一種地震處理多核異構(gòu)并行模式自適應(yīng)匹配通用計(jì)算模型的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于地震資料處理高性能計(jì)算領(lǐng)域，具體涉及一種地震處理多核異構(gòu)并行模式自適應(yīng)匹配通用計(jì)算模型。
【背景技術(shù)】
[0002]通用并行計(jì)算領(lǐng)域，涌現(xiàn)出越來越多的并行計(jì)算模式和并行框架。比如，集群方面的 MP1、MAP/REDUCE，CPU 多核方面的 OpenMP、OpenACC，GPU 多核方面的 CUDA、OpenCL，通用框架的HMPP等。但是這些并行模式對應(yīng)的程序設(shè)計(jì)語言開發(fā)復(fù)雜度高，而且存在不同的特點(diǎn)，需要開發(fā)人員具有一定的并行開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，并且熟練使用不同類型的編程環(huán)境，當(dāng)系統(tǒng)中的軟硬件架構(gòu)發(fā)生變化時，開發(fā)人員還需要修改原有程序，而不能自動適應(yīng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了很好地將各種并行模式結(jié)合起來，充分發(fā)揮它們各自的優(yōu)缺點(diǎn)，建立一種地震處理多核異構(gòu)并行模式自適應(yīng)匹配通用計(jì)算模型，實(shí)現(xiàn)地震處理多核異構(gòu)并行模式自適應(yīng)匹配，對促進(jìn)地震處理多核異構(gòu)并行計(jì)算的發(fā)展具有重要意義。
[0004]本發(fā)明首先針對上面提到的各種并行模式進(jìn)行詳細(xì)分析，然后在分析的基礎(chǔ)上提出了地震處理多核異構(gòu)并行計(jì)算通用框架設(shè)計(jì)方面的具體思路，建立了一套完整的地震處理多核異構(gòu)并行計(jì)算通用框架，可以實(shí)現(xiàn)地震處理多核異構(gòu)并行模式的自動適應(yīng)和匹配，能夠充分發(fā)揮不同并行工具的特點(diǎn)，增加并行模塊的開發(fā)效率，縮短并行模塊的計(jì)算時間。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
地震處理多核異構(gòu)并行模式自適應(yīng)匹配通用計(jì)算模型，其特征在于:所述計(jì)算模型的構(gòu)建方法包括以下步驟:
(1)通過分析多核異構(gòu)并行計(jì)算目標(biāo)問題，劃分多核異構(gòu)并行任務(wù)；
(2)根據(jù)多核異構(gòu)機(jī)器參數(shù)，建立多核異構(gòu)通用參數(shù)庫；
(3)根據(jù)并行任務(wù)和通用參數(shù)庫，建立多核異構(gòu)并行算法庫；
(4)設(shè)計(jì)解釋系統(tǒng)，能夠根據(jù)不同多核異構(gòu)軟硬件參數(shù)，自適應(yīng)選擇多核異構(gòu)并行算法庫中相應(yīng)的并行算法；
(5)開發(fā)人員針對不同的多核異構(gòu)軟硬件接口，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的并行算法編程；
(6)并行程序通過相應(yīng)的編譯器編譯成機(jī)器語言，運(yùn)行于相應(yīng)的多核異構(gòu)軟硬件架構(gòu)之上。
[0006]進(jìn)一步:所述通用模型還包括一個用于實(shí)現(xiàn)多核異構(gòu)并行模式自適應(yīng)匹配功能的框架，所述框架為開發(fā)者提供有用于選擇的并行語言、并行框架、并行模式的模板。
[0007]進(jìn)一步，所述多核異構(gòu)并行任務(wù)由若干個集群任務(wù)、CPU任務(wù)、GPU任務(wù)組成。
[0008]進(jìn)一步,所述多核異構(gòu)通用參數(shù)庫包括集群參數(shù)、CPU參數(shù)、GPU參數(shù)；所述集群參數(shù)包括集群規(guī)模和架構(gòu)、節(jié)點(diǎn)性能參數(shù)、存儲系統(tǒng)參數(shù)、I/O系統(tǒng)性能參數(shù)；所述CPU參數(shù)包括CPU核心數(shù)目、CPU核心處理器性能參數(shù)、存儲系統(tǒng)參數(shù)、I/O系統(tǒng)性能參數(shù)；所述GPU參數(shù)包括GPU核心參數(shù)目、GPU核心處理器性能參數(shù)、存儲系統(tǒng)參數(shù)、I/O系統(tǒng)性能參數(shù)。
[0009]進(jìn)一步，所述多核異構(gòu)并行算法庫還包括記錄算法的各種信息的算法字典，算法庫管理系統(tǒng)，通過算法庫管理系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對多核異構(gòu)并行算法庫的更新、檢索和修改。
[0010]進(jìn)一步，所述解釋系統(tǒng)包括解釋器，所述解釋器包括用于解釋并行算法語言的語言分析模塊、用于選取適應(yīng)當(dāng)前硬件架構(gòu)的并行算法的算法匹配模塊。
[0011]進(jìn)一步，在并行程序設(shè)計(jì)過程中，開發(fā)人員針對不同的多核異構(gòu)軟硬件接口，設(shè)計(jì)相應(yīng)的并行程序包括集群并行程序、多核CPU并行程序、多核GPU并行程序。
[0012]進(jìn)一步，所述集群并行程序包括MPI程序、MAP/REDUCE程序的一種或數(shù)種；編譯系統(tǒng)采用相對應(yīng)的MPI編譯器、MAP/REDUCE編譯器；多核CPU并行程序包括OpenACC程序、OpenMP程序中的一種或數(shù)種；編譯系統(tǒng)采用相對應(yīng)的OpenACC編譯器和OpenMP編譯器；多核GPU并行程序包括CUDA程序、OpenCL程序中的一種或數(shù)種；編譯系統(tǒng)采用相對應(yīng)的CUDA編譯器、OpenCL編譯器。
[0013]該方法設(shè)計(jì)了一種地震處理多核異構(gòu)并行模式自適應(yīng)匹配通用計(jì)算模型，并將并行計(jì)算劃分為六步，簡化開發(fā)人員開發(fā)難度，并且通過多核異構(gòu)通用參數(shù)庫和并行算法庫，提高計(jì)算模型的移植性和擴(kuò)展性。使用該方法，開發(fā)人員可以不必關(guān)注底層并行程序?qū)崿F(xiàn)，而專門研究算法，編寫并行程序的難度大大降低；程序設(shè)計(jì)人員可以用向?qū)У姆绞竭x擇編程語言、編譯環(huán)境和并行方案，節(jié)約其開發(fā)時間，提高了編程效率和效果。利用該方法勝利油田物探研究院已經(jīng)完成了神通系統(tǒng)大部分主體處理模塊的并行優(yōu)化，取得了較好的社會和經(jīng)濟(jì)效益。與現(xiàn)存的普通并行架構(gòu)模型相比，地震處理多核異構(gòu)并行模式自適應(yīng)匹配方法優(yōu)點(diǎn)如下:
(1)可擴(kuò)展性強(qiáng):當(dāng)模型中引入一種新的多核異構(gòu)并行計(jì)算硬件架構(gòu)時，開發(fā)人員只需要將相應(yīng)的并行機(jī)參數(shù)配置到通用參數(shù)庫中，并且將對應(yīng)的并行程序補(bǔ)充到并行算法庫中，不需要對原有運(yùn)算模塊進(jìn)行修改。通過對多核異構(gòu)并行算法庫和通用參數(shù)庫的不斷擴(kuò)展，該方法為開發(fā)人員提供越來越多的問題解決方案和硬件實(shí)施參數(shù)；
(2)可移植性好:為應(yīng)用開發(fā)人員提供多核異構(gòu)通用參數(shù)庫，保存不同并行機(jī)的軟硬件參數(shù)。開發(fā)人員在不同的軟硬件上實(shí)施通用計(jì)算模型時，只需要配置相應(yīng)的參數(shù)到參數(shù)庫中，無需更改程序模型算法；
(3)易用性好:為開發(fā)人員提供簡單易用的并行算法設(shè)計(jì)語言，最大程度簡化算法開發(fā)人員編碼工作量；
(4)代碼重用性高:提供并行算法庫，將并行函數(shù)擴(kuò)充到并行算法庫中。應(yīng)用開發(fā)人員通過調(diào)用簡單的接口，重用算法庫中已有的函數(shù)，如矩陣相乘、傅里葉變換等；
(5)計(jì)算效率高:在多種運(yùn)算資源，如集群、多核CPU、多核GPU的協(xié)同工作中，最大化的抽取并行任務(wù)，針對任務(wù)并行計(jì)算特征，采用不同硬件上的并行策略。
【附圖說明】
[0014]圖1是多核異構(gòu)并行模式自適應(yīng)匹配方法設(shè)計(jì)流程。
[0015]圖2是實(shí)現(xiàn)并行模式自適應(yīng)匹配方法交互功能框架界面。
[0016]圖3是炮域波動方程疊前深度偏移并行算法設(shè)計(jì)流程。
[0017]圖4是炮域波動方程疊前深度偏移并行算法效率比較。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0019]實(shí)施例1。一種地震處理多核異構(gòu)并行模式自適應(yīng)匹配通用計(jì)算模型，其特征在于:所述計(jì)算模型的構(gòu)建方法包括以下步驟:
(1)通過分析多核異構(gòu)并行計(jì)算目標(biāo)問題，劃分多核異構(gòu)并行任務(wù)；
(2)根據(jù)多核異構(gòu)機(jī)器參數(shù)，建立多核異構(gòu)通用參數(shù)庫；
(3)根據(jù)并行任務(wù)和通用參數(shù)庫，建立多核異構(gòu)并行算法庫；
(4)設(shè)計(jì)解釋系統(tǒng)，能夠根據(jù)不同多核異構(gòu)軟硬件參數(shù)，自適應(yīng)選擇多核異構(gòu)并行算法庫中相應(yīng)的并行算法；
(5)開發(fā)人員針對不同的多核異構(gòu)軟硬件接口，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的并行算法編程；
(6)并行程序通過相應(yīng)的編譯器編譯成機(jī)器語言，運(yùn)行于相應(yīng)的多核異構(gòu)軟硬件架構(gòu)之上。
[0020]所述通用模型還包括一個用于實(shí)現(xiàn)并行模式自適應(yīng)匹配功能的框架，所述框架為開發(fā)者提供有用于選擇的并行語言、并行框架、并行模式的模板；
所述多核異構(gòu)并行任務(wù)由若干個集群任務(wù)、CPU任務(wù)、GPU任務(wù)組成；
所述多核異構(gòu)通用參數(shù)庫包括集群參數(shù)、CPU參數(shù)、GPU參數(shù)；所述集群參數(shù)包括集群規(guī)模和架構(gòu)、節(jié)點(diǎn)性能參數(shù)、存儲系統(tǒng)參數(shù)、I/o系統(tǒng)性能參數(shù)；所述CPU參數(shù)包括CPU核心數(shù)目、CPU核心處理器性能參數(shù)、存儲系統(tǒng)參數(shù)、I/O系統(tǒng)性能參數(shù)；所述G