基于FPGA多板卡架构的波场重构法三维叠前逆时偏移方法技术

本发明专利技术公开了基于FPGA多板卡架构的波场重构法三维叠前逆时偏移方法，涉及到计算机技术领域，包括：S1、在CPU侧准备正演所需的计算数据，并采用编程语言完成对计算数据的编程；S2、CPU与第一FPGA板卡进行数据交互，第一FPGA板卡将对应的参数输出至第二FPGA板卡和第三FPGA板卡；S3、第二FPGA板卡计算正演波场，计算完成后输出结束信号至第一FPGA板卡；S4、第一FPGA板卡开始计数，并同时输出信号至第二FPGA板卡和第三FPGA板卡，启动正向波场和逆向波场的计算；S5、第二FPGA板和第三FPGA板将同一时刻的正向波场和逆向波场输出至第一FPGA板；S6、第一FPGA板完成所有时刻的计算，并将最终的成像接结果输出至CPU。其减少了不必要的数据缓存传输，减少了对计算资源的消耗提高了计算效率。算效率。算效率。

【技术实现步骤摘要】
基于FPGA多板卡架构的波场重构法三维叠前逆时偏移方法


[0001]本专利技术涉及到计算机
，尤其涉及到基于FPGA多板卡架构的波场重构法三维叠前逆时偏移方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着计算机技术的快速发展和计算能力的大幅提高，针对逆时偏移的大计算量和存储的解决方案也得以研究。针对于工业应用大规模的计算方式和架构也被研究。计算性能的提高主要得益于微处理器工作频率的提高，摩尔定律主宰着信息技术发展的步伐。主频的提高带来的系统发热问题日趋突出，系统功耗不断上升，这些问题也在不断地被物理因素制约。为了保证微处理器芯片性能的持续提高，更重要的是为了降低芯片功耗和复杂性，目前主流的商用CPU设计已全面采用多线程多核体系结构，双核和四核已成为CPU的主流产品，六核和八核CPU产品也已经大规模批量生产，预计处理器核的持续增加(称为众核处理器)将成为未来一段时间CPU技术发展的主要特征。如何快速有效地开发多核并行计算程序，对于充分发挥多核处理器系统的性能至关重要。
[0003]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(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。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大计算量的计算水平，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。
[0004]而当前石油勘探面临的高密度数据采集，深层、超深层成像问题，使3D
‑
RTM计算数据量巨大对算力要求高。目前的FPGA芯片单卡硬件资源有限，在采用一张计算板卡计算大尺度超深3D
‑
RTM时由于FPGA资源不够需要将大量的数据转存在CPU中去，这种反复的数据读取大大的增加了数据传输对计算资源的消耗。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供基于FPGA多板卡架构的波场重构法三维叠前逆时偏移方法，用于解决上述技术问题。
[0006]本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]基于FPGA多板卡架构的波场重构法三维叠前逆时偏移方法，包括：
[0008]S1、在CPU侧准备正演所需的计算数据，并采用编程语言在Linux操作系统环境下完成对所述计算数据的编程；
[0009]S2、所述CPU与第一FPGA板卡进行数据交互，所述第一FPGA板卡将对应的参数输出
至第二FPGA板卡和第三FPGA板卡；
[0010]S3、所述第二FPGA板卡计算正演波场，计算完成后输出结束信号至所述第一FPGA板卡；
[0011]S4、所述第一FPGA板卡开始计数，并同时输出信号至所述第二FPGA板卡和所述第三FPGA板卡，启动正向波场和逆向波场的计算；
[0012]S5、所述第二FPGA板和所述第三FPGA板将同一时刻的正向波场和逆向波场输出至所述第一FPGA板，所述第一FPGA板完成成像计算；
[0013]S6、所述第一FPGA板完成所有时刻的计算，并将最终的成像接结果输出至所述CPU。
[0014]作为优选，所述计算数据包括计算过程中所需的常量差分系数、边界吸收参数、震源子波以及观测系统的参数信息。
[0015]作为进一步的优选，在S2中，所述CPU与所述第一FPGA板卡之间进行速度参数、所述震源子波、所述常量差分系数、所述边界吸收参数的参数信息的交互。
[0016]作为优选，在S5中，当所述第一FPGA板完成成像计算后，第二FPGA板和第三FPGA板开始下一刻波场计算。
[0017]作为优选，在S5中，所述正向波场和所述逆向波场均通过高速GTY接口输出至所述第一FPGA板。
[0018]作为优选，在S6中，所述第一FPGA板将成像接结果输出至所述CPU后，需要在所述CPU侧完成数据叠加和后续处理。
[0019]作为优选，在S2中，所述CPU与所述第一FPGA板卡之间通过硬件接口进行数据交互。
[0020]上述技术方案具有如下优点或有益效果：
[0021](1)本专利技术中，通过多个FPG板卡和CPU异构架构的方式实现的波场重构方式的算法使3D
‑
RTM地震成像算法，大大降低了每个计算板卡在计算过程对数据存储量的要求，这种流水式架构使计算出来的数据被传输到另外一张计算板卡中，立马得到了下一步骤计算，大大减少了不必要的数据缓存传输，减少了数据传输过程对计算资源的消耗，同时使三张计算板卡同时计算，相比于单计算板卡大大提高了3倍的计算效率；
[0022](2)本专利技术中，用波场重构的方式大大降低了计算过程中所需的数据量，大大降低了对硬件内存要求的压力，使对于目前行业面临的深层、超深层地层成像提供了可性的算力支持，并且整个实现充分发挥了FPGA的并行计算优势，整个计算过程中充分利用计算时间和数据传输时间平衡，大大提高了硬件计算资源的利用率。通过这种架构方式避免了数据缓存的传输问题，消除了I/O瓶颈问体；
[0023](3)本专利技术中，对于数据处理部分采用C++编程语言在Linux环境下编程实现，预留了数据处理的操作，使系统能够灵活适应工业生成满足学术研究需求；
[0024](4)本专利技术中，通过对异构平台整体架构，屏蔽了硬件操作的复杂性，直接编程实现后续数据处理功能，对数据前置处理也提供了更大的方便，支持商业软件使用的兼容；
[0025](5)本专利技术中，整体架构调度采用C++语言编程实现，使整个系统具备跨平台操性，能构实现了专用硬件芯片在不同操作系统环境上的扩展，可以满足超大尺度地震数据3DRTM的计算需求，性能方面和相同的CPU加速方案相比其加速性能达到200倍的加速比；
[0026](6)本专利技术中，通过该方法采用FPGA计算板卡(FPGA板卡)作为计算平台使3D
‑
RTM在实际油气勘探中发挥作用成为可能。
附图说明
[0027]图1是本专利技术中基于FPGA多板卡架构的波场重构法三维叠前逆时偏移方法的流程图；
[0028]图2是本专利技术中的三个FPGA板卡间架构及数据流向图；
[0029]图3是本专利技术中的三个FPGA板卡实现波场重构法及实现RTM数据的流程图。
具体实施方式
[0030]下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
[0031]在本专利技术的描述中，需要说明的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于FPGA多板卡架构的波场重构法三维叠前逆时偏移方法，其特征在于，包括：S1、在CPU侧准备正演所需的计算数据，并采用编程语言在Linux操作系统环境下完成对所述计算数据的编程；S2、所述CPU与第一FPGA板卡进行数据交互，所述第一FPGA板卡将对应的参数输出至第二FPGA板卡和第三FPGA板卡；S3、所述第二FPGA板卡计算正演波场，计算完成后输出结束信号至所述第一FPGA板卡；S4、所述第一FPGA板卡开始计数，并同时输出信号至所述第二FPGA板卡和所述第三FPGA板卡，启动正向波场和逆向波场的计算；S5、所述第二FPGA板卡和所述第三FPGA板卡将同一时刻的正向波场和逆向波场输出至所述第一FPGA板卡，所述第一FPGA板卡完成成像计算；S6、所述第一FPGA板卡完成所有时刻的计算，并将最终的成像接结果输出至所述CPU。2.如权利要求1所述的基于FPGA多板卡架构的波场重构法三维叠前逆时偏移方法，其特征在于，所述计算数据包括计算过程中所需的常量差分系数、边界吸收参数、震源子波以及观测系统的参数信息。3.如权利要求...

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