面向ISO介质与TTI介质的ETE正演方法的并行优化算法

摘要

在油气勘探中，地震正演模型的计算是地震波成像算法中最耗时的一部分。在传统地震波成像的正演模型中,一般假设地震波传播介质沿各个方向是具有各向同性(ISO)的,随着计算能力的提高,针对传播介质的各项异性(TTI)假设可以有效提高地震波成像精度.显式时间演进(ETE)方法是一种全新的类似有限差分的正演方法,可有效提升模拟精度.在两种不同介质假设条件下,针对ETE方法进行的并行化和优化.首先,针对ISO介质,对基于ETE方法的地震波正演方法在MIC和GPU上进行了并行化和性能优化.在GPU平台上,采用了基于共享内存的数据缓存机制,以及stencil拆分等方法来取得更好的性能.在MIC平台上,针对MIC的内存结构,提出了一种启发式的分块方法.和基于12核CPU的有限差分方法相比,优化后的基于GPU的ETE方法,在同等精度要求下,可获得31倍的性能加速;类似的,在相同的精度要求下,优化后的基于MIC的ETE方法可获得10.4倍的加速比.针对TTI介质中ETE算法系数系数矩阵过于庞大的问题,设计了一套基于多项式近似的压缩方法,将系数表由26.64GB缩减到92.64MB,从而为TTI在并行异构计算平台的实现提供了可能.