三维交错网格有限差分地震波模拟的GPU集群实现

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1、万方数据第26卷第6期2011年12月(页码：1938--1949)地球物理学进展PR(ⅪRESSINGE()PHYSICSV01．26，No．6Dec．，2011龙桂华，赵宇波，李小凡，等．j维交错网格有限差分地震波模拟的GPU集群实现．地球物理学进展，2011，26(6)：1938～1949，doi：10．3969／j．issn．10042903．2011．06．007．LongGH，ZhaoYB，I。iXF，eta1．Accelerating3DStaggeredgridFinite—differenceSeismicWaveModelingon

2、GPUcluster．ProgressinGeophys．(inChinese)，2011，26(6)：1938～1949，doi：10．3969／j．issn．1004—2903．2011．06．007．三维交错网格有限差分地震波模拟的GPU集群实现龙桂华1’2⋯，赵宇波1，李小凡2，高琴1，王周1(1．中国科学院深圳先进技术研究院，深圳518055；2．中国科学院地质与地球物理研究所，北京1000293．浙江大学地球科学系，杭州310027)摘要有限差分实现简单、速度快，作为地震波场模拟一种有效数值方法，被广泛用于正演计算密集的波形反演和逆时偏移中

3、．三维地震波正演模拟计算量大，一直以来制约着三维叠前逆时偏移和反演的工业化应用，GPU通用计算技术的产生及其内在的数据并行性有望改变这一现状．本文通过分析三维交错网格有限差分方法在GPU上的实施，利用片内共享存储器实现了三维地震波数值模拟的高效算法，取得了较单核CPU快79x～108x的加速比；通过区域分解技术将单GPU上不能计算的地质体模型沿z轴方向进行粗粒度分解，采用消息传递接口交换边界数据，运用MPI+CUDA的方式实现了大尺度三维地震波场模拟，并着重分析了影响GPU并行计算效率的一些关键因素．大尺度三维地震波场模拟的加速实现，为促进叠前逆时偏移

4、和波形反演技术的工业化转化提供了可能，因此具有重要的研究意义．关键词GPU，交错网格，有限差分，图形处理器，CUDAdoi：10．3969／j．issn．10042903．2011．06．007中图分类号P315文献标识码AAccelerating3DStaggered_。gridFinite。_differenceSeismicWaveModelingonGPUclusterLONGGui—hual'2⋯，ZHA()YuB01，LIXiao—fan2，GAOQinl，WANGZhoul(1．ShenzhenInstitutesofAdvancedTe

5、chnology，ChineseAcademyofSciences，Shenzhen518055，China；2．InstituteofGeologyandGeophysics，ChineseAcademyofSciences，Beijing100029，China3．DepartmentofEarthSciences，ZhejiangUniversity，Hangzhou310027，China)AbstractAsanefficientnumericalmethodforseismicmodeling，finitedifferencehasbeen

6、widelyusedincomputationintensivewaveforminversionandreverse-timemigration．Althoughsimpleandfast，itisstillhardtoalleviategiantcomputationcostinthree-dimensionalseismicmodelingthatgreatlyrestrictstheindustrialapplicationofpre>stackreverse-timemigrationandinversion．TheGPUgeneral—pu

7、rposecomputationtechnologythatiswellknownforitsinherentdataparallelismisexpectedtobreakthroughthislimitationandmakeslarge-scalethree-dimensionalreverse—timemigrationandinversionpossibleinapplication．Inthispaper，wepresentamethodtoconfigurethediscretegridsonGPUthreadblocksthatopti

8、mallymapstheglobalmemoryaddressonglobalvideomem