基于GPU的直流电阻法三维有限元数值模拟

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直流电阻率三维正演通过数值模拟获得三维地电模型中的电场分布,是三维反演和资料解释的基础。快速准确的电阻率三维数值模拟一直是直流电法勘探中的重要问题。   有限单元法能够适应于任意复杂的三维电性结构,在电阻率三维数值模拟中应用广泛。其主要问题是,对于大型细网格,最后形成的大型稀疏线性方程组的求解计算量巨大,非常费时,严重阻碍了电阻率三维资料的反演解释。利用逐次对称超松弛(SSOR)预处理共轭梯度法求解三维有限单元法形成的线性系统,计算速度提高很多,但是在处理大型精细网格时,计算效率依然不够。   并行计算是解决大量密集计算的有效途径。近年来,基于GPU的CUDA并行计算机体系获得了越来越多的关注。相对于传统的CPU并行架构,CUDA架构在浮点运算能力和内存带宽上都占有优势,开发语言是标准C语言的扩展,容易接受,同时还提供大量实用高效的库函数协助程序设计。这些特性让CUDA在面世后很快就得到了广泛应用,但应用于地球电磁三维数值模拟还非常少见。   本文针对大型电阻率三维有限元数值模拟问题,提出了基于SSOR预处理共轭梯度法解大型线性系统的并行方案,并在CUDA平台上实现。电阻率三维数值模拟并行计算结果表明,基于GPU的CUDA并行计算结果正确、算法高效,可获得10倍以上的加速比。
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