国产众核处理器优化的三维地震声波正演模拟提升性能

本文主要探讨了在地质勘探领域中的关键课题——基于国产众核处理器的三维地震声波正演模拟。三维地震声波正演是地质研究的重要工具，它通过模拟声波在不同介质中的传播来预测地震活动和地下结构。然而，传统的三维地震声波有限差分交错网格方程正演过程中面临着计算量大和内存消耗高的挑战。 针对这些问题，研究者们利用了神威·太湖之光超级计算机系统中的国产异构众核处理器——申威26010。这种处理器的设计使得并行计算成为可能，通过进程级并行处理多个独立的任务，以及计算核心间的线程级并行，提高了整体的计算效率。文章特别关注了直接内存访问（DMA）通信方式的优化，提出了2.5D流水线任务划分策略，这种策略巧妙地结合了任务分配和数据通信，使得通信过程与计算过程在时间上相互掩蔽，从而减少了通信开销，进一步提升了并行性能。 实验结果显示，这种优化策略成功地缓解了由于大规模计算导致的带宽瓶颈，充分挖掘了处理器的强大计算潜力，解决了申威26010在处理有限差分问题时并行效率较低的问题。在大规模测试中，即使使用高达266,240个计算核心，程序依然保持着稳定的计算性能，实现了每秒5.5亿次浮点运算（GFlops）的高效场值更新，这对于地震声波正演模拟这类高精度计算任务来说是一个显著的提升。 该研究不仅对国内的高性能计算领域具有重要意义，也展示了国产异构众核处理器在解决复杂科学计算问题上的应用潜力。通过并行计算和优化策略的结合，国产技术在地质勘探领域的实际应用中展现出了强大的竞争力，对于推动我国科技自主发展和提高地质研究效率具有积极的推动作用。同时，这项工作也为其他领域的高性能计算提供了宝贵的参考经验，特别是在处理大规模并行计算任务时如何优化资源分配和通信策略。