procyberВестник кибернетикиProceedings in Cybernetics1999-7604Бюджетное учреждение высшего образования Ханты-Мансийского автономного округа – Югры «Сургутский государственный университет»procyber-105Research ArticleФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАУКИPhysics and MathematicsПАРАЛЛЕЛЬНЫЕ МЕТОДЫ И ТЕХНОЛОГИИ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ НЕФТЕГАЗОВОЙ ОТРАСЛИPARALLEL METHODS AND TECHNOLOGIES FOR SOLVING OIL&GAS INDUSTRY PROBLEMSИльинВ. П.IlyinV. P.ilin@corp.nstu.ruИнститут вычислительной математики и математической геофизики СО РАН; Новосибирский государственный технический университетРоссияInstitute for Computational Mathematics and Mathematical Geophysics, Siberian Branch, RAS; Novosibirsk State Technical UniversityRussian Federation20172503202001 (25)8499Copyright © Ильин В.П., 20202020Ильин В.П.Ilyin V.P.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vestcyber.ru/jour/article/view/105

Рассмотрены фундаментальные и прикладные вопросы высокопроизводительного моделирования процессов и явлений в актуальных проблемах нефтегазовой отрасли. Исследуются стратегические и тактические особенности распараллеливания различных технологических стадий крупномасштабного вычислительного эксперимента на многопроцессорных суперкомпьютерах гетерогенной архитектуры с распределенной и иерархической общей памятью. Особое внимание уделено реализации многомасштабных разрывных методов Галеркина высоких порядков для решения междисциплинарных прямых и обратных задач с реальными данными, включая сложные геометрические конфигурации многосвязных кусочно-гладких границ и контрастных материальных свойств в различных средах, а также алгоритмам решения сверхбольших разреженных СЛАУ. Описаны технологии гибридного программирования с использованием средств передачи межпроцессорных данных, многопотоковых вычислений, векторизации машинных операций и графических ускорителей. Проанализированы характеристики и показатели эффективности распараллеливания алгоритмов и их отображения на архитектуру компьютера, а также вопросы создания математического и программного обеспечения на компонетных принципах формирования больших интегрирующих окружений.

The paper deals with basic and applied aspects of high-performance process simulation for oil&gas industry. We study large- and low-scale approaches to managing large parallel simulations with multi-CPU heterogamous computers with distributed hierarchical common RAM. The paper focuses of the implementation of multiscale discontinuous Galerkin high order methods to solve interdisciplinary direct and inverse real-life problems such as complex geometric configurations of multiply connected piecewise-smooth boundaries and contrast material properties in various environments, and algorithms for solving super-large sparse linear equation systems. Hybrid programming technologies a presented that use interCPU data transfer, multi-thread computing, vectorization, and graphics accelerator chips. We also analyze the properties and performance of algorithm paralleling and its mapping to the computer architecture, component-based software development for creating large integrated environments.

масштабируемое распараллеливаниегибридное программированиемногопроцессорные гетерогенные системымногомерные междисциплинарные прямые и обратные задачикоммуникационные потеридекомпозиция областейscalable parallelinghybrid programmingmultiCPU heterogeneous systemsmultidimensional interdisciplinary direct and inverse problemscommunication lossesarea decompositionReferencesИльин В. П. Фундаментальные вопросы математического моделирования // Вестн. Рос. академии наук. 2016. Т. 86. № 4. С. 26-36.Ильин В. П. Фундаментальные вопросы математического моделирования // Вестн. Рос. академии наук. 2016. Т. 86. № 4. С. 26-36.Ильин В. П. О вычислительных методах и технологиях решения задач нефтегазовой отрасли // Вестн. кибернетики. 2016. № 2. 2016. С. 117-127.Ильин В. П. О вычислительных методах и технологиях решения задач нефтегазовой отрасли // Вестн. кибернетики. 2016. № 2. 2016. С. 117-127.Вабищевич П. Н., Самарский А. А. Вычислительная теплопередача. М. : Едиториал УРСС. 2003. 784 с.Вабищевич П. Н., Самарский А. А. Вычислительная теплопередача. М. : Едиториал УРСС. 2003. 784 с.Бычин И. В., Гавриленко Т. В., Галкин В. А., Гореликов А. В., Ряховский А. В. Численное моделирование 3D-задач теплопроводности с фазовыми переходами на вычислительных системах с распределенной памятью // Вестн. ЮУрГУ. Сер. Вычислительная математика и информатика. 2013. Т. 2. С. 84-93.Бычин И. В., Гавриленко Т. В., Галкин В. А., Гореликов А. В., Ряховский А. В. Численное моделирование 3D-задач теплопроводности с фазовыми переходами на вычислительных системах с распределенной памятью // Вестн. ЮУрГУ. Сер. Вычислительная математика и информатика. 2013. Т. 2. С. 84-93.Вабищевич П. Н., Васильева М. В., Павлова Н. В. Численное моделирование термостабилизации фильтрующих грунтов // Математ. моделирование. 2014. Т. 26. № 9. С. 111-125.Вабищевич П. Н., Васильева М. В., Павлова Н. В. Численное моделирование термостабилизации фильтрующих грунтов // Математ. моделирование. 2014. Т. 26. № 9. С. 111-125.Богачев К. Ю., Мельниченко Н. С. О пространственной аппроксимации методом подсеток для задачи фильтрации вязкой сжимаемой жидкости в пористой среде // Вычислительные методы и программирование. 2008. Т. 9. С. 191-199.Богачев К. Ю., Мельниченко Н. С. О пространственной аппроксимации методом подсеток для задачи фильтрации вязкой сжимаемой жидкости в пористой среде // Вычислительные методы и программирование. 2008. Т. 9. С. 191-199.Бутнев О. И., Горев И. В., Колесников С. С., Кузнецов В. Ю., Пронин В. А., Сидоров М. Л., Яруллин А. Д. Полностью неявная схема решения задач трехфазной фильтрации на неструктурированных сетках в пакете программ НИМФА // Вестн. кибернетики. 2015. № 3 (19). С. 56-72.Бутнев О. И., Горев И. В., Колесников С. С., Кузнецов В. Ю., Пронин В. А., Сидоров М. Л., Яруллин А. Д. Полностью неявная схема решения задач трехфазной фильтрации на неструктурированных сетках в пакете программ НИМФА // Вестн. кибернетики. 2015. № 3 (19). С. 56-72.Ильин В. П. О численном решении прямых и обратных задач электромагнитной электроразведки // Сибир. журн. вычислит. математики. 2003. Т. 6. С. 381-394.Ильин В. П. О численном решении прямых и обратных задач электромагнитной электроразведки // Сибир. журн. вычислит. математики. 2003. Т. 6. С. 381-394.Федоренко Р. П. Введение в вычислительную физику. М. : МФТИ, 1994. 530 с.Федоренко Р. П. Введение в вычислительную физику. М. : МФТИ, 1994. 530 с.Галанин М. П., Лазарева С. А. Метод конечных суперэлементов и его применение для решения задач науки и техники // Математ. моделирование. 2013. Т. 25. № 6. С. 32-40.Галанин М. П., Лазарева С. А. Метод конечных суперэлементов и его применение для решения задач науки и техники // Математ. моделирование. 2013. Т. 25. № 6. С. 32-40.Arnold D. N. Unified Analysis of Discontinuous Galerkin methods for Elliptic Problems // SIAM J Numer Fnal. 2002. V. 3. № 5. P. 1749-1779.Arnold D. N. Unified Analysis of Discontinuous Galerkin methods for Elliptic Problems // SIAM J Numer Fnal. 2002. V. 3. № 5. P. 1749-1779.Bastian P. A fully-coupled discontinuous Galerkin method for two-phase in porous media with discontinuous capillary pressure // Comput Geosci. 2014. V. 18. P. 779-796.Bastian P. A fully-coupled discontinuous Galerkin method for two-phase in porous media with discontinuous capillary pressure // Comput Geosci. 2014. V. 18. P. 779-796.Даутов Р. З., Федотов Е. М. Разрывный смешанный метод Галеркина без штрафа для квазилинейных эллиптических уравнений второго порядка // ЖВММФ. 2013. Т. 53. № 11. P. 1791-1803.Даутов Р. З., Федотов Е. М. Разрывный смешанный метод Галеркина без штрафа для квазилинейных эллиптических уравнений второго порядка // ЖВММФ. 2013. Т. 53. № 11. P. 1791-1803.Жалнин Р. В., Ладонкина М. Е., Масягин В. Ф., Тишкин В. Ф. Решение задач о нестационарной фильтрации вещества с помощью разрывного метода Галеркина на неструктурированных сетках // ЖВММФ. 2016. Т. 56. № 6. P. 989-998.Жалнин Р. В., Ладонкина М. Е., Масягин В. Ф., Тишкин В. Ф. Решение задач о нестационарной фильтрации вещества с помощью разрывного метода Галеркина на неструктурированных сетках // ЖВММФ. 2016. Т. 56. № 6. P. 989-998.Il’in V. P. Problems of parallel solution of large systems of linear algebraic equations // J of Mathem Sci. 2016. V. 216. № 6. P. 795-804.Il’in V. P. Problems of parallel solution of large systems of linear algebraic equations // J of Mathem Sci. 2016. V. 216. № 6. P. 795-804.Гурьева Я. Л., Ильин В. П., Перевозкин Д. В. Алгебро-геометрические и информационные структуры методов декомпозиции областей // Вычислит. методы и программирование. 2016. Т. 17. С. 132-146.Гурьева Я. Л., Ильин В. П., Перевозкин Д. В. Алгебро-геометрические и информационные структуры методов декомпозиции областей // Вычислит. методы и программирование. 2016. Т. 17. С. 132-146.Konshin I. N. Parallel computational models for estimation of actual speedup of analyzed algorithm // Russian Supercomputing Days : Proc. of the Int. Conf. MSU Publ, 2016. P. 269-280.Konshin I. N. Parallel computational models for estimation of actual speedup of analyzed algorithm // Russian Supercomputing Days : Proc. of the Int. Conf. MSU Publ, 2016. P. 269-280.Голубева Л. А., Ильин В. П., Козырев А. Н. О программных технологиях в геометрических аспектах математического моделирования // Вестн. НГУ. Сер. Информационные технологии. 2012. Т. 10. С. 25-33.Голубева Л. А., Ильин В. П., Козырев А. Н. О программных технологиях в геометрических аспектах математического моделирования // Вестн. НГУ. Сер. Информационные технологии. 2012. Т. 10. С. 25-33.Ильин В. П. DELAUNAY: технологическая среда генерации сеток // СибЖИМ. 2013. Т. 16. С. 83-97.Ильин В. П. DELAUNAY: технологическая среда генерации сеток // СибЖИМ. 2013. Т. 16. С. 83-97.Бутюгин Д. С., Ильин В. П. Chebyshev: принципы автоматизации построения алгоритмов в интегрированной среде для сеточных аппроксимаций начально-краевых задач // Тр. Междунар. конф. ПАВТ-2014. Челябинск : изд-во ЮУрГУ. 2014. С. 42-50.Бутюгин Д. С., Ильин В. П. Chebyshev: принципы автоматизации построения алгоритмов в интегрированной среде для сеточных аппроксимаций начально-краевых задач // Тр. Междунар. конф. ПАВТ-2014. Челябинск : изд-во ЮУрГУ. 2014. С. 42-50.Butyugin D. S., Il’in V. P. Solution of problems of harmonic electromagnetic field simulation in regularized and mixed formulations // RJNAMM. 2014. V. 29. № 1. P. 1-12.Butyugin D. S., Il’in V. P. Solution of problems of harmonic electromagnetic field simulation in regularized and mixed formulations // RJNAMM. 2014. V. 29. № 1. P. 1-12.Intel Mathematical Kernel Library from Intel. URL: http://software.intel.com/en-us/intel-mkl (дата обращения: 30.01.2017).Intel Mathematical Kernel Library from Intel. URL: http://software.intel.com/en-us/intel-mkl (дата обращения: 30.01.2017).Бутюгин Д. С., Гурьева Я. Л., Ильин В. П., Перевозкин Д. В., Петухов А. В., Скопин И. Н. Функциональность и технологии алгебраических решателей в библиотеке Krylov // Вестн. ЮУрГУ. Сер. Вычислительная математика и информатика. 2013. Т. 2. С. 92-105.Бутюгин Д. С., Гурьева Я. Л., Ильин В. П., Перевозкин Д. В., Петухов А. В., Скопин И. Н. Функциональность и технологии алгебраических решателей в библиотеке Krylov // Вестн. ЮУрГУ. Сер. Вычислительная математика и информатика. 2013. Т. 2. С. 92-105.Савченко А. О., Ильин В. П., Бутюгин Д. С. Метод решения внешней трехмерной краевой задачи для уравнения Лапласа // СибЖИМ. 2016. Т. XIX. № 2. С. 88-99.Савченко А. О., Ильин В. П., Бутюгин Д. С. Метод решения внешней трехмерной краевой задачи для уравнения Лапласа // СибЖИМ. 2016. Т. XIX. № 2. С. 88-99.CCA: The Common Component Architecture Forum. URL: www.cca-forum.org/ (дата обращения: 30.01.2017).CCA: The Common Component Architecture Forum. URL: www.cca-forum.org/ (дата обращения: 30.01.2017).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.