Seiscope

Alizia TARAYOUN — 2023-10-18T09:12:23Z

Project overview:

SEISCOPE is a research project dedicated to the development and application of high-resolution imaging methods of the subsurface, at various scales, ranging from the near surface (a few meters deep) to the deep crust (several tens of kilometers). These methods are mainly based on the inversion of complete seismic waveforms (Full Waveform Inversion). The goal is to determine the mechanical properties of the studied medium (e.g. P and S wave velocity, density, anisotropic attenuation). The methodology used is based on an iterative inversion scheme where seismic wave propagation is modeled from an initial model. The comparison between the modeled signals and the observed seismic data allows the calculation of a cost function. The medium parameters are modified at each iteration in order to minimize it.

This research theme is at the interface of several disciplinary fields and requires expertise in geophysics, applied mathematics as well as high-performance computing (HPC).

Currently, SEISCOPE mainly develops two Fortran computing codes using two different physics formalisms of wave propagation, each being approached with a different numerical scheme. The first code, TOYxDAC_TIME, is a finite difference code based on a visco-acoustic formalism. The second code, SEM46, is a spectral finite element code allowing an acoustic, acoustic-visco-elastic or visco-elastic formalism. The two codes have respectively three and two levels of parallelization (MPI/MPI and OpenMP standards for TOYxDAC_TIME and MPI/MPI for SEM46) making it possible to solve 3D problems where several tens of millions of degrees of freedom are calculated. These codes run on local and national calculation platforms. In recent years, the volume of hours granted by GENCI (Grand Équipement National de Calcul Intensif) to the SEISCOPE project has represented on average 5 million scalar hours with an increasing trend.

Contacts:

Responsables du projet SEISCOPE :

Romain Brossier
Associate Professor at UGA
and
Ludovic Métivier
Research Director at CNRS, both leaders of the SEISCOPE project.

Alizia Tarayoun
UGA Research Engineer, Waves team, Geodata department, co-leader of the CaDo (Calculation and Data) group at ISTerre, member of COSTU (Scientific and Technical Users Committee) of GRICAD.

The professional expertise of the technical staff involved is:

– Parallel computing with distributed and shared memory
– Porting of codes to new architectures
– Version management system (git/gitlab)
– Programming language: Fortran / Python3 / Shell Bash + MPI / OpenMP

Hardware and software resources:

– the calculation resources of the ISTerre laboratory
– the calculation resources of the GRICAD mesocenter
– the calculation resources at national Tier-0 level via GENCI
– the cloud computing services and the gricad-gitlab forge of GRICAD

Project link

https://seiscope2.osug.fr/

Seiscope

Albanne LECOINTRE, Alizia TARAYOUN — 2023-10-12T10:23:22Z

English version

Présentation du projet :

SEISCOPE est un projet de recherche dédié au développement et l'application de méthodes d'imagerie haute résolution du sous-sol, à des échelles variées, pouvant aller de la proche surface (quelques mètres de profondeur) à la croûte profonde (plusieurs dizaines de kilomètres). Ces méthodes s'appuient principalement sur l'inversion des formes complètes d'ondes sismiques (Full Waveform Inversion). Le but in fine est de déterminer les propriétés mécaniques du milieu étudié (e.g. vitesses des ondes P et S, densité, atténuation anisotropie). La méthodologie utilisée est basée sur un schéma d'inversion itératif où l'on modélise la propagation d'onde sismique à partir d'un modèle initial du sous-sol. La comparaison entre les signaux modélisés et les données sismiques observées permet le calcul d'une fonction coût. Les paramètres du milieu sont modifiés à chaque itération en vu de minimiser celle-ci.

Cette thématique de recherche est à l'interface de plusieurs champs disciplinaires et demande de l'expertise en géophysique, en mathématiques appliquées ainsi qu'en calcul haute performance (HPC).

Actuellement, SEISCOPE développe principalement deux codes de calcul Fortran utilisant deux formalismes différents de physique de propagation des ondes, chacune étant abordée avec un schéma numérique différent. Le premier code, TOYxDAC_TIME, est un code en différences finies basé sur un formalisme visco-acoustique. Le second code, SEM46, est un code en élément finis spectraux permettant un formalisme acoustique, acoustique-visco-élastique ou visco-élastique. Les deux codes ont respectivement trois et deux niveaux de parallélisation (normes MPI/MPI et OpenMP pour TOYxDAC_TIME et MPI/MPI pour SEM46) permettant de résoudre des problèmes 3D où plusieurs dizaines de millions de degrés de liberté sont calculés. Ces codes tournent sur les plateformes de calcul locales et nationales. Ces dernières années, le volume des heures accordées par le GENCI (Grand Équipement National de Calcul Intensif) au projet SEISCOPE a représenté en moyenne 5 millions d'heures scalaires avec une tendance en croissance.

Contacts :

Responsables du projet SEISCOPE :

Romain Brossier
Maître de conférences UGA
et
Ludovic Métivier
Directeur de recherche CNRS

Alizia Tarayoun
Ingénieure de Recherche UGA, équipe Ondes, service Geodata, co-animatrice du groupe CaDo (Calcul et Données) d'ISTerre, membre du COSTU (Comité Scientifique et Technique des Utilisateurs) de GRICAD.

Les expertises métier des personnels techniques impliqués sont :

Calcul parallèle à mémoire distribuée et partagée
Portage de codes sur de nouvelles architectures
Système de gestion de version (git/gitlab)
Langage de programmation : Fortran / Python3 / Shell Bash + MPI / OpenMP

Les moyens matériels et logiciels :

les moyens de calcul du laboratoire ISTerre
les moyens de calcul du mésocentre GRICAD
les moyens de calcul au niveau national Tier-0 via GENCI
les services de cloud computing et de la forge gricad-gitlab de GRICAD

Lien du projet

https://seiscope2.osug.fr/

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ISTerre - Institut des Sciences de la Terre

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Contacts:

The professional expertise of the technical staff involved is:

Hardware and software resources:

Project link

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Présentation du projet :

Contacts :

Les expertises métier des personnels techniques impliqués sont :

Les moyens matériels et logiciels :

Lien du projet