[發明專利]一種基于FPGA的三維疊前逆時偏移成像異構計算加速系統

在審

• 申請號: 202110017659.8
• 申請日: 2021-01-07
• 公開（公告）號: CN112612057A
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發明（設計）人: 瞿雷;張晨洋
• 申請（專利權）人: 上海雪湖科技有限公司
• 主分類號: G01V1/36
• 分類號: G01V1/36
• 代理公司: 上海浙晟知識產權代理事務所(普通合伙) 31345
• 代理人: 楊小雙

本發明涉及到油氣地震勘探技術領域，尤其涉及到一種基于FPGA的三維疊前逆時偏移成像異構計算加速系統，系統包括CPU模塊和FPGA模塊，CPU模塊和FPGA模塊通過數據交互驅動接口進行數據交互；CPU模塊中封裝有算法數據生成模塊、Header生成模塊、數據組裝模塊以及Boundary模塊；Header生成模塊、數據組裝模塊以及Boundary模塊通過數據交互驅動接口與FPGA模塊進行數據傳輸，FPGA模塊將計算完的單炮數據通過數據交互模塊輸送至單炮成像模塊，用以完成疊加數據處理。本發明系統方案可以大大縮短算法計算時間，使大尺度的三維逆時偏移成像算法得以實現工業化，從而可以提高地震勘探成像精度。

技術領域

本發明涉及到油氣地震勘探技術領域，尤其涉及到一種基于FPGA的三維疊前逆時偏移成像異構計算加速系統。

背景技術

目前在石油勘探領域，為了滿足復雜構造下精確成像的需求，偏移技術已經從疊后偏移發展為疊前偏移，從時間偏移發展為深度偏移，從二維發展為三維偏移，從基于射線和衍射理論的偏移發展為基于波動理論的偏移。其中，基于雙程波動方程的逆時偏移(RTM)技術，具有較高的精度和準確的相位，在傾角和偏移孔徑方面不受限制，并能夠對縱、橫向變速問題進行處理，更適合與復雜構造成像，被認為是目前成像精度最高的偏移方法。但是，基于波動方程的逆時偏移屬于一種高密度計算型任務，需要處理數據的計算量和存儲量巨大，對于一個普通的100Km2三維工區，可產生約200GB-1TB的數據量。對這樣大的數據量要求進行高效高質量的計算，目前采用波場重建等存儲策略能夠有效解決中小區塊數據存儲問題，對于大規模三維數據的存儲需要考慮存儲空間、I/O讀寫速度、網絡帶寬等問題。

長期以來，計算性能的提高主要得益于微處理器工作頻率的提高，摩爾定律主宰著信息技術發展的步伐。然而，主頻的提高帶來的系統發熱問題日趨突出，系統功耗不斷上升。因此，近年來CPU技術的發展采取了新的思路，主頻提高的步伐放慢甚至停止，而提高處理器并行處理能力逐步成為主要技術思路。為了保證微處理器芯片性能的持續提高，更重要的是為了降低芯片功耗和復雜性，目前主流的商用CPU設計已全面采用多線程多核體系結構，雙核和四核已成為CPU的主流產品，六核和八核CPU產品也已經大規模批量生產，預計處理器核的持續增加(稱為眾核處理器)將成為未來一段時間CPU技術發展的主要特征。如何快速有效地開發多核并行計算程序，對于充分發揮多核處理器系統的性能至關重要。在傳統CPU由單核向多核(眾核)發展的技術路線以外，當前活躍著幾條新的技術路線，它們可能代表著未來高性能計算技術發展的重要方向。一個重要方向是基于FPGA(FieldProgrammable Gate Array)即現場可編程門陣列的可重構計算技術，無論是國際上還是國內，代表當前最高計算水平的千萬億次計算機系統都是采用了這種異構并行計算系統架構。如何構建異構并行計算系統上的多層次并行計算軟件開發框架和編程工具，促進大規模并行計算應用軟件的開發與移植，是實現異構并行計算系統大規模普及應用的關鍵，異構協同并行計算技術(FPGA)并行計算技術的發展可以提高整個地球物理資料處理的水平，給社會創造更多的經濟效益；同時，各種技術進步又能促進計算機軟硬件成本的降低，引入更多的計算機從事高性能計算。

發明內容

鑒于上述技術問題，本發明提供了一種基于FPGA的三維疊前逆時偏移成像異構計算加速系統，采用該系統方案可以大大縮短了算法計算時間，使大尺度的三維逆時偏移成像算法得以實現工業化，從而可以提高地震勘探成像精度。

一種基于FPGA的三維疊前逆時偏移成像異構計算加速系統，其中，所述系統包括CPU模塊和FPGA模塊，所述CPU模塊和所述FPGA模塊通過數據交互驅動接口進行數據交互；

所述CPU模塊中封裝有算法數據生成模塊、Header生成模塊、數據組裝模塊以及Boundary模塊；所述Header生成模塊、數據組裝模塊以及Boundary模塊通過數據交互驅動接口與FPGA模塊進行數據傳輸，所述FPGA模塊將計算完的單炮數據通過數據交互模塊輸送至單炮成像模塊，用以完成疊加數據處理。