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1、------------------------------------------------------------------------------------------------并行计算技术在地球物理非线性反演中的应用_刘一霖文章编号:1008-0570(2010)05-1-0215-03软件天地并行计算技术在地球物理非线性反演中的应用ApplicationofParallelComputinginGeophysicalNon-linearInversion(中国地震局地球物理研究所)刘一霖郑需要LIUYi-linZHENGXu-ya
2、o摘要:随着地球物理学及非线性反演技术的发展,数据量的增加,处理步骤的复杂,地球物理反演对计算与存储方面的需求持续上升。面对种种挑战,并行计算无疑是一个很好的解决方案。本文总结了四种常见的并行计算模型,并阐述了如何构建适合于地球物理反演的并行计算环境与模式。关键词:地球物理;非线性反演;并行计算;工作站机群;主从模式文献标识码:B中图分类号:TP39Abstract:Coupledwiththedevelopmentofgeophysicsandnon-linearinversion,thegrowthofdata,andtheincreasing
3、complexityof——————————————————————————————————————------------------------------------------------------------------------------------------------processingsteps,therequirementofgeophysicalinversionforcomputingandstoragecapabilityrisescontinually.Tofacevariouschal-lenges,paral
4、lelcomputingisagoodsolution.Thispapershowsfourparallelcomputingmodels,andillustrateshowtoconstructacomputingenvironmentandpatternforgeophysicalinversion.Keywords:Geophysics;Non-linearInversion;ParallelComputing;NOW;Master/SlavePattern1引言随着地球物理学研究与应用的进步,采集数据量持续增加,处理步骤逐渐复杂,地球物理技
5、术的发展越来越依赖于信息技术的发展,在处理方法与计算能力上也提出了更高的要求。自20世纪90年代以来,地球物理非线性反演方法已走向成熟,这些方法包括线性化迭代法、仿真淬火法、遗传算法及联合反演方法等。线性化迭代反演基于开放物理系统状态发生相变的原理,要进一步改善模型参数化的技术和迭代过程的自组织;仿真淬火法与遗传算法基于自然过程的指数率或生物演化的优生率,可以相互结合以提高解估计的分辨率与置信度;联合反演要结合岩石物理性质的统计规律,才能取得兼容地质与综合方法的应用效果。地球物理中的反问题不仅涉及偏微分方程系数项的求解,而且涉及初始条件或初始边界的
6、求解。可见,地球物理非线性反演本身就具有计算量大的特点,并且随着方法从简单向复杂转移、常规处理向高精度处理转移,这些无疑都大大地增加了数据处理量,普通大型计算机难以满足需要。面临种种挑战,采用并行计算来获得高计算能力无疑成为一种良——————————————————————————————————————------------------------------------------------------------------------------------------------好的选择。因此,研究并行计算在地球物理非线性反演中的计算
7、方法,并行计算环境如何建立,以及实际软件的应用都具有十分重要的意义。2并行计算概况2.1并行机系统目前并行计算机系统结构主要有三大发展方向:对称多处刘一霖:硕士研究生基金项目:国家自然科学基金项目;基金申请人:郑需要;项目名称:各向异性介质中多分量walkawayVSP非线性反演;基金颁发部门:国家自然科学基金委(40574060)理机(SMP),大规模并行处理机(MPP)和机群(COW)。SMP技术已在商业中应用成功,该技术使用商品微处理器,处理器经由高速总线或交叉开关连向共享存储器。系统是对称的,每个处理器可以等同的访问共享存储器、正是对称,I
8、/O设备和操作系统服务。才能开拓较高的并行度,但也正是共享存储,限制了系统中的处理器个数(一般少于64个)。因此,SMP的
