二十年磨一劍 鑄就軟件“中國芯”—中國石化自主研發(fā)神通地震成像軟件紀(jì)實(shí)

通訊員 武天祥 李明高

8月盛夏，山東東營，火熱的太陽炙烤著大地，樹梢上蟬鳴聲聲，令人心生煩躁。

“沉浸到自己喜歡的工作中，完全聽不到外界聲音?！弊鳛橹袊瘎倮吞镂锾窖芯吭很浖邪l(fā)團(tuán)隊(duì)領(lǐng)頭人，張猛坦言，“一干就是好幾個小時，錯過吃飯點(diǎn)是常事?！?/p>

團(tuán)隊(duì)由20年前的8人發(fā)展到21人，先后走出博士、高層次專家12人，擁有國家發(fā)明專利及軟件著作權(quán)35項(xiàng)，先后獲得中國石化及山東省科技進(jìn)步獎13項(xiàng)。作為中國石化油田企業(yè)最大的地震資料處理、勘探綜合研究、數(shù)據(jù)庫與信息化建設(shè)和油藏地球物理技術(shù)研發(fā)中心研發(fā)中心，物探研究院由小到大、由弱到強(qiáng)，穩(wěn)步走出了一條自立自強(qiáng)的科技創(chuàng)新之路。

“玻璃門”擋不住石油人前進(jìn)的腳步

石油是國家經(jīng)濟(jì)的血液和命脈,事關(guān)國家的經(jīng)濟(jì)安全和社會穩(wěn)定，當(dāng)前90%以上的石油儲量是依靠地震勘探技術(shù)尋找出來的。地震勘探是利用人工方法激發(fā)地震波引起地殼振動，通過布設(shè)在地面或海面上的檢波器，接收地下巖石反射回來的地震波，進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)學(xué)物理計(jì)算后，可以獲得清晰的地下地質(zhì)構(gòu)造圖像。石油行業(yè)底子薄、起步晚，在關(guān)鍵技術(shù)上還沒有形成自主知識產(chǎn)權(quán)的商業(yè)化軟件產(chǎn)品，國內(nèi)大多數(shù)石油企業(yè)只能選擇進(jìn)口地震處理軟件。上世紀(jì)80年代，在國家外匯十分緊張情況下，勝利物探院毅然重金引進(jìn)國外商業(yè)軟件進(jìn)行地震資料處理。

然而，國外廠商借口“保護(hù)”知識產(chǎn)權(quán)，專門搭建了一套“玻璃房子”，軟件操作必須由外方人員執(zhí)行，中方人員不得進(jìn)入?！案C囊！許多老職工回憶起這件事依然覺得胸中憋著一股氣，”物探院副院長尚新民解釋道，“國外軟件如同黑匣子，只能使用，不能改動，因?yàn)樵创a是嚴(yán)格保密的。”

軟件是技術(shù)的載體，沒有自己的軟件平臺，很多技術(shù)成果不能有效整合，隨著時間流逝只能被迫放棄。伴隨著石油地震勘探技術(shù)的飛速發(fā)展，軟件升級換代也需要消耗大量資金，這些都嚴(yán)重影響著國內(nèi)石油科技的全面發(fā)展與進(jìn)步，開發(fā)擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的商業(yè)化地震處理軟件迫在眉睫。物探院聯(lián)合中科院、同濟(jì)大學(xué)，于1999年便啟動了疊前偏移成像理論與方法研究，2002年成功研制了初始版本，神通軟件這一幼苗，就在這樣的背景下艱難破土發(fā)芽了，它是勝利油田第一個具有完全知識產(chǎn)權(quán)的地震資料處理軟件。

“減肥瘦身”推動軟件跨越式發(fā)展

然而，隨著國外技術(shù)快速發(fā)展和采集數(shù)據(jù)量爆炸式增長，國外巨頭憑借先發(fā)優(yōu)勢，依托雄厚資金、技術(shù)實(shí)力在國內(nèi)市場攻城略地，市場占有率呈現(xiàn)壟斷地位，神通軟件處理效率效果與國際先進(jìn)水平差距越來越大。特別是第一批核心研究人員陸續(xù)離職或調(diào)動工作，軟件研發(fā)能力大大減弱，軟件發(fā)展一度處于停滯狀態(tài)。

年年投入資金卻見不到回報(bào)，自研軟件是否要發(fā)展、如何發(fā)展？各種質(zhì)疑的聲音紛至沓來。經(jīng)過大量深入走訪摸排、國內(nèi)外調(diào)研后，院黨委一錘定音，迅速組建了以張猛博士為帶頭人的新一代研發(fā)團(tuán)隊(duì)，確定了“軟件整體瘦身，抓住核心功能，開展實(shí)用化攻關(guān)”總體發(fā)展規(guī)劃。

“跟在老外屁股后面亦步亦趨，永遠(yuǎn)追不上?！眻F(tuán)隊(duì)很快形成共識，“偏移成像是地震處理軟件最核心的功能，抓住了這個‘牛鼻子’一盤棋就活了?！?/p>

好軟件是用出來的，要滿足“易學(xué)、流暢、穩(wěn)定”等要求，軟件的發(fā)展是一個“實(shí)際應(yīng)用、發(fā)現(xiàn)問題、完善功能”循環(huán)迭代的過程。國產(chǎn)自研軟件在處理理論模型時，通常比較理想，但遇到實(shí)際數(shù)據(jù)時，結(jié)果卻往往差強(qiáng)人意，無法滿足大規(guī)模實(shí)際生產(chǎn)需要。這些差異恰恰是國際先進(jìn)商業(yè)軟件真正的核心技術(shù)和實(shí)現(xiàn)技巧，在任何公開參考文獻(xiàn)和資料都查不到，只能用大膽假設(shè)、海量試驗(yàn)的方式來盲猜。

“當(dāng)你感覺堅(jiān)持不下去時，再咬咬牙就挺過去了?！边@是團(tuán)隊(duì)經(jīng)常掛在嘴邊互相鼓勵的一句話。軟件團(tuán)隊(duì)查閱上萬頁技術(shù)文獻(xiàn)，為了解決一個程序問題、調(diào)試一個參數(shù)，反復(fù)推導(dǎo)公式、編寫代碼，經(jīng)常奮戰(zhàn)到深夜。在對軟件算法進(jìn)行了數(shù)百次版本修改后，最終解決了資料拼接、抗假頻算子、振幅加權(quán)、走時計(jì)算和計(jì)算效率等諸多技術(shù)難題，2020年在勝利油田東部探區(qū)草橋北工區(qū)進(jìn)行了應(yīng)用，效果與國外商業(yè)軟件相當(dāng)，完全達(dá)到了實(shí)用化水平，神通軟件現(xiàn)已在中國石化勝利、江漢、西北等油田推廣應(yīng)用。

國內(nèi)首次純國產(chǎn)軟硬件完成生產(chǎn)工作

隨著勝利油田勘探目標(biāo)轉(zhuǎn)向“隱、深、碎、小”，高密度地震采集呈爆炸式增長，2022年預(yù)計(jì)新采集數(shù)據(jù)量超過500TB，較2019年增長近4倍。雖然物探院硬件設(shè)備也在不斷擴(kuò)充，但急速增長的數(shù)據(jù)量依然大大超過現(xiàn)有計(jì)算節(jié)點(diǎn)、存儲空間承載能力。

升級硬件設(shè)備需要漫長時間，但日益增長的生產(chǎn)運(yùn)行壓力需要立刻提高算力，一直與物探院有合作關(guān)系的曙光國產(chǎn)高性能計(jì)算機(jī)平臺擁有海量算力可以租用。但當(dāng)物探院聯(lián)系外商，希望將其軟件移植到曙光平臺，外商冷冰冰撂下一句話：“沒有這樣的先例，軟件從未考慮在中國超算平臺運(yùn)行。”國外商業(yè)軟件出于市場占有率、技術(shù)封鎖的目的，按照節(jié)點(diǎn)許可的模式收費(fèi)，只能在外方指定計(jì)算設(shè)備上運(yùn)行。

關(guān)鍵技術(shù)不突破，關(guān)鍵時候卡脖子。神通軟件團(tuán)隊(duì)歷時半年時間，克服了硬件環(huán)境、編程方式等困難，順利在曙光平臺完成了神通軟件移植，并于2022年2月份在勝利油田西部準(zhǔn)噶爾成功進(jìn)行了51TB數(shù)據(jù)的OVT域（炮檢距矢量片）處理，軟件運(yùn)行高效穩(wěn)定，處理結(jié)果與國際先進(jìn)商業(yè)軟件一致。純國產(chǎn)軟硬件完成實(shí)際地震資料生產(chǎn)工作，這在國內(nèi)尚屬首次，打破了國外技術(shù)壟斷，突破了石油勘探軟件卡脖子難題。

“我們硬件算力太緊張了，自己做需要6個月才能完成，而曙光平臺算力豐富，只要10天就可以，”張猛攤開手算了一筆賬，“我們擁有神通軟件全部核心技術(shù)和源碼，可以自由選擇硬件平臺進(jìn)行移植和應(yīng)用，可以極大地提高工作效率，更是探索了國產(chǎn)軟件推廣的新模式?！?/p>