李展辉，曹学峰，朱自强

(1.自然资源部 航空地球物理与遥感地质重点实验室，北京 100083；2.中国自然资源航空物探遥感中心，北京 100083)

1 引 言

探地雷达(Ground Penetrating Radar, GPR)是一种在工程勘察、地质调查、路基检测等多领域有广泛应用的浅层电磁探测方法[1-6]。探地雷达最主要的数据成像方法是偏移成像技术。随着科技的不断发展以及任务需求的不断精细化，偏移成像已经从最初的相移偏移成像、克希霍夫偏移成像、波动方程偏移成像，发展到了现今的三维逆时偏移成像，甚至是三维全波形反演。不论是逆时偏移成像还是全波形反演，对三维正演的需求都非常大[7-10]。此外，探地雷达的正演模拟亦能直观反应典型目标体的回波响应特征，对于目标体的形态、位置等基本属性分析具有重要意义[11]。为满足繁重的三维正演计算任务，最常用的方法是采用时域有限差分(Finite Difference Time Domain, FDTD)结合MPI、OpenMP等加速技术，充分利用现今计算机集群的并行计算能力结合FDTD良好的并行性质，开展快速的三维正演计算。尤其是基于图形处理器(Graphics Processing Unit, GPU)的CUDA加速的算法已经被广泛采用[12-15]。其主要原因是在同等价格、功耗条件下，GPU的浮点计算性能已经远超过CPU的浮点计算性能。以消费级GPU和CPU对比为例，NVIDIA公司的RTX 2080Ti显卡单精度计算能力约为13.5 TFOLPS，而当前同价位单精度计算能力最强的CPU，AMD Threadripper 3960X，其单精度计算能力仅为3.1 TFLOPS左右，不足RTX 2080Ti的1/4。此外，当今世界上许多顶级超级计算机，比如美国的Summit和Sierra，浮点计算力也主要由GPU提供。不过，GPU虽然能提供的算力远高于CPU，但是其可用显存是极为有限的，RTX 2080Ti的显存仅为12 GB，而Threadripper 3960X最高可支持到256 GB内存。……