[发明专利]基于逆时偏移算法的异构节点自适应调用系统及方法

说明书

本发明涉及基于逆时偏移算法的CPU与GPU异构节点自适应调用技术，尤其涉及一种基于逆时偏移算法的异构节点自适应调用系统及方法；包括：多个运算单元，用于接收计算命令，进行逆时偏移算法计算并将计算结果发送给数据收发模块；调用检测模块，用于接收计算需求、检测各所述运算单元的运算能力并与计算需求对比，向运算能力满足计算需求的所述运算单元发送计算命令；数据收发模块，用于接收所述运算单元的计算结果并将结果发送给成像模块；通过所述调用检测模块以解决现有计算资源必须人为划分，计算效率低下，实现动态分配计算资源，节省了运行时间和机时费，提高勘探效率的有效方法。

技术领域

本发明涉及人工地震反射波成像新技术，可应用于石油勘探、矿产勘探等地质勘测领域技术领域，具体涉及一种基于逆时偏移算法的异构节点自适应调用系统及方法。

背景技术

目前地震波成像方法以逆时偏移为精度最高的算法，但其存在计算量大、存储量大、内存需求大等特性，这些特性瓶颈制约了逆时偏移算法的应用范围。目前解决这些瓶颈的现有技术要点概括起来包括：多节点并行提高计算效率、GPU实现波场有限差分延拓提高部分代码的计算效率、优化检查点方法减少存储量、利用压缩算法减少内存需求等。尽管现有技术已经可以应用于实际资料，但是其依然是应用周期最长的一种算法，需要进一步提高效率。

逆时偏移算法采用CPU处理器加配高性能GPU协处理器是近年来的研究热点，2013年刘守伟、唐祥功等在文献[1、2]中，利用波场重构的方式进行了GPU-RTM在大规模集群环境下的算法设计，其核心思想是利用波场传播的可逆性把震源波场进行两轮模拟，对比于常规的CPU上的算法该方法不需要波场存储，解决了RTM存储量大的问题，但是多了一次震源波场的模拟，因此计算量增大了30％，GPU的内存需求量同样增加了一倍，通行量也增加了一倍。在实际应用中可以预见，GPU内存远远不能满足这类算法的需求，当规模增大扩大一定程度后依然存在诸多计算与通信效率的问题。另外，波场重构的方式若采用PML吸收边界时需要大量的分支计算，会大幅度降低GPU的计算效率。2013年刘守伟在文献[1]中提到利用统一波动方程的方式避免边界条件的判断，但是边界统一波动方程相比于常规的波动方程计算量增大不止一倍，内存量需求也同样增加一倍以上，这也是波场重构的致命弱点。从上述的文献中不难看出，逆时偏移算法是一个并行度较高的算法，可以用地震的单炮数据作为处理单元分配给一个节点，然后处理这一单炮的逆时偏移结果，处理完毕后再处理下一炮，直到所有的单炮数据都处理完毕即可结束主控模块，然后退出总体任务。现有技术的基本思路可归纳为图1所示的流程：首先确定计算设备和节点名称；再人工检查节点是否可用；提交主控模块任务开始，不断给计算节点发送单炮任务进行逆时偏移计算，每个节点一炮，计算节点完成后通知主控模块申请新的任务，直到所有单炮数据全部完成。

从文献[1、2、3]中也可看出现有技术中GPU本身的计算算法优化已经基本成熟，研究方向大多放在如何解决GPU内存不足的问题，如何多GPU通信的问题。但是若想投入大规模应用经常仍面临资源利用率不足的问题。这个问题的产生在于一个生产单位的高性能计算机通常包含了CPU/GPU计算节点和纯CPU计算节点，目前所有的RTM方法只能适应一种节点结构，即仅仅使用GPU节点或CPU节点。这样必然造成硬件资源的浪费，通常需要人工分配任务实现，资源的利用，但是人工无法确定任务分配是否合理，从而仍然出现节点计算周期不统一的问题。产生这些问题的原因归结为常规算法流程中存在三方面的缺陷：

(1)计算资源(或运算单元)定义仅仅是资源名称而无详细信息；

(2)检测模块仅仅检测节点是否通信正常，不能动态获得节点状态信息；

(3)主控模块在任务发送前需确定所需要的资源，启动后不能更改，并且只能提前确定采用CPU或GPU计算，过程中不能切换。这些缺陷将导致计算资源必须人为划分，并且等待所有任务完成后才能进行新任务的提交。

因此，为了适应异构计算节点的机器，实现节点的动态分配和计算资源的充分利用，本发明就提供一种新的基于逆时偏移算法的异构节点自适应调用系统及方法。