有限差分法的地震波模拟并行优化

论文摘要

地震波模拟是地球科学研究不可或缺的一部分。在地球物理学中,数值模拟揭示了一些物理场信息,这些物理场在测量时是不容易获取的,因此通过数值模拟可以更好地了解场的行为和地下结构。在进行地震波模拟计算时,对于较小的模型,可以使用单个CPU进行波场的数值模拟。但是,当规模较大时,这一运算效率远远不能达到其工业化应用要求。更何况是,当模型巨大时,往往单个CPU的内存很难满足其计算存储的要求。解决这类巨大的计算量或者单CPU内存需求较大的问题的有效手段是采用并行计算。因此研究有限差分算法的地震波模拟并行优化具有重要的理论意义和应用价值。论文研究了地震模拟中有限差分法的并行算法,解决方案主要包括以下部分:(1)通过分析有限差分法计算的数据依赖性和可并行性,采用了区域分解的并行方法并行化有限差分算法的地震波模拟,来解决大规模有限差分法地震波模拟的内存不足问题。(2)通过测试多节点不同区域划分方式,根据问题规模和硬件资源对程序运行时间的影响,发现不同区域划分方式使得程序运行时间也不同。因此,需要选择合适的划分方式,使总运行时间减小。通过实验测得,进行并行有限差分法计算时,当每个进程分得的模型区域大小相同时,单节点与多节点运行时间大致相同,因此提出单节点预测多节点划分的方法,优化有限差分法的地震波模拟的并行实现。(3)通过分析传统并行有限差分法阻塞的迭代计算方式,针对其计算与通信任务只能顺序独立执行方面的不足,选择采用非阻塞通信方法来隐藏通信时间,同时分析了有限差分法的计算特征,设计了本文实现的用于非阻塞通信的边界点判断的方法,最后给出了本文采用的非阻塞通信的迭代计算方式,并通过实验对比验证了该方式的优化效果。(4)将本文实现的算法在某超算平台(曙光E级原型机)上进行了实验测试,通过分析实验结果,得出本文的有限差分法地震波模拟并行实现方法比传统方法,更接近于线性加速比,扩展性更好,同时程序运行时间上也有一定的减少。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 陈阳

导师: 彭蔓蔓,文吉刚

关键词: 地震勘探,有限差分法,非阻塞通信,区域划分

来源: 湖南大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 地质学,地球物理学

单位: 湖南大学

基金: 国家重点研发计划项目“面向E级计算的能源勘探高性能应用软件系统与示范”(项目号:2017YFB0202900)

分类号: P315.3

DOI: 10.27135/d.cnki.ghudu.2019.001590

总页数: 72

文件大小: 3999K

下载量: 38

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标签：地震勘探论文;  有限差分法论文;  非阻塞通信论文;  区域划分论文;