SBIR Phase I: FPGA-accelerated 3-D Waveform Inversion For Geophysical Exploration

SBIR 第一阶段:用于地球物理勘探的 FPGA 加速 3D 波形反演

基本信息

  • 批准号:
    1042250
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 15万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2011
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2011-01-01 至 2011-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This Small Business Innovation Research Phase I project will investigate the feasibility of ahigh-performance FPGA implementation of full 3-D seismic Waveform Inversion (WFI), themost advanced and resource-demanding seismic imaging application used today in the oil and gasindustry. The objective of WFI is to estimate a model of the Earth?s subsurface that minimizesthe difference between recorded data and synthetic simulated data derived from an iterativelyadjusted Earth model. The computational kernel of WFI is the 3-D wave equation in aheterogeneous medium. This equation is solved repeatedly in a gradient optimization processyielding highly accurate seismic images. The deliverable of the Phase I project will be a novelField Programmable Gate Array (FPGA) implementation of an especially optimized WFI kernelin the form of a socket compliant special-purpose device. In a continuation Phase II project, thePhase I deliverable will be evolved into a prototype full-fledged implementation of WFI,delivering order-of-magnitudes improvements in performance over conventional softwareimplementations on traditional hardware. As microprocessors reach the limits of attainable clockfrequencies and power consumption, there is a growing need in the oil and gas industry to gobeyond conventional computer software/hardware solutions. The proposed project addresses thisneed.The broader impact/commercial potential of this project is to usher in a new era of low impact,low energy, and much higher-performance computing in the oil and gas industry. FPGAcomputing is likely to become a disruptive technology for geophysical exploration, allowingunprecedented improvements in capability and performance. With the proposed technology, 3-Dseismic data will be processed faster, and used more effectively to characterize and delineate oiland gas reservoirs in extremely complicated geological settings. Furthermore, the proposedtechnology will enable WFI in production settings. The urgent need for this new capability ishighlighted by domestic and foreign oil companies' recent announcements that their maintechnological focus and critical requirements are for increasingly challenging environments. Inthis context, the accurate, higher resolution, and faster seismic imaging enabled by FPGAs willhave economic impact by: (1) improving the odds of finding new deposits of oil and gas, (2)reducing extraction and development costs by providing higher imaging accuracy, (3) increasingthe amount of hydrocarbons recovered, augmenting the national oil and gas reserves, reducingdependence on foreign oil, and benefiting the U.S. economy.
这个小型企业创新研究阶段I项目将调查整个3-D地震波形反演(WFI),Themost先进和基于资源的地震成像应用的可行性。 WFI的目的是估计地球地下的模型,该模型在记录的数据与源自迭代化的地球模型中得出的合成模拟数据之间的差异很小。 WFI的计算内核是AHEperen媒介物中的3-D波方程。在高度准确的地震图像的梯度优化过程中反复求解该方程。第一阶段项目的可交付能力将是Novelfield的可编程门阵列(FPGA)实现了特别优化的WFI kernelin符合插座的特殊用途设备的形式。在连续的II阶段项目中,Iphase I交付的可交付方式将演变为原型WFI的原型实现,从而在传统硬件上的常规软件简化方面提供了绩效的改进。随着微处理器达到可达到的时钟频率和功耗的限制,石油和天然气行业的需求越来越多,需要传统的计算机软件/硬件解决方案。拟议的项目解决了这一款项。该项目的更广泛的影响/商业潜力是在石油和天然气行业中迎来低影响,低能和更高绩效计算的新时代。 FPGACOMPUTING可能会成为地球物理探索的破坏性技术,从而可以改善能力和性能。借助提出的技术,将更快地处理3-Dseismic数据,并在极其复杂的地质环境中更有效地用来表征和描述油和天然气储藏。此外,拟议技术将在生产环境中实现WFI。国内和外国石油公司最近的公告表明,对这种新能力的迫切需求表示,其维护技术的重点和关键要求是越来越具有挑战性的环境。在这一背景下,FPGA启用的准确,更高的分辨率和更快的地震成像将通过以下方式产生经济影响:(1)提高寻找石油和天然气的新矿床的几率,(2)通过提供更高的成像准确性来降低提取和开发成本,通过提供更高的成像准确性,(3)增加氢化机油的机油和加油量的增强油油,并促进了全国性的机油,并改善了加油业务。

项目成果

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