基于CUDA的高階差分正演模擬及逆時(shí)偏移.pdf

1、近年來，隨著計(jì)算機(jī)處理能力的發(fā)展以及一些新的并行設(shè)備的出現(xiàn)，特別是GPU(圖形處理器)的通用計(jì)算能力和可編程性的提高，為加速科學(xué)計(jì)算帶來了新的選擇和希望。相比CPU(中央處理器)，GPU擁有天生的并行結(jié)構(gòu)，而且功耗低、成本小、管理簡單。目前，由NVIDIA公司推出的基于自身GPU的運(yùn)算平臺(tái)CUDA(Compute Unified Device Architecture，統(tǒng)一計(jì)算設(shè)備架構(gòu))，最引人矚目，基于CUDA的圖像與視頻處理、計(jì)算生

2、物學(xué)和化學(xué)、流體力學(xué)模擬、CT圖像再現(xiàn)、以及光線追蹤等都實(shí)現(xiàn)了在GPU上的計(jì)算加速。正是如此，本文基于CUDA將高階差分正演模擬及逆時(shí)偏移由CPU移植到GPU上，實(shí)現(xiàn)高階差分正演模擬及逆時(shí)偏移的加速計(jì)算。
　　首先簡要闡述了CUDA的相關(guān)理論，推導(dǎo)了一階應(yīng)力-速度彈性波方程，對一階應(yīng)力-速度彈性波方程采用交錯(cuò)網(wǎng)格高階差分求解，詳細(xì)推導(dǎo)了其波場正向延拓和反向延拓的離散差分格式。針對有限差分法數(shù)值模擬的固有問題(穩(wěn)定性、頻散以及人工邊

3、界反射)進(jìn)行了深入分析，通過采用交錯(cuò)網(wǎng)格技術(shù)求解波動(dòng)方程可以有效的壓制頻散現(xiàn)象，模型試算表明，還可以適當(dāng)提高空間差分階數(shù)來壓制頻散；采用PML(完全匹配層)吸收邊界條件來吸收邊界反射波場，詳細(xì)闡述了其實(shí)現(xiàn)過程，并推導(dǎo)了對應(yīng)的一階應(yīng)力-速度彈性波方程的離散差分格式，該吸收邊界條件也非常適合在GPU上做并行計(jì)算。
　　針對逆時(shí)偏移存儲(chǔ)需求過大的問題，本文提出了一種有效內(nèi)部存儲(chǔ)策略以及改進(jìn)的有效內(nèi)部存儲(chǔ)策略，可以有效解決逆時(shí)偏移中震源正

4、向延拓波場存儲(chǔ)過大問題以及顯存不足的問題，在該存儲(chǔ)策略下，震源波場通過存儲(chǔ)的有效內(nèi)部波場逆時(shí)延拓重構(gòu)得到；通過模型計(jì)算分析了逆時(shí)偏移低頻噪聲產(chǎn)生的機(jī)制，并將電磁學(xué)領(lǐng)域的坡印亭矢量以及圖像處理中的拉普拉斯濾波方法引入到逆時(shí)偏移的噪聲壓制中，相比其他去噪方法，這兩種去噪方法更適合在GPU上做并行計(jì)算。根據(jù)上述理論和方法，詳細(xì)闡述了基于CUDA的高階差分正演模擬及逆時(shí)偏移算法的實(shí)現(xiàn)過程，并給出了算法實(shí)現(xiàn)的流程圖。
　　最后通過編寫程序?qū)?/p>