entre las arquitecturas de software y hardware deben perfeccionarse. Hatem Ltaief, David Keyes y su equipo en el ECRC están rediseñando algoritmos numéricos para adaptar los modelos matemáticos al hardware emergente.

"Existe un desajuste entre el rumbo del diseño de hardware informático en el futuro cercano y cómo se diseña el software tradicional, "dice Ltaief." Los sistemas de hardware del futuro consistirán en miles de unidades de procesamiento (o núcleos) en cada nodo con una jerarquía de memoria profunda. Sin embargo, la mayoría de los códigos científicos actuales no están preparados para explotar esta tecnología ".

La computación en paralelo requiere dividir las grandes tareas computacionales en muchas tareas más pequeñas que se procesan de forma independiente antes de combinarse en una solución completa. El popular modelo de programación, sincronizar varios núcleos para completar tareas completas, puede impedir el rendimiento porque no todos los núcleos terminan al mismo tiempo (según la velocidad y la distribución del trabajo) y los núcleos rápidos deben esperar a que terminen los núcleos más lentos.

"Los desarrolladores necesitan rediseñar el software para reducir la sincronización dentro de múltiples tareas y limitar el movimiento de datos dentro de la jerarquía de la memoria para que haya menos accesos a la memoria que consuman mucho tiempo, "dice Ltaief." Esto es lo que hemos logrado con nuestro nuevo software, GIRIH, y potencialmente podría usarse para múltiples aplicaciones de modelado ".

El software GIRIH se basa en el trabajo de un ex estudiante de doctorado de KAUST, Tareq Malas, que ahora trabaja en Intel en los EE. UU. El software está diseñado para resolver ecuaciones diferenciales parciales a través del cálculo de esténcil ampliamente utilizado. Los marcos de plantilla dividen un espacio tridimensional en una cuadrícula. El valor de cada celda en la cuadrícula cambia de acuerdo con los valores de las celdas circundantes; el código de la plantilla especifica qué celdas usar para calcular el valor de cualquier celda dada.

En el caso de imágenes sísmicas, ecuaciones de onda, que tienen propiedades que varían con el tiempo y el espacio, se resuelven utilizando el marco de la plantilla. GIRIH divide la cuadrícula en mosaicos, cada uno de los cuales representa un cierto número de celdas durante un cierto período de tiempo (ver imagen superior). GIRIH luego trata los mosaicos como tareas computacionales independientes, que se ejecutan en el hardware subyacente de forma paralela. De este modo, la sincronización se reemplaza por tareas que simplemente esperan los mosaicos vecinos de cuyos datos dependen.

"Esta estrategia de ordenamiento en teselas en el espacio y el tiempo esencialmente mata dos pájaros de un tiro. Reduce la sincronización y reduce el tiempo de recuperación de datos al reutilizar los datos ya almacenados en caché ubicados en el nivel alto de la jerarquía de memoria, "dice Ltaief". Shaheen-2, el 200, Superordenador de 000 núcleos aquí en KAUST, será fundamental durante el proyecto ExaWave porque puede demostrar el desempeño de GIRIH a una escala sin precedentes ".

Las imágenes de alta calidad generadas por GIRIH deberían ayudar en la perforación de pozos petroleros, quizás incluso en tiempo real, proporcionando detalles finos del área subterránea inmediata. De este modo, GIRIH podría ayudar a disminuir el impacto ambiental de la extracción de petróleo y gas al hacer que el proceso de perforación sea más preciso.

"El famoso jugador de hockey, Wayne Gretzky, una vez dijo 'un buen jugador juega donde está el disco, mientras un gran jugador patina hacia donde va a estar el disco! ', ", dice Keyes." Este es nuestro objetivo aquí en el ECRC:anticiparnos a la futura revolución del hardware mediante la creación de software científico de alto rendimiento que garantice la resistencia y solidez de todo el sistema ".