基于CUDA的GPU并行优化重力三维反演.pdf

【基于CUDA的GPU并行优化重力三维反演】是一种高效的数据处理技术，主要用于解决地球物理学中的重力勘探问题。重力勘探通过测量地表的重力异常来推断地下地质结构，对于地质勘查和矿产资源的普查具有重要意义。在处理大量数据时，传统的CPU计算能力受限，而GPU（图形处理器）由于其并行计算能力强大，成为了解决这一问题的有效工具。 该技术基于CUDA（Compute Unified Device Architecture）平台，CUDA是NVIDIA公司推出的一种编程模型，允许开发者利用GPU的强大计算能力进行科学计算。文章作者李午阳、张健和林巍在PGI Fortran平台上开发了一种重力三维GPU并行反演算法，该算法采用了重加权正则化共轭梯度法（Re-weighting Regularized Conjugate Gradient, RRCG），这是一种优化求解线性系统的迭代算法，能确保反演结果的稳定性和物理意义。 RRCG算法在并行计算中发挥了关键作用，它能够在个人计算机上利用配备NVIDIA显卡的GPU进行并行处理，大大提高了计算速度，最高可达几十至上百倍的加速效果，且不需要依赖高性能的工作站。此外，算法还对可视化操作系统进行了优化，不仅能在高端系统上处理亿级网格点的反演计算，而且在中低端设备上也能实现加速，提高了反演计算的普适性。 对于复杂的地质目标体，传统的二维或二维半反演方法可能无法满足需求，因此三维物性反演成为首选。然而，三维反演需要处理的数据量巨大，常规计算方法难以应对。通过CUDA和GPU的并行计算，可以有效克服内存和CPU计算效率的瓶颈，提高数据处理能力。 文章提到了其他研究者的工作，例如Chen等人采用CUDA实现重力三维正演成像，林巍等人利用GPU遗传算法进行海洋重力三维反演，以及Cuma等人利用OpenMP和OpenACC进行CPU和GPU的并行算法加速。这些研究共同推动了并行计算在重力反演领域的应用。 基于CUDA的GPU并行优化重力三维反演技术是一种创新的、高效的解决方案，它能够有效地处理重力勘探中的大规模计算问题，为地质勘探提供了更快更准确的数据分析手段，对于提升地质结构的解析能力和找矿效率具有重要价值。该技术的发展与应用表明，结合GPU的并行计算技术在地球物理领域具有广阔的应用前景。