Un logiciel pourrait transformer l'imagerie souterraine des réserves de combustibles fossiles en fournissant des détails sans précédent en un temps record.

Pour un pays riche en pétrole comme le Royaume d'Arabie saoudite, l'imagerie sismique est vitale pour une extraction efficace des combustibles fossiles. Nouveau logiciel, connu sous le nom de GIRIH, pourrait améliorer le système d'imagerie souterrain pour un forage plus précis des puits de pétrole.

Les images sismiques sont créées en faisant rebondir des ondes sonores sur des structures géologiques souterraines pour aider à identifier les zones potentielles de pétrole et de gaz. L'analyse de ces données pour générer des images précises prend un temps et une puissance de calcul importants. Plus le sous-sol est complexe, plus l'analyse doit être fine et détaillée ; et les paramètres plus physiques inclus (liés aux différentes propriétés de propagation des ondes à travers différents types de roches), plus la demande sur les exigences de calcul (mémoire et temps de traitement) est élevée.

Les chercheurs de l'Extreme Computing Research Center (ECRC) de la KAUST travaillent en étroite collaboration avec la compagnie pétrolière Saudi Aramco dans un projet ambitieux, ExaWave, concevoir et intégrer de nouveaux logiciels dans des plateformes d'analyse d'images. « Exa » fait référence à la préparation d'Aramco pour migrer sa charge de travail vers des architectures exascale émergentes, capable d'effectuer un milliard de milliards d'opérations par seconde. Le travail de ce partenariat facilitera rapidement, extraction précise et durable des combustibles fossiles.

Pour que la future modélisation informatique haute performance fonctionne efficacement, les interactions entre architectures logicielles et matérielles doivent être affinées. Hatem Ltaïef, David Keyes et son équipe de l'ECRC sont en train de reconcevoir des algorithmes numériques pour adapter les modèles mathématiques au matériel émergent.

« Il y a un décalage entre la direction que prend la conception du matériel informatique dans un avenir proche et la façon dont les logiciels traditionnels sont conçus, " dit Ltaief. " Les futurs systèmes matériels comprendront des milliers d'unités de traitement (ou cœurs) sur chaque nœud avec une hiérarchie de mémoire profonde. Cependant, la plupart des codes scientifiques actuels ne sont pas prêts à exploiter cette technologie."

L'informatique parallèle nécessite de décomposer les tâches de calcul volumineuses en de nombreuses tâches plus petites qui sont traitées indépendamment avant d'être combinées en une solution complète. Le modèle de programmation populaire (synchroniser plusieurs cœurs pour effectuer des tâches entières) peut entraver les performances car tous les cœurs ne se terminent pas en même temps (en fonction de la vitesse et de la répartition du travail) et les cœurs rapides doivent attendre que les cœurs plus lents se terminent.

« Les développeurs doivent reconcevoir les logiciels pour réduire la synchronisation au sein de plusieurs tâches et limiter le mouvement des données au sein de la hiérarchie de la mémoire afin qu'il y ait moins d'accès mémoire fastidieux, " dit Ltaief. " C'est ce que nous avons réalisé avec notre nouveau logiciel, GIRIH, et il pourrait potentiellement être utilisé pour de multiples applications de modélisation."

Le logiciel GIRIH s'appuie sur les travaux d'un ancien doctorant de la KAUST, Tareq Malas, qui travaille maintenant chez Intel aux États-Unis. Le logiciel est conçu pour résoudre des équations aux dérivées partielles par le biais de calculs au pochoir largement utilisés. Les cadres de pochoir divisent un espace tridimensionnel en une grille. La valeur de chaque cellule de la grille change en fonction des valeurs des cellules environnantes :le code du gabarit spécifie les cellules à utiliser pour calculer la valeur d'une cellule donnée.

Dans le cas de l'imagerie sismique, équations d'onde, dont les propriétés varient dans le temps et dans l'espace, sont résolus à l'aide du cadre de pochoir. GIRIH divise la grille en tuiles qui représentent chacune un certain nombre de cellules sur une certaine période de temps (voir l'image du haut). GIRIH traite ensuite les tuiles comme des tâches de calcul indépendantes, qui sont exécutés sur le matériel sous-jacent de manière parallèle. De cette façon, la synchronisation est remplacée par des tâches attendant simplement les tuiles voisines dont elles dépendent des données.

"Cette stratégie de tuilage dans l'espace et le temps fait essentiellement d'une pierre deux coups. Elle réduit la synchronisation et réduit le temps de récupération des données en réutilisant les données déjà mises en cache situées dans le haut niveau de la hiérarchie mémoire, " dit Ltaief. " Shaheen-2, le 200, Supercalculateur à 000 cœurs ici à KAUST, sera déterminant pendant le projet ExaWave car il peut démontrer les performances de GIRIH à une échelle sans précédent. »

Les images de haute qualité générées par GIRIH devraient aider au forage de puits de pétrole, peut-être même en temps réel, en fournissant des détails fins de la zone souterraine immédiate. De cette façon, GIRIH pourrait aider à réduire l'impact environnemental de l'extraction de pétrole et de gaz en rendant le processus de forage plus précis.

"Le célèbre joueur de hockey, Wayne Gretzky, a dit un jour « un bon joueur joue là où se trouve la rondelle, tandis qu'un grand joueur patine jusqu'à l'endroit où la rondelle va être !', " dit Keyes. " C'est notre objectif ici à l'ECRC :anticiper la future révolution matérielle en créant un logiciel scientifique haute performance qui assure la résilience et la robustesse de l'ensemble du système. "