基于FPGA利用checkpoint技术实现叠前三维逆时偏移方法技术

本发明专利技术涉及到油气地震勘探技术领域，尤其涉及到一种基于FPGA利用checkpoint技术实现叠前三维逆时偏移方法，本发明专利技术根据不同尺度3D

【技术实现步骤摘要】
基于FPGA利用checkpoint技术实现叠前三维逆时偏移方法


[0001]本专利技术涉及到油气勘探
，尤其涉及到一种基于FPGA利用
[0002]checkpoint技术实现叠前三维逆时偏移方法。

技术介绍

[0003]油气勘探行业中常规油气勘探潜力依然巨大，非常规油气将是增储上产的主力军，但勘探开发面临的对象将更加复杂，规模增储与持续上产难度进一步加大。油气目标对象越来越复杂，常规油气剩余资源分布在复杂推覆构造、盐下和盐间构造、复杂地质体、复杂岩性等领域，非常规油气占比逐步增大。恶劣的地表条件、复杂的地下构造、复杂的储层储集空间，对物探技术提出越来越高的要求，油气勘探开发重心不断向深层—超深层、页岩油气，以及强复杂地表更复杂领域转移，提高难动用储量开发成效、提高老油气田采收率也面临技术挑战。
[0004]为了满足新形势下油气勘探开发需求，油气勘探行业加大面向油气勘探开发重点领域关键物探瓶颈技术的科研攻关力度，攻克生产急需解决的瓶颈技术难题，油气行业发展高效、低成本、高精度物探技术，重点研究深层、超深层地球物理勘探。偏移方法实现由积分法叠前深度偏移到基于波动方程叠前偏移的提升。其中，基于双程波动方程的逆时偏移技术，具有较高的精度和准确的相位，在倾角和偏移孔径方面不受限制，并能够对纵、横向变速问题进行处理，被认为是目前成像精度最高的偏移成像技术，更适合于复杂构造成像。然而，大计算量和大存储量使得逆时偏移的计算成本很高而无法用于大数据量的地震成像，对这样大的数据量要求进行高效高质量的计算，对于采用波场重建等存储策略能够有效解决中小区块数据存储问题，对于大规模三维数据的存储需要考虑存储空间CPU数据和FPGA交互影响计算效率、 I/O读写速度(PCIe接口速率限制)、网络带宽等问题。王保利等(2012)提出了有效边界存储策略，借鉴checkpoint和缓存思想，降低了波场存储，且不会引入计算误差，但该办法会增加额外的计算量。
[0005]地球物理技术进步一定意味着数据量的大幅增大，这是由其数据基础和前提所决定的；而其算法基础又决定了一定带来数据处理计算工作量的显著升高，因此需要相应的算力支撑才能保障升维革命的成功。在传统CPU由单核向多核(众核)发展的技术路线以外，当前活跃着几条新的技术路线，它们可能代表着未来高性能计算技术发展的重要方向；一个重要方向是基于FPGA (Field Programmable Gate Array)，即现场可编程门阵列的可重构计算技术。无论是国际上还是国内，代表当前最高计算水平的千万亿次计算机系统都是采用了这种异构并行计算系统架构，如何构建异构并行计算系统上的多层次并行计算软件开发框架和编程工具，促进大规模并行计算应用软件的开发与移植，是实现异构并行计算系统大规模普及应用的关键。
[0006]异构协同并行计算技术(FPGA)并行计算技术的发展可以提高整个地球物理资料处理的水平，给社会创造更多的经济效益；同时，各种技术进步又能促进计算机软硬件成本的降低，引入更多的计算机从事高性能计算。在最近的研究中发现，通过FPGA实现异构平台
计算3D
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RTM时对于不同的FPGA型号芯片内存资源不一样时，对于计算不同尺度数据体时不能充分将数据交互时间完全淹没在计算过程中，使FPGA资源利用率没有达到最大化的利用，计算的计算加速比与理论计算有一点差距。

技术实现思路

[0007]鉴于上述技术问题，本专利技术提供了一种基于FPGA利用checkpoint技术实现叠前三维逆时偏移方法；本专利技术专利同时对于不同型号的FPGA芯片可以根据芯片资源计算不同的缓存比，实现在不同型号芯片上的灵活切换，增加FPGA 的bit的复用性，提高不同尺度3D
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RTM计算任务的计算效率，为3D
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RTM进行工业化实现提供了FPGA异构计算加速解决方案，使3D
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RTM实现工业化计算实现提供了可能。
[0008]本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：
[0009]一种基于FPGA利用checkpoint技术实现叠前三维逆时偏移方法，其特征在于，所述方法包括：
[0010]步骤S1：根据计算工区单炮数据量和FPGA的DDR大小，确定将采集到的地震数据是否可以进行存储，若地震数据的单炮数据量大于FPGA的DDR容量，执行步骤S2，否则则执行步骤S3；
[0011]步骤S2：评估存储的地震数据的传输时间与所述FPGA的计算时间，若传输时间大于FPGA的计算时间则执行步骤S3；若传输时间小于FPGA的计算时则判断地震数据是否大于CPU的DDR容量，若地震数据是否大于CPU的DDR 容量则将地震数据从CPU的DDR中存储在硬盘中，否则执行步骤S3；
[0012]步骤S3:根据FPGA的DDR资源量计算波场计算需要缓存下的数据点数Nb, 求出对应需要记录的checkpoint检查点作为迭代的初始波场值；确定计算出单次checkpoint所包含的波场时间迭代次数Nc＝Nt/Nb，其中Nt为总的波场持续时间采样点数；通过设计计算Nc、和checkpoint点参数使FPGA进行波场计算的时间和数据传输时间达到动态平衡，同时得到该些参数值；
[0013]步骤S4：启动FPGA按照S3中设定的参数，进行波场值延拓根据预设的参数依次迭代完Nb次，以对应的checkpoint作为波场初始值进行输入每次迭代Nc个时间采样点直到将Nb个检查点迭代完最终完成整个波场的迭代并在每个对应时刻完成正向波场和反向波场的互相关成像计算；
[0014]步骤S5：输出计算结果。
[0015]上述的基于FPGA利用checkpoint技术实现叠前三维逆时偏移方法，其特征在于，步骤S4中成像计算包括正传波场和逆向波场做互相关运算得到成像结果；
[0016]上述的基于FPGA利用checkpoint技术实现叠前三维逆时偏移方法，其特征在于，步骤S5中，输出计算结果之后还依次进行有数据叠加处理、低频滤波处理。
[0017]上述技术方案具有如下优点或有益效果：
[0018]本专利技术基于FPGA利用checkpoint技术实现叠前三维逆时偏移方法，利用 checkpoint技术改进边界存储策略，考虑不同型号的FPGA芯片内存资源和不同尺度3D
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RTM计算的数据量，在CPU平台通过软件架构动态设置调整 checkpoint点参数，将数据准备和传输时间完全淹没在FPGA计算中，让FPGA 计算和数据传输达到动态平衡，提高FPGA资源利
用率，大大缩短算法计算时间。从而达到消除I/O瓶颈的效果。本专利技术针对不同尺度数据量特点设置最优的FPGA与CPU数据交互方案，计算资源被最大化地使用提高计算效率。
附图说明
[0019]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术及其特征、外形和优点将会变得更加明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未可以按照比例绘制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA利用checkpoint技术实现叠前三维逆时偏移方法，其特征在于，所述方法包括：步骤S1：根据计算工区单炮数据量和FPGA的DDR大小，确定将采集到的地震数据是否可以进行存储，若地震数据的单炮数据量大于FPGA的DDR容量，执行步骤S2，否则则执行步骤S3；步骤S2：评估存储的地震数据的传输时间与所述FPGA的计算时间，若传输时间大于FPGA的计算时间则执行步骤S3；若传输时间小于FPGA的计算时则判断地震数据是否大于CPU的DDR容量，若地震数据是否大于CPU的DDR容量则将地震数据从CPU的DDR中存储在硬盘中，否则执行步骤S3；步骤S3:根据FPGA的DDR资源量计算波场计算需要缓存下的数据点数Nb,求出对应需要记录的checkpoint检查点作为迭代的初始波场值；确定计算出单次checkpoint所包含的波场时间迭代次数Nc＝Nt/Nb，其中Nt为总的...

【专利技术属性】
技术研发人员：瞿雷，张晨洋，
申请(专利权)人：上海雪湖科技有限公司，
类型：发明
国别省市：