国家大学生创新实践计划申请答辩PPT

国家大学生创新实践计划

GPU与CPU协同并行运算的预测反褶积技术

中国海洋大学大学“国家大学生创新性实验计划”答辩材料

项目名称：GPU与CPU协同并行运算的预测反褶积技术

项目成员：薛清峰2009级地球信息科学与技术

胡昊2009级地球信息科学与技术

谭萍2009级地球信息科学与技术

指导老师：姜秀萍

中国海洋大学大学“国家大学生创新性实验计划”答辩材料项目背景

近几年在国际上才刚刚起步的GPU\CPU协同并行运算技术，可在保证计算精度的前提下大幅度提高计算效率的同时明显降低计算机集群的规模和硬件成本，已经成为高性能密集地震资料运算的发展趋势。因此，开展GPU\CPU协同并行运算技术的研究具有重要的实用价值。中国海洋大学大学“国家大学生创新性实验计划”答辩材料GPU/CPU在地球物理中的应用

中国海洋大学大学“国家大学生创新性实验计划”答辩材料地球物理的海量计算量的应用需求推动了计算技术的快速发展。在过去40年间地球物理计算的发展历程，已经经历了四次重大变革。而GPU/CPU协同计算技术在经历近几年的飞速发展后已然有了实现第五次变革的趋势。20世纪70年代20世纪80年代20世纪90年代21世纪初2007年后通过实测数据对比分析，1440平方地震数据逆时偏移，512核PC机群需近7个月时间，而12节点GPU\CPU协同并行计算只需41天。

中国海洋大学大学“国家大学生创新性实验计划”答辩材料处理系统CPPC处理系统PC机群处理系统商业软件硬件环境CPU配置

12节点各节点单CPU四核主频：3.0核数：4864节点双CPU四核；主频：3.0核数：64x8=512GPU配置12节点型号:NvidiaTesla1070核数：4*240=960无应用软件GPU\CPU协同并行计算逆时深度偏移双程波深度偏移测试情况面积（Km2）试验300平方（实际数据1440平方）数据量(Gb)487（2300）采样（ms）2FLOD120道长（ms）6000面元（m）25x25偏移炮数2932830678延拓深度50005000时间延拓0.4ms0.4ms子波主频

F=20F=18作业运行时间205小时=8.5天（41）1008小时=42天（201）平均每炮时间0.42分钟1.97分钟上表数据引用中国石油勘探开发研究院西北分院研究成果项目指导意义

本项目将以预测反褶积压制多次波为例开展GPU与CPU协同并行运算技术的研究，同时分析GPU\CPU协同并行运算与CPU串行运算的计算效率和计算效果，其成果还将对其它方面的信息处理具有很好的指导意义。中国海洋大学大学“国家大学生创新性实验计划”答辩材料关键技术

1.九大模块并行程序编写：（1）FFT（快速付氏变换）并行算法；（2）矩阵乘积并行算法；（3）线性方程组数值求解的并行算法；（4）褶积计算的并行算法；（5）相关计算的并行算法；（6）时变带通滤波的并行算法；（7）时变脉冲反褶积的并行算法；（8）时变预测反褶积的并行算法；（9）时变带通滤波与反褶积的组合并行算法。中国海洋大学大学“国家大学生创新性实验计划”答辩材料关键技术

2.分析GPU\CPU协同并行运算效率，分析影响并行计算效率的主要环节，改进并行算法与程序，进一步提高GPU\CPU协同并行运算的效率；中国海洋大学大学“国家大学生创新性实验计划”答辩材料

中国海洋大学大学“国家大学生创新性实验计划”答辩材料技术路线1.应用C/Fortran完成FFT、矩阵乘积并行算法、线性方程组数值求解、褶积计算、相关计算、时变带通滤波、时变脉冲反褶积、预测反褶积与时变带通滤波与反褶积的组合运算的串行程序的编制；2.应用CUDA开发工具研发CPU/GPU协同处理的并行运算程序，包括：FFT并行算法、矩阵乘积并行算法、线性方程组数值求解的并行算法、褶积计算的并行算法、相关计算的并行算法、时变带通滤波的并行算法、时变脉冲反褶积的并行算法、预测反褶积的并行算法与时变带通滤波与反褶积的组合并行算法；中国海洋大学大学“国家大学生创新性实验计划”答辩材料3.①通过并行与串行运算效率的对比，分析GPU\CPU协同并行运算效率；②分析影响并行计算效率的主要环节，改进并行算法与程序，进一步提高GPU\CPU协同并行运算的效率。4.将研发的并行运算程序模块应用于实际地震资料的生产性处理，对比预测反褶积压制多次波的效率。技术路线项目创新性中国海洋大学大学“国家大学生创新性实验计划”答辩材料1.GPU在高性能科学计算中的应用，是最近几年刚刚兴起的，以GPU作为开发工具完成软件处理平台，国内外都属于科研前沿范畴。2.由于地球物理的复杂性和较高的软硬件要求，以GPU和地球物理相结合进行带有应用性软件平台开发的大学生创新计划在国内高校中尚属空白。项目进度与安排

分为文献查阅、实验路线设计、程序编写、效果分析与程序优化、实际数据处理、撰写论文或研究报告、结题和答辩、成果推广或论文发表一共9个阶段中国海洋大学大学“国家大学生创新性实验计划”答辩材料具体安排

文献查阅:

2011年08月--2011年09月实验路线设计:

2011年09月--2011年10月

资料获取和制定初步的实验方案。程序编写:

2011年10月--2012年02月

程序模模块的设计和编写，以及QT界面的搭建。效果分析与程序优化:

2012年02月--2012年04月

计算效率分析与程序优化研究。实际数据处理:

2012年04月--2012年05月将编写的程序模块应用到实际数据的处理中去

撰写论文或研究报告:

2012年05月--2012年06月结题和答辩:

2012年06月--2012年07月成果推广或论文发表:

2012年07月--2012年08月中国海洋大学大学“国家大学生创新性实验计划”答辩材料项目可行性中国海洋大学大学“国家大学生创新性实验计划”答辩材料1. 项目技术支撑本项目依托海洋地球科学学院地球探测软件技术实验室开展工作，该实验室已拥有PC集群、GPU集群、服务器集群、工作站等设备和MBP2.0软件系统如下：①PC集群设备由69个SunFireV20z节点和2个SunFireV40z节点（AMD处理器）构成。②GPU集群由5个曙光A620r-TGPU节点（AMD处理器）、5台W560i图形工作站、1台Force10C150交换机构成。③SunV880服务器集群由3台SunV880服务器构成。④SunUltra80工作站共计3台。⑤36英寸OYO热敏绘图仪。⑥磁盘阵列（6台总容量45T）。⑦包含有150余个组合功能模块的MBP2.0软件系统。中国海洋大学大学“国家大学生创新性实验计划”答辩材料2. 项目人员支撑(1).组员优势薛清峰：获得学习优秀二等奖学金，实践奖学金和优秀学生干部、优秀学生、优秀团员等称号有较强的沟通协调和组织能力。谭萍：连续两年获得国奖奖学金者，有着扎实的数学和专业基础知识。胡昊：丰富的编程经验，精通QT，以及GPU编程工具CUDA，其参赛作品入选英伟达公司的2011年的cuda大赛复赛。中国海洋大学大学“国家大学生创新性实验计划”答辩材料(2).指导老师

我们的指导老师姜秀萍老师在海洋地球科学学院地球探测软件技术实验室已经进行了多年的相关科研工作的经验，能够提供充分的理论指导和技术支持。中国海洋大学大学“国家大学生创新性实验计划”答辩材料项目进展情况中国海洋大学大学“国家大学生创新性实验计划”答辩材料本课题是中国海洋大学本科生研究发展计划（OUC-SRDP）重点项目GPU与CPU协同并行运算的地震资料滤波技术的进一步深化和拓展。在SRDP的近三个月的进展中，我们项目通过自己的努力和钻研，以超出我们计划的速度初步完成了一下成果：1.完成了八个算法模块单元的初步编写。2.利用QT完成了软件界面的的初步搭建3.利用我们自己的编写的程