基于超大内存节点的波动方程逆时偏移高效实现

包红林,李 敏,张 萌

(中国石油化工股份有限公司石油物探技术研究院,江苏南京211103)

1 问题分析

波动方程逆时偏移成像主要由双程波动方程延拓和波场成像两步构成,先对震源波场采用双程波方程正向外推,并保存外推波场数据;然后对接收波场采用双程波方程反向外推,并在外推过程中读取记录的震源外推波场快照,应用成像条件获取成像值,所有时间步求和得到单炮成像数据体。随着油气勘探向深层目标体和精细勘探方向发展,野外勘探普遍采用高精度与高密度地震采集技术,地震数据规模不断增大。对逆时偏移计算而言,地震数据规模增大,使得单炮数据成像空间规模增大,波场外推计算量与波场数据量增大。对大规模地震数据进行逆时偏移计算时,巨大的计算与存储需求成为制约逆时偏移计算效率的主要因素[1-3]。

随着GPU技术出现,利用GPU强大并行计算能力进行逆时偏移波场有限差分延拓计算,节点内采用CPU/GPU异构协同平台进行炮集逆时偏移计算[1-3],使用一定规模计算节点组成的集群进行多炮数据的并行计算,已成为大规模地震数据逆时偏移计算的标配模式,基本满足了其对海量计算的需求。但逆时偏移的大数据量波场数据存储需求一直没有得到有效解决,严重影响了逆时偏移计算的效率提升。

逆时偏移集群计算节点,通常配置2个Intel多核CPU和2个GPU(硬件架构见图1),每个CPU采用6个高速内存通道连接12个内存插槽,GPU采用PCIe3.0×16通道连接CPU,GPU0读写CPU0直连内存的速度可达12GB/s,构成1个高带宽、低延迟互联的CPU/GPU计算单元。……