Portable task-based programming for Seismic Imaging

International audienceTask-based programming with the PaRSEC runtime system applied to Seismic Imagin

Contributions à la modélisation mathématique et à l'algorithmique parallèle pour l'optimisation d'un propagateur d'ondes élastiques en milieu anisotrope

Collaboration Inria-TotalThe most common method of Seismic Imaging is the RTM (Reverse Time Migration) which depends on wave propagation simulations in the subsurface. We focused on a 3D elastic wave propagator in anisotropic media, more precisely TTI (Tilted Transverse Isotropic). We directly worked in the Total code DIVA (Depth Imaging Velocity Analysis) which is based on a discretization by the Discontinuous Galerkin method and the Leap-Frog scheme, and developed for intensive parallel computing – HPC (High Performance Computing). We choose to especially target two contributions. Although they required very different skills, they share the same goal: to reduce the computational cost of the simulation. On one hand, classical boundary conditions like PML (Perfectly Matched Layers) are unstable in TTI media. We have proposed a formulation of a stable ABC (Absorbing Boundary Condition) in anisotropic media. The technique is based on slowness curve properties, giving to our approach an original side. On the other hand, the initial parallelism, which is based on a domain decomposition and communications by message passing through the MPI library, leads to load-imbalance and so poor parallel efficiency. We have fixed this issue by replacing the paradigm for parallelism by the use of task-based programming through runtime system.This PhD thesis have been done in the framework of the research action DIP (Depth Imaging Partnership) between the Total oil company and Inria.La méthode d’imagerie la plus répandue dans l’industrie pétrolière est la RTM (Reverse Time Migration) qui repose sur la simulation de la propagation des ondes dans le sous-sol. Nous nous sommes concentrés sur un propagateur d'ondes élastiques 3D en milieu anisotrope de type TTI (Tilted Transverse Isotropic). Nous avons directement travaillé dans le code de recherche de Total DIVA (Depth Imaging Velocity Analysis), basé sur une discrétisation par la méthode de Galerkin Discontinue et le schéma Leap-Frog, et développé pour le calcul parallèle intensif – HPC (High Performance Computing). Nous avons ciblé plus particulièrement deux contributions possibles qui, si elles supposent des compétences très différentes, ont la même finalité : réduire les coûts de calculs requis pour la simulation. D'une part, les conditions aux limites classiques de type PML (Perfectly Matched Layers) ne sont pas stables dans des milieux TTI. Nous avons proposé de formuler une CLA (Conditions aux Limites Absorbantes) stable dans des milieux anisotropes. La méthode de construction repose sur les propriétés des courbes de lenteur, ce qui donne à notre approche un caractère original. D'autre part, le parallélisme initial, basé sur une décomposition de domaine et des communications par passage de messages à l'aide de la bibliothèque MPI, conduit à un déséquilibrage de charge qui détériore son efficacité parallèle. Nous avons corrigé cela en remplaçant le paradigme parallélisme par l'utilisation de la programmation à base de tâches sur support d'exécution.Cette thèse a été réalisée dans le cadre de l'action de recherche DIP (Depth Imaging Partnership) qui lie la compagnie pétrolière Total et Inria

Absorbing Boundary Conditions for anisotropic elastic waves

lauréat meilleur poster par Springer / best poster award by SpringerInternational audienceAbsorbing Boundary Conditions (ABC) stable in Tilted Transverse Isotropic (TTI) elastic media, geophysic

Combining recent HPC techniques for 3D geophysics acceleration

International audienceReverse Time Migration technique produces underground images using wave propagation. A discretization based on the Discontinuous Galerkin Method unleashes a massively parallel elastodynamics simulation, an interesting feature for current and future architectures. In this work, we propose to combine two recent HPC techniques to achieve a high level of efficiency: the use of runtimes (StarPU and PaRSEC) to easily exploit the hardware capabilitites, and the intergration of accelerators (Intel Xeon Phi). Preliminary results are presented

Task-based programming for Seismic Imaging: Preliminary Results

International audienceThe level of hardware complexity of current supercomputers is forcing the High Performance Computing (HPC) community to reconsider parallel programming paradigms and standards. The high-level of hardware abstraction provided by task-based paradigms make them excellent candidates for writing portable codes that can consistently deliver high performance across a wide range of platforms. While this paradigm has proved efficient for achieving such goals for dense and sparse linear solvers, it is yet to be demonstrated that industrial parallel codes relying on the classical Message Passing Interface (MPI) standard and that accumulate dozens of years of expertise (and countless lines of code) may be revisited to turn them into efficient task-based programs. In this paper, we study the applicability of task-based programming in the case of a Reverse Time Migration (RTM) application for Seismic Imaging. The initial MPI-based application is turned into a task-based code executed on top of the PaRSEC runtime system. Preliminary results show that the approach is competitive with (and even potentially superior to) the original MPI code on an homogenous multicore node and can exploit much more efficiently complex hardware such as a cache coherent Non Uniform Memory Access (ccNUMA) node or an Intel Xeon Phi accelerator

Vers une intégration de l’interaction oculaire sur les stations d’interprétation sismique.

L’interprétation sismique consiste à extraire des surfacesclés de données tri-dimensionnelles de très grande taille dela croûte terrestre. L’extraction automatique de ces surfacesest complétée par une édition manuelle, étape longue,fastidieuse, répétitive, et très coûteuse en temps de calcul.Le système d’interprétation sismique Sismage-CIG™,développé par TOTAL, propose donc une architecture déportantla charge du traitement et de l’affichage sur unserveur dédié; les géologues experts travaillant sur des stationsconnectées, dotées de deux écrans 30 pouces. Cetteconfiguration, associée à la complexité de Sismage-CIG,pose un réel challenge d’ergonomie, tant pour la sélectionque pour la navigation. Dans cet article, nous exploronsla viabilité de l’oculométrie comme modalité d’interactionvenant soutenir le travail des géologues, en adressant lesverrous techniques posés par la configuration particulièrede Sismage-CIG

Contributions to the mathematical modeling and to the parallel algorithmic for the optimization of an elastic wave propagator in anisotropic media

La méthode d’imagerie la plus répandue dans l’industrie pétrolière est la RTM (Reverse Time Migration) qui repose sur la simulation de la propagation des ondes dans le sous-sol. Nous nous sommes concentrés sur un propagateur d'ondes élastiques 3D en milieu anisotrope de type TTI (Tilted Transverse Isotropic). Nous avons directement travaillé dans le code de recherche de Total DIVA (Depth Imaging Velocity Analysis), basé sur une discrétisation par la méthode de Galerkin Discontinue et le schéma Leap-Frog, et développé pour le calcul parallèle intensif – HPC (High Performance Computing). Nous avons ciblé plus particulièrement deux contributions possibles qui, si elles supposent des compétences très différentes, ont la même finalité : réduire les coûts de calculs requis pour la simulation. D'une part, les conditions aux limites classiques de type PML (Perfectly Matched Layers) ne sont pas stables dans des milieux TTI. Nous avons proposé de formuler une CLA (Conditions aux Limites Absorbantes) stable dans des milieux anisotropes. La méthode de construction repose sur les propriétés des courbes de lenteur, ce qui donne à notre approche un caractère original. D'autre part, le parallélisme initial, basé sur une décomposition de domaine et des communications par passage de messages à l'aide de la bibliothèque MPI, conduit à un déséquilibrage de charge qui détériore son efficacité parallèle. Nous avons corrigé cela en remplaçant le paradigme parallélisme par l'utilisation de la programmation à base de tâches sur support d'exécution. Cette thèse a été réalisée dans le cadre de l'action de recherche DIP (Depth Imaging Partnership) qui lie la compagnie pétrolière Total et Inria.The most common method of Seismic Imaging is the RTM (Reverse Time Migration) which depends on wave propagation simulations in the subsurface. We focused on a 3D elastic wave propagator in anisotropic media, more precisely TTI (Tilted Transverse Isotropic). We directly worked in the Total code DIVA (Depth Imaging Velocity Analysis) which is based on a discretization by the Discontinuous Galerkin method and the Leap-Frog scheme, and developed for intensive parallel computing – HPC (High Performance Computing). We choose to especially target two contributions. Although they required very different skills, they share the same goal: to reduce the computational cost of the simulation. On one hand, classical boundary conditions like PML (Perfectly Matched Layers) are unstable in TTI media. We have proposed a formulation of a stable ABC (Absorbing Boundary Condition) in anisotropic media. The technique is based on slowness curve properties, giving to our approach an original side. On the other hand, the initial parallelism, which is based on a domain decomposition and communications by message passing through the MPI library, leads to load-imbalance and so poor parallel efficiency. We have fixed this issue by replacing the paradigm for parallelism by the use of task-based programming through runtime system. This PhD thesis have been done in the framework of the research action DIP (Depth Imaging Partnership) between the Total oil company and Inria

Graphics Processing Units (GPU) acceleration on acoustic 3D simulations

International audienceGraphics Processing Units (GPU) feedback on acoustic 3D code, more precisely with a sparse inverse matrix kernel in CUD

Combining recent HPC techniques for 3D geophysics acceleration

International audienceReverse Time Migration technique produces underground images using wave propagation. A discretization based on the Discontinuous Galerkin Method unleashes a massively parallel elastodynamics simulation, an interesting feature for current and future architectures. In this work, we propose to combine two recent HPC techniques to achieve a high level of efficiency: the use of runtimes (StarPU and PaRSEC) to easily exploit the hardware capabilitites, and the intergration of accelerators (Intel Xeon Phi). Preliminary results are presented