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點石成金 ─ HPC高效能運算加速石油開採

by GIGABYTE
HPC高效能運算可在有限或較短時間內,完成複雜且大量的運算分析工作,為科技發展帶來許多突破,更是當代科學研究的必備工具,應用領域不斷擴展;像是天氣預測、地震影像、基因分析…等等,就連石油開採也可倚賴HPC高效能運算伺服器來提高處理效率及準確性,這為開採石油組織節省龐大成本,更在能源市場中獲得競爭優勢。
從勘探到獲得第一滴石油的過程相當漫長且昂貴,可以說是高投資、高風險且等待期長的事業。
世界上最昂貴的工程之一 ─ 開採石油
石油,這個人類生活不可或缺的重要能源,由於價值昂貴被稱為「黑金」,是最重要的運輸燃料,也是工業化學產品的核心原料,從工業化社會發展至今,都與我們的生活密切相關。

然而油田資源有限,從早期在地表上開採石油,漸漸發展到挖掘海底下的油礦,開採難度提高不少,得先使用精密儀器探勘油田,確定有油源後,再透過海上的鑽油平台來鑽井提取石油與天然氣,因此石油開採也被稱作是世界最昂貴的工程之一。
HPC高效能運算 開啟石油探勘的加速器
不同於19世紀末商業開採石油的傳統形式,隨著探勘技術不斷進步、研發成果多有突破,近年來開始運用HPC高效能運算來尋找油源,如外海油田,必須先使用探測設備、感測器採集海洋地質數據,透過分析地質構造後、建立高質量的3D模型,進一步探究、設計出合適的鑽井方案,瞄準方向再下手,節省開採成本。 《詞彙學習:如果你還不了解什麼是HPC高效能運算

探勘地質過程,會產生相當大量且複雜的圖像及數據資料,這些多由專門的地質科學研究組織來執行運算與分析,2017年時,一間全球性的地質科學研究公司找上了技嘉科技GIGABYTE。

該公司主要業務是為許多能源公司在探勘新油源與天然氣時,提供各種地質科學和技術計算服務,為了快速地分析數據、準確提供油氣開採地點,他們經過審慎評比,最終選擇技嘉領先業界的GPU運算伺服器。《推薦給你:關於技嘉GIGABYTE GPU運算伺服器系列產品的更多介紹》

技嘉伺服器產品美洲行銷經理高培翔分享,獲得全球性地質科學研究公司青睞的產品是 G291-280,因為當時市場上只有技嘉能提供在2U機箱中容納多達8張雙插槽運算卡的優異規格,其他廠商至多僅提供6張;這款高密度GPU運算伺服器,不僅加快計算速度、獲得更精準的探勘結果,也能優化工作負載調度,還能因應不斷升級的運算需求,發揮絕佳功能。

當雙方進一步洽談合作事項時,地質科學研究公司提出了一項艱難挑戰 ─ 伺服器不是擺在機架上,而是要能存放在特製的油槽裡。
海域油田探勘需要巨額資金及特殊技術,採集海洋地質數據後,透過HPC高效能運算處理轉換為高解析度的3D地層模型,確認油氣開採地點定位、精準規劃鑽井方案。
技嘉以堅強技術實力克服挑戰 解決客戶獨特需求
該公司規劃使用油槽來進行浸沒式冷卻(Immersion Cooling),當時在市場上算是非常特殊的冷卻方式、也幾乎還沒有同業採用過。初期接洽時,技嘉團隊確實釐清客戶所有需求、深入了解油槽冷卻環境如何透過特殊的合成油來散熱。

研究後發現,要將整台伺服器浸到油槽裡、維持正常運作,首先得調整硬體,在系統上需進行大量調校,帶有軸承、會轉動的零組件都得停止運轉,尤其是風扇。風扇在伺服器的散熱功能中扮演著舉足輕重的角色,須有效冷卻所有發熱元件,如CPU、GPU、記憶體及電源,如今沒了風扇,想透過油槽冷卻,就得在易發熱的元件上,貼合散熱介質高的材料,才能順利把熱能從元件表面帶走。

技嘉發揮散熱專業技術能力,派出硬體工程師、電源工程師、伺服器熱對流工程師及軟體工程師 (BIOS/BMC) 來評估,規劃停止風扇運轉後的替代方式,並調整修改系統組態及BMC管理的設定;另外他們還得尋找在油槽裡可發揮作用的散熱介質,透過各種元件的散熱效果測試,找到相對應的解決方案,盡力完成客戶各項需求。 

油冷技術節能又減碳 降低成本又能保護環境
對伺服器來說,散熱非常重要,要即時將發熱率很高的元件熱能排除,避免系統當機甚至損壞;若使用傳統氣冷式冷卻,針對一台高規格、高耗能的伺服器進行散熱,可能得耗費數千瓦的電力,由此也能推算龐大的資料中心機房將產生多麽驚人的耗電量,對地球環境造成嚴重影響。 

這間全球性的地質科學研究公司堅持使用特殊的油槽冷卻,來做資料中心的散熱處理,是因為不僅能降低能耗及成本,還能提高伺服器的使用壽命與效率;以客戶提供的統計數據顯示,油槽冷卻與傳統氣冷式冷卻比較,可節省25-30%的總功耗,更省下高達45%費用。

若繼續探究使用油冷技術可能帶來的益處,其中一項是拆除伺服器內部風扇後,空間將擁有更大彈性,有機會做其他設計運用。未來像是同樣大小的伺服器機箱,就能配置更多元件,對比目前運算需求,只須佈建約一半數量的伺服器即可達成目標,如此一來將能大大提升資料中心的空間密度,為保護環境盡一份心力。
運用豐富伺服器經驗 成為客戶背後最大助力
了解不同產業領域需求,並能運用對伺服器產品豐富的知識和經驗,解決客戶的困難,提供符合需求的解決方案;即使是面對全新嘗試或是極大的技術挑戰,技嘉團隊都具備高度彈性及快速反應,能夠即時做出客製化調整,提供高品質伺服器產品。
高效能運算伺服器即將面對的散熱挑戰
以整體發展趨勢來看,目前資料中心面臨的挑戰是,氣冷式冷卻在處理高效能運算伺服器等大量散熱需求時,雖可將風扇轉速調快或加強風力來因應,但轉得越快、噪音就越大,將產生其他問題。

明年度Intel要推出的新CPU,最高耗能會到300瓦,隨著趨勢科技AI或自駕車等不同應用情境發展,也會需要更多高效能的GPU,當效能越厲害,勢必越耗電;未來三至五年將推出的GPU、CPU或FPGA,電源需求及功耗都會越來越大,因此浸沒式冷卻漸漸成為不少廠商的評估選項,如Microsoft已在評估於資料中心建置油冷系統,也代表這種冷卻方式越來越具發展性。

順應市場走向,針對逐漸受到重視的浸沒式冷卻所需的伺服器產品,技嘉早已具備相關經驗與能力,期盼為各領域產業客戶提供更全面的專業服務。

了解更多:
《詞彙學習:如果你還不了解什麼是人工智慧(AI)
看近年相當熱門的人工智慧(AI)有哪些實務應用
《同場加映:HPC高效能運算不僅能開採石油,也為藝術帶來更華麗的視覺呈現 》
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