“找到它，打個井，再采出來”。油氣資源的開采真的這么簡單嗎？

4月9日-13日，一群“00后”科技新青年將要在2024 ASC世界大學生超級計算機競賽（ASC24）總決賽現場，挑戰油氣開采計算難題——滲流數值模擬軟件OpenCAEPoro的并行計算優化，向著難度最大、獎金最高的單項獎“e Prize計算挑戰獎”發起沖擊。

滲流數值模擬：油氣藏的“尋寶圖”

不同于固體礦藏，油氣藏往往埋在地表深處。在油氣資源形成過程中，由于地質構造、巖石類型、孔隙度、滲透率、流體性質等方面表現出的顯著差異，油氣在儲層中的分布和流動規律十分復雜。這導致在油氣開采中，要對不同區域采取不同的技術和策略，從而對油氣的勘探、開發和生產管理提出了更高的要求。

滲流力學在油氣勘探和開發中扮演著至關重要的角色。通過數學模型和數值模擬，滲流力學能夠揭示油氣在復雜多孔介質中的流動規律，預測流體分布和動態變化，從而為優化開采策略和提高油氣采收率提供科學依據。同時，滲流力學結合地質力學、熱力學等多學科知識，進行多物理場耦合分析，以全面理解儲層特性，并通過融合新技術，如機器學習和大數據分析，進一步提升對儲層的認識和表征能力，確保油氣資源開發的效率和經濟效益。

隨著計算技術的發展，利用超算進行滲流數值模擬成為了應用滲流力學解決實際問題的重要手段，使得復雜的多孔介質流動問題能夠得到有效的解決。滲流數值模擬研究滲流理論中最困難的多相流體滲流問題，已經成為推動滲流力學理論進一步發展的關鍵學科之一。精細化的滲流數值模擬在多種實際工程中都有重要作用，包括但不限于油氣開發、地下水污染控制、核廢料安全處置、復合材料制造以及醫學領域中的血管瘤模擬等。

4月9日-13日，從全球300多支參賽隊伍中晉級的25支隊伍，將利用超算技術挑戰滲流數值模擬軟件OpenCAEPoro的并行計算優化。OpenCAEPoro是一款專門針對多相多組分滲流模擬的軟件平臺，它基于通用的組分模型框架構建，面向并行計算機體系結構，旨在為油藏工程師和科研人員提供一個強大工具，以模擬和分析油氣資源等多孔介質中的流體運動規律。

“e Prize計算挑戰獎”：青年人才的戈登·貝爾獎

“e Prize計算挑戰獎”是ASC競賽獨有的一大獎項，其名中的“e”既是科學中最重要的自然常數，同時也代表著人類下一個超級計算機性能的挑戰目標——百億億次（exascale）。ASC希望e Prize計算挑戰獎能成為青年人才的戈登·貝爾獎（Gordon Bell Prize），鼓勵人才勇于解決超算應用難題敢于挑戰計算性能極限，激勵青年人才利用超級計算機推動科學與工程領域實現應用突破。

作為ASC24總決賽e Prize計算挑戰獎的指定賽題，滲流數值模擬要求各參賽隊伍模擬石油開采場景中氣、油、水等多相流體的滲流情況，并優化大規模并行計算過程，提升離散算法的計算性能和并行效率。與初賽中理想狀態下的算例不同，決賽模擬算例中流體運行情況更為復雜，算例包含的網格分辨率也更高，賽題總計算量呈指數級別增加。

當前，隨著CPU和GPU等核心部件計算性能不斷增強，內存墻等數據訪問限制開始逐步成為應用性能提升的主要瓶頸。在大規模并行計算環境中，降低通信或同步開銷也成為提高性能的關鍵。決賽中參賽隊伍將在3000W功耗限制下搭建測試集群，保證計算平臺具有足夠高性能。同時為取得更好成績，參賽選手需要對OpenCAEPoro在大規模并行時性能瓶頸進行分析，通過提高數據訪問性能和降低通信開銷等手段，針對目標函數進行深入優化。

ASC世界大學生超級計算機競賽（ASC Student Supercomputer Challenge）由中國發起組織，并得到亞洲及歐美相關專家和機構支持，旨在通過大賽平臺推動各國及地區間超算青年人才交流和培養，提升超算應用水平和研發能力,發揮超算的科技驅動力，促進科技與產業創新。ASC超算大賽迄今已舉行至第十一屆，吸引來自全球六大洲上萬名大學生報名參賽，是全球最大規模的大學生超算競賽。