CUDA并行架构下三维重力反演加速技术研究

发布时间：2017-06-09 08:05

  本文关键词：CUDA并行架构下三维重力反演加速技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：重力正演是已知地下物性求地上观测面的重力异常值,其反演问题是根据地上观测面的重力异常值求地下场源体的物性以及形态。重力异常反演在地球物理勘探中有着十分重要的作用,是了解地质体场源特征最便捷的途径。采用长方体剖分单元求物性的三维反演技术,因模型参数易于操作、能模拟任意复杂地质体、可使用分离格架技术减少存储量等优点,已成为重力反演的一个主要技术手段。对于线性或者非线性的物性反演方案,即使使用了分离格架等技术,正演的计算量仍然在整个反演流程中占很大比重,当反演达到一定规模,整个反演计算99%的计算量都是由正演计算产生的,因此加快正演计算速度对整个反演流程有重要意义。本文利用NVIDIA CUDA并行计算平台,实现了基于GPU的三维重力正演与反演计算。对于正演计算,本文研究了几何格架的等效存储技术,在此基础上首次提出了几何格架的空间局部性,并应用此性质对GPU正演计算程序进行深入优化,获得了普通版本的GPU正演计算程序的4倍加速。对于反演计算,阐明了基于深度加权的反演方法是一个严格凸二次规划问题,并在CUDA异构计算平台上设计和实现了基于共轭梯度法的整个反演流程,给出了数值模拟结果。
【关键词】：CUDA 并行计算 重力反演 正演计算 共轭梯度法
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P631.1;TP338.6
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 引言8-11
• 1.1 三维重力反演背景及研究现状8
• 1.2 GPU通用计算平台8-9
• 1.3 本文贡献9-10
• 1.4 论文组织10-11
• 第2章 CUDA计算平台介绍11-18
• 2.1 硬件架构11-16
• 2.1.1 概述11-13
• 2.1.2 开普勒架构13-16
• 2.2 优化策略简介16-18
• 2.2.1 概述16-17
• 2.2.2 内核分析17-18
• 第3章 重力正演理论及其快速计算18-41
• 3.1 重力正演理论18-27
• 3.1.1 正演公式18-19
• 3.1.2 模型剖分19-21
• 3.1.3 几何格架等效存储21-23
• 3.1.4 几何格架并行化23-26
• 3.1.5 实验26-27
• 3.2 正演并行化27-41
• 3.2.1 GPU基准程序27-32
• 3.2.2 几何格架的空间局部性32-34
• 3.2.3 深入优化34-41
• 第4章 重力反演理论41-46
• 4.1 TIKHONOV正则化反演理论41-44
• 4.2 凸二次规划问题44-46
• 4.2.1 严格凸二次多元函数44-45
• 4.2.2 凸二次问题求解方法45-46
• 第5章 重力反演流程设计与实现46-65
• 5.1 CPU端设计与实现46-50
• 5.2 GPU端设计与实现50-61
• 5.2.1 第Ⅰ类算式50-52
• 5.2.2 第Ⅱ类算式52-55
• 5.2.3 第Ⅲ类算式55-59
• 5.2.4 第Ⅳ类算式59-61
• 5.3 反演数值模拟61-65
• 结论65-67
• 工作总结65
• 研究展望65-67
• 致谢67-68
• 参考文献68

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