三维声波NPML算法的异构并行计算实现方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种三维声波NPML算法的异构并行计算实现方法及装置，其中，该方法包括以下步骤：确定已知异构计算平台中的可用计算设备，根据所述可用计算设备构建计算资源拓扑结构，所述异构计算平台中的可用计算设备包括CPUs、GPUs和加速器；根据三维声波NPML算法中单炮的计算规模、计算资源拓扑结构中每个可用计算设备的内存，为每个可用计算设备分配对应的计算任务；按照所述计算资源拓扑结构、每个可用计算设备分配对应的计算任务，实现三维声波NPML算法的并行计算，获得单炮的地震模拟记录数据。该方案缩短单炮的模拟计算总时间，增强应用时效，提升单位时间效率，发挥异构计算平台的最大计算能力。

【技术实现步骤摘要】
三维声波NPML算法的异构并行计算实现方法及装置
本专利技术涉及石油勘探
，特别涉及一种三维声波NPML算法的异构并行计算实现方法及装置。
技术介绍
三维声波NPML算法正演是地震勘探采集方案设计中观测系统分析的一种重要工具，由于它的计算工作量和分量数据量超大，在实际的应用中，计算时间太长，中间数据过多，对计算资源要求很高，严重影响实际应用。现有三维声波NPML算法的实现是采用同构计算方法，即多机CPU或者多机GP(GraphicsProcessingUnit，显卡的处理器称之为图形处理器)，虽然能够发挥多机计算能力，但是单机的计算时效很低，功耗效能就更差了，单炮的模拟存在的问题：1)GPU实现，单炮模拟时间短但不能模拟较大的生产模型；2)CPU实现，单炮模拟时间较长无法承担实际生产应用。不能融合二者计算能力，分散了算力，不能很好地为生产服务，因此给观测系统优化设计的分析工作带来了巨大的瓶颈问题，对工作效益造成严重影响。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种三维声波NPML算法的异构并行计算实现方法及装置，解决了现有技术中同构计算造成的计算时效低、功耗效能差的技术问题。本专利技术实施例提供了一种三维声波NPML算法的异构并行计算实现方法包括：确定已知异构计算平台中的可用计算设备，根据所述可用计算设备构建计算资源拓扑结构，所述异构计算平台中的可用计算设备包括CPUs、GPUs和加速器；根据三维声波NPML算法中单炮的计算规模、计算资源拓扑结构中每个可用计算设备的内存，为每个可用计算设备分配对应的计算任务；按照所述计算资源拓扑结构、每个可用计算设备分配对应的计算任务，实现三维声波NPML算法的并行计算，获得单炮的地震模拟记录数据。本专利技术实施例还提供了一种三维声波NPML算法的异构并行计算实现装置包括：可用计算设备确定模块，用于确定已知异构计算平台中的可用计算设备，根据所述可用计算设备构建计算资源拓扑结构，所述异构计算平台中的可用计算设备包括CPUs、GPUs和加速器；计算任务分配模块，用于根据三维声波NPML算法中单炮的计算规模、计算资源拓扑结构中每个可用计算设备的内存，为每个可用计算设备分配对应的计算任务；算法并行计算模块，用于按照所述计算资源拓扑结构、每个可用计算设备分配对应的计算任务，实现三维声波NPML算法的并行计算，获得单炮的地震模拟记录数据。本专利技术实施例还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述所述方法。本专利技术实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行上述所述方法的计算机程序。在一个实施例中，确定已知异构计算平台中的可用计算设备，根据所述可用计算设备构建计算资源拓扑结构，所述异构计算平台中的可用计算设备包括CPUs、GPUs和加速器；根据三维声波NPML算法中单炮的计算规模、计算资源拓扑结构中每个可用计算设备的内存，为每个可用计算设备分配对应的计算任务；按照所述计算资源拓扑结构、每个可用计算设备分配对应的计算任务，实现三维声波NPML算法的并行计算，获得单炮的地震模拟记录数据。本专利技术充分满足CPUs和GPUs的计算能力和内存能力，满足现代及未来的异构计算平台资源的发展，实现多计算设备间高度并行计算能力，最大限度地发挥异构计算平台的综合计算效能，进而提高生产效率，缩短单炮的模拟计算总时间。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例提供的一种三维声波NPML算法的异构并行计算实现方法流程图；图2是本专利技术实施例提供的一个定制的超级工作站异构计算平台资源拓扑结构示意图；图3是本专利技术实施例提供的一个商用的超级工作站异构计算平台资源拓扑结构示意图；图4是本专利技术实施例提供的另一个商用的超级工作站异构计算平台资源拓扑结构示意图；图5是本专利技术实施例提供的单炮计算任务的计算团队示意图；图6是本专利技术实施例提供的由4个计算设备构成的单炮计算团队示意图；图7是本专利技术实施例提供的由3个计算设备组成的单炮计算团队示意图；图8是本专利技术实施例提供的5个异构计算设备的任务分割模式示意图；图9是本专利技术实施例提供的3个异构计算设备的任务分割模式示意图；图10是现有技术中的三维声波NPML算法的计算数据模型示意图；图11是本专利技术实施例提供的三维声波NPML算法的一阶偏导数数据结构示意图；图12是本专利技术实施例提供的一阶偏导数iy切片的数据结构示意图；图13是本专利技术实施例提供的一种三维声波NPML算法的异构并行计算实现装置结构框图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术实施例中，提供了一种三维声波NPML算法的异构并行计算实现方法，如图1所示，该方法包括：步骤101：确定已知异构计算平台中的可用计算设备，根据所述可用计算设备构建计算资源拓扑结构，所述异构计算平台中的可用计算设备包括CPUs、GPUs和加速器；步骤102：根据三维声波NPML算法中单炮的计算规模、计算资源拓扑结构中每个可用计算设备的内存，为每个可用计算设备分配对应的计算任务；步骤103：按照所述计算资源拓扑结构、每个可用计算设备分配对应的计算任务，实现三维声波NPML算法的并行计算，获得单炮的地震模拟记录数据。在本专利技术实施例中，步骤101是整个计算的物质基础，是异构并行计算的前提条件。要发挥异构计算平台的全部计算能力，首先必须弄清楚某个异构计算平台的全部计算资源，这是首要和必须的，否则就谈不上异构并行计算。该步定义计算设备的算力和内存逻辑关系，即可承担任务的能力，为分配任务提供依据。例1，某品牌的一个定制超级工作站的配置参数是：CPUs：双路*IntelXeonE5-2699v4(22核/44线程)主存：256GB显卡：Quadro-M6000/12GB加速卡1：Tesla-K80/24GB加速卡2：RadeonInstinct-MI25/16GB双网卡：2*Gbe硬盘：4*2TB根据上述的配置参数，可以创建如图2所示的计算资源拓扑结构。例2，本专利技术的第一种验证用超级工作站的配置参数是：CPUs：双路*IntelXeonE5-2697v4(18本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三维声波NPML算法的异构并行计算实现方法，其特征在于，包括：/n确定已知异构计算平台中的可用计算设备，根据所述可用计算设备构建计算资源拓扑结构，所述异构计算平台中的可用计算设备包括CPUs、GPUs和加速器；/n根据三维声波NPML算法中单炮的计算规模、计算资源拓扑结构中每个可用计算设备的内存，为每个可用计算设备分配对应的计算任务；/n按照所述计算资源拓扑结构、每个可用计算设备分配对应的计算任务，实现三维声波NPML算法的并行计算，获得单炮的地震模拟记录数据。/n

【技术特征摘要】
1.一种三维声波NPML算法的异构并行计算实现方法，其特征在于，包括：
确定已知异构计算平台中的可用计算设备，根据所述可用计算设备构建计算资源拓扑结构，所述异构计算平台中的可用计算设备包括CPUs、GPUs和加速器；
根据三维声波NPML算法中单炮的计算规模、计算资源拓扑结构中每个可用计算设备的内存，为每个可用计算设备分配对应的计算任务；
按照所述计算资源拓扑结构、每个可用计算设备分配对应的计算任务，实现三维声波NPML算法的并行计算，获得单炮的地震模拟记录数据。


2.如权利要求1所述的三维声波NPML算法的异构并行计算实现方法，其特征在于，按照如下方式确定已知异构计算平台中的可用计算设备：
确定已知异构计算平台中的计算设备的计算能力；
将所述计算设备的计算能力与单炮的计算规模的5％进行比较，将计算能力大于单炮的计算规模的5％的计算设备确定为可用计算设备。


3.如权利要求1所述的三维声波NPML算法的异构并行计算实现方法，其特征在于，根据三维声波NPML算法中单炮的计算规模、计算资源拓扑结构中每个可用计算设备的内存，为每个可用计算设备分配对应的计算任务，包括：
将不同部位波场计算的一阶偏导数的全0值核心部位的计算任务分配给可用计算设备GPUs或加速器；
将剩余部位或一阶偏导数的非0区域的计算任务分配给可用计算设备CPUs。


4.如权利要求1所述的三维声波NPML算法的异构并行计算实现方法，其特征在于，还包括：
确定每个可用计算设备分配对应的计算任务的可行性。


5.如权利要求4所述的三维声波NPML算法的异构并行计算实现方法，其特征在于，确定每个可用计算设备分配对应的计算任务的可行性，包括：
如果可用计算设备CPUs分得的计算任务小于速度模型的扩边网格点数，则确定每个可用计算设备分配对应的计算任务的不可行；如果可用计算设备CPUs分得的计算任务大于速度模型的扩边网格点数，则确定每个可用计算设备分配对应的计算任务的可行。


6.如权利要求1所述的三维声波NPML算法的异构并行计算实现方法，其特征在于，按照所述计算资源拓扑结构、每个可用计算设备分配对应的计算任务，实现三维声波NPML算法的并行计算，获得单炮的地震模拟记录数据，包括：
将三维声波NPML算法中的求解一阶偏导数和求解二阶偏导数分成两个独立阶段，并融合波场合成；
按照所述计算资源拓扑结构、每个可用计算设备分配对应的计算任务，依次执行如下过程：
求解二阶偏导数并合成波场；
求解一阶偏导数并合成波场；
获得单炮的地震模拟记录数据。


7.一种三维声波NPML算法的异构并行计算实现装置，其特征在于，包括：
可用计算设备确定模块，用于确定...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄兴贵，皮红梅，隆波，高畅，杨天福，李平，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团有限公司，中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京;11