到GPU內(nèi)存類型不同特點，當(dāng)需要計 算下一個網(wǎng)格點的值時，僅需要更新部分寄存器內(nèi)的數(shù)值，大大提高了計算效率，充分發(fā)揮 CPU和GPU的各自優(yōu)勢，減少了機時和能耗，達(dá)到較高的加速比。
[0120] 本發(fā)明至少還具有以下有益效果：
[0121] 1.實現(xiàn)三維情況下PML邊界地震波GPU模擬是難點；
[0122] 2.合理利用GPU的內(nèi)部計算資源，利用GPU內(nèi)存優(yōu)化策略，達(dá)到了較高的加速比， 使得原本需要以天計的機時縮短到1小時，如果擴展到集群，將是巨大的資源節(jié)約；
[0123] 3.實現(xiàn)三維PML邊界的地震波GPU模擬過程以及獲得較高加速比。
[0124] 上述的本發(fā)明實施例可在各種硬件、軟件編碼或兩者組合中進行實施。例如，本發(fā) 明的實施例也可為在數(shù)據(jù)信號處理器（DigitalSignalProcessor,DSP)中執(zhí)行的執(zhí)行上 述程序的程序代碼。本發(fā)明也可涉及計算機處理器、數(shù)字信號處理器、微處理器或現(xiàn)場可編 程門陣列（FieldProgrammableGateArray,FPGA)執(zhí)行的多種功能?？筛鶕?jù)本發(fā)明配置上 述處理器執(zhí)行特定任務(wù)，其通過執(zhí)行定義了本發(fā)明揭示的特定方法的機器可讀軟件代碼或 固件代碼來完成。可將軟件代碼或固件代碼發(fā)展為不同的程序語言與不同的格式或形式。 也可為了不同的目標(biāo)平臺編譯軟件代碼。然而，根據(jù)本發(fā)明執(zhí)行任務(wù)的軟件代碼與其他類 型配置代碼的不同代碼樣式、類型與語言不脫離本發(fā)明的精神與范圍。
[0125] 以上所述僅為本發(fā)明示意性的【具體實施方式】，在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和原則的前 提下，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員所做出的等同變化與修改，均應(yīng)屬于本發(fā)明保護的范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種利用計算統(tǒng)一設(shè)備架構(gòu)CUDA的最佳匹配層PML邊界=維地震波傳播模擬方法， 其特征在于，所述利用CUDA的PML邊界=維地震波傳播模擬方法包括： 讀入初始參數(shù)和雷克子波； 將=維地震波的第一聲波波動方程中的應(yīng)力分解成相互垂直=個方向的應(yīng)力分量，并 加入PML邊界條件形成第二聲波波動方程； 運用有限差分方法將所述第二聲波波動方程離散化形成有限差分聲波波動方程； 給所述第一=維速度模型加邊形成一第二=維速度模型； 根據(jù)所述有限差分聲波波動方程在中央處理器CPU中計算所述第二=維速度模型的 棱、角、面的衰減系數(shù)； 根據(jù)所述衰減系數(shù)在圖像處理器GPU中計算所述第二S維速度模型網(wǎng)格點的應(yīng)力；W及 根據(jù)所述應(yīng)力輸出最后時刻的=維地震波模擬記錄。2.如權(quán)利要求1所述的利用CUDA的PML邊界=維地震波傳播模擬方法，其特征在于， 所述利用CUDA的PML邊界=維地震波傳播模擬方法還包括： 根據(jù)所述衰減系數(shù)在圖像處理器GPU中計算所述第二S維速度模型網(wǎng)格點的質(zhì)點運 動速度。3.如權(quán)利要求2所述的利用CUDA的PML邊界=維地震波傳播模擬方法，其特征在于， 所述利用CUDA的PML邊界=維地震波傳播模擬方法還包括： 根據(jù)所述質(zhì)點運動速度分析地質(zhì)構(gòu)造。4.如權(quán)利要求3所述的利用CUDA的PML邊界=維地震波傳播模擬方法，其特征在于， 所述第一聲波波動方程為：其中，V為網(wǎng)格點的聲波速度值；P代表介質(zhì)密度，取值為1;Vy代表X方向的質(zhì)點運動 速度值，Vy代表y方向的質(zhì)點運動速度值，V,代表Z方向的質(zhì)點運動速度值，X代表網(wǎng)格點 的應(yīng)力，t表不地震波聲波傳播時間； 所述第二聲波波動方程為：其中，d(X)是X方向的衰減系數(shù)，能夠表示為d(X) =d。(i/lv)"，i= 0, 1，2. . . .，d〇 =(In(1/R)) (n+1)v/(2PmJ，i代表從區(qū)域邊界到S維速度模型最內(nèi)層的網(wǎng)格點數(shù)，Pm歷匹配 層的網(wǎng)格厚度；d(y)是Y方向的衰減系數(shù)，能夠表示為d(y) =d〇(i/lVr，i= 0, ， 屯二（ln(l/R)) (n+l)v/(2PMj，i代表從區(qū)域邊界到S維速度模型最內(nèi)層的網(wǎng)格點數(shù)，Pml為匹配層的網(wǎng)格厚度；d(z)是Z方向的衰減系數(shù)，能夠表示為d(z) =cU(i/lVr，i= 0，1，2....，d〇= (ln(l/R))(n+l)v/(2PMj，i代表從區(qū)域邊界到S維速度模型最內(nèi)層的網(wǎng) 格點數(shù)，Pml為匹配層的網(wǎng)格厚度；n為指數(shù)階數(shù)；V為網(wǎng)格點的聲波速度值；P代表介質(zhì)密 度，取值為1 ;t表示地震波聲波傳播時間；R為反射系數(shù)，一般取值為0. 0001 ;v,為X方向 的質(zhì)點運動速度；Vy為Y方向的質(zhì)點運動速度；V,為Z方向的質(zhì)點運動速度；XX為X方向 的應(yīng)力；Ty為Y方向的應(yīng)力；X,為Z方向的應(yīng)力； 所述有限差分聲波波動方程為：其中，Vx為X方向的質(zhì)點運動速度；Vy為Y方向的質(zhì)點運動速度；Vz為Z方向的質(zhì)點運 動速度；Tx為X方向的應(yīng)力；Ty為Y方向的應(yīng)力；X,為Z方向的應(yīng)力；P代表介質(zhì)密度， 取值為1 ;3m為常量；At為模擬過程中的時間間隔；Ax為X方向網(wǎng)格間隔；Ay為y方向網(wǎng) 格間隔；AZ為Z方向網(wǎng)格間隔；i,j,k代表網(wǎng)格點的坐標(biāo)位置；X，y,Z分別代表X軸，y軸 和Z軸方向；m為計算一個網(wǎng)格點所需要的基準(zhǔn)網(wǎng)格點個數(shù)；L為計算一個網(wǎng)格點所需要的 基準(zhǔn)網(wǎng)格點的最大個數(shù)；t為時刻，t+1為t+1時刻，即向后推一個時刻，t-1代表t-1時刻， 即向前推一個時刻，^ + ^代表^ + ^時刻，即后推半個時刻，^-^代表^--~時刻，即向前推 半個時刻；d(x)是X方向的衰減系數(shù)，能夠表示為d(x) =d(j(i/lV)"，i= 0, 1，2--,d〇 =(In(1/R)) (n+1)v/(2PmJ，i代表從區(qū)域邊界到S維速度模型最內(nèi)層的網(wǎng)格點數(shù)，Pm歷匹配 層的網(wǎng)格厚度；d(y)是Y方向的衰減系數(shù)，能夠表示為d(y) =d〇(i/lVr，i= 0, 1，2....， 屯二（ln(l/R)) (n+l)v/(2PMj，i代表從區(qū)域邊界到S維速度模型最內(nèi)層的網(wǎng)格點數(shù)， Pml為匹配層的網(wǎng)格厚度；d(z)是Z方向的衰減系數(shù)，能夠表示為d(z) =cU(i/lVr，i= 0，1，2....，dc= (ln(l/R))(n+l)v/(2PMj，i代表從區(qū)域邊界到S維速度模型最內(nèi)層的網(wǎng) 格點數(shù)，Pml為匹配層的網(wǎng)格厚度；n為指數(shù)階數(shù)；V為網(wǎng)格點的聲波速度值。5. 如權(quán)利要求4所述的利用CUDA的PML邊界=維地震波傳播模擬方法，其特征在于， 在CPU中計算所述第二=維速度模型的棱、角、面的衰減系數(shù)具體包括： 在X軸方面的兩個表面上，僅在X方向上衰減，此時，d(x)聲0，d(y) =0，d(z) =0; 在Y軸方面的兩個表面上，僅在Y方向上衰減，此時，d(x) = 0,d(y)聲0,d(z) = 0 ; 在Z軸方面的兩個表面上，僅在Z方向上衰減，此時，d(x) = 0,d(y) = 0,d(z)聲0 ; 與X軸平行的四條棱，僅在X方向上沒有衰減，此時，d(x) = 0，d(y)聲0，d(z)聲0; 與Y軸平行的四條棱，僅在Y方向上沒有衰減，此時，d(x)聲0，d(y) =0，d(z)聲0; 與Z軸平行的四條棱，僅在Z方向上沒有衰減，此時，d(x)聲0,d(y)聲0,d(z) = 0 ; 角在X、Y、Z方向上均有衰減，此時，d(x)聲0,d(y)聲0,d(z)聲0。6. 如權(quán)利要求3所述的利用CUDA的PML邊界=維地震波傳播模擬方法，其特征在于， 所述GPU的內(nèi)存類型包括本地存儲器和共享存儲器，根據(jù)所述衰減系數(shù)在GPU中計算所述 第二=維速度模型網(wǎng)格點的質(zhì)點運動速度和應(yīng)力具體包括： 將需要計算的當(dāng)前網(wǎng)格點的屬性值讀入本地存儲器； 基于所述本地存儲器中存儲的屬性值計算當(dāng)前網(wǎng)格點的質(zhì)點運動速度和應(yīng)力； 所述本地存儲器從共享存儲器中讀入下一網(wǎng)格點與當(dāng)前網(wǎng)格點不相同的屬性值；W及 基于所述本地存儲器中當(dāng)前存儲的屬性值計算下一網(wǎng)格點的質(zhì)點運動速度和應(yīng)力。7. 如權(quán)利要求1所述的利用CUDA的PML邊界=維地震波傳播模擬方法，其特征在于， 給所述第一=維速度模型加邊形成第二=維速度模型具體包括： 所述第二=維速度模型的面的PML區(qū)域由所述第一=維速度模型的表面最上層的網(wǎng) 格點的聲波速度值映射到PML區(qū)域，棱的PML區(qū)域由所述第一=維速度模型對應(yīng)棱的聲波 速度值映射到PML區(qū)域，所述第二=維速度模型的角的PML區(qū)域由所述第一=維速度模型 的對應(yīng)角的聲波速度值映射到PML區(qū)域。8. 如權(quán)利要求1所述的利用CUDA的PML邊界=維地震波傳播模擬方法，其特征在于， 所述初始參數(shù)包括炮點位置、檢波點位置、時間步長和地震波模擬時長。9. 如權(quán)利要求1所述的利用CUDA的PML邊界=維地震波傳播模擬方法，其特征在于， 在CPU中利用化enMP加速計算所述第二=維速度模型的棱、角、面的所述衰減系數(shù)。10.如權(quán)利要求1所述的利用CUDA的PML邊界=維地震波傳播模擬方法，其特征在于， 所述=維地震波模擬記錄為波場快照圖。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種利用CUDA的PML邊界三維地震波傳播模擬方法，方法包括：讀入初始參數(shù)和雷克子波；將三維地震波的第一聲波波動方程中的應(yīng)力分解成相互垂直三個方向的應(yīng)力分量，并加入PML邊界條件形成第二聲波波動方程；運用有限差分方法將第二聲波波動方程離散化形成有限差分聲波波動方程；給第一三維速度模型加邊形成一第二三維速度模型；根據(jù)有限差分聲波波動方程在中央處理器CPU中計算第二三維速度模型的棱、角、面的衰減系數(shù)；根據(jù)所述衰減系數(shù)在圖像處理器GPU中計算所述第二三維速度模型網(wǎng)格點的應(yīng)力；根據(jù)所述應(yīng)力輸出最后時刻的三維地震波模擬記錄。本發(fā)明可以獲得較高的加速比，縮短模擬時間。
【IPC分類】G01V1/28
【公開號】CN105005072
【申請?zhí)枴緾N201510295352
【發(fā)明人】唐祥德, 劉洪
【申請人】中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所
【公開日】2015年10月28日
【申請日】2015年6月2日