Eine portable HPC-Toolbox zur Simulation und Inversion von Wellenfeldern

Das Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung einer HPC-Toolbox, mit der akustische/elastische Wellen simuliert und invertiert werden können. Anwendungsgebiete liegen hier zunächst in der Geophysik, sind aber direkt auf die Ultraschallmedizin und andere Bereiche möglich. Die Simulation und Inversion der Ausbreitung von akustischen Wellen ist ein typisches Anwendungsfeld im Bereich des HPC. In der Regel wird es mit Hilfe von expliziten Finite-Differenzen (FD) Verfahren gelöst. In WAVE werden etablierte FDVerfahren weiterentwickelt und portiert. Dazu wird eine adaptive Diskretisierung eingeführt, die eine in komplexen Modellstrukturen notwendige höhere Abtastung und damit eine effizientere Simulation und Inversion realistischer Problemstellungen ermöglicht. Die unausgewogene Verteilung der Rechenlast wird durch Lastbalancierung ausgeglichen. Dabei wird die zunehmende Heterogenität zukünftiger HPC-Systeme berücksichtigt. Durch die geplante Erweiterung einer Bibliothek für numerische Algorithmen und Datenstrukturen entsteht eine freie HPC-Toolbox zur skalierbaren Wellensimulation und Inversion auf räumlich variablen Gittern, die sich einfach auf verschiedene Rechnerarchitekturen portieren lässt. Die praktische Erprobung der HPC-Toolbox erfolgt am Beispiel seismischer Explorationsmessdaten.