Доклад посвящен представлению кандидатской диссертации, в которой разработан универсальный метод построения архитектурно-ориентированных вычислительных моделей. Метод обеспечивает многоуровневую адаптацию физико-математической постановки и численных схем к иерархической структуре параллелизма высокопроизводительных систем. Детальная реализация метода выполнена на примере трехмерного моделирования сейсмических волновых полей: разработан оригинальный комплекс параллельных алгоритмов для решения системы динамической теории упругости в двух постановках с оптимизациями конечно-разностных схем на сдвинутых сетках под многоядерные, многопроцессорные и гибридные архитектуры с GPU. Вычислительная эффективность программной реализации подтверждена анализом масштабируемости и результатами имитационного моделирования на конфигурациях до миллиона вычислительных ядер. С применением созданного инструментария выполнено моделирование сейсмических волновых полей в районе Эльбрусского вулканического центра, по результатам которого обоснована применимость вибросейсмического метода для диагностики состояния магматических очагов.

В докладе будет представлен разработанный метод расчета волновых сейсмических полей на основе комбинирования сеточных методов решения системы уравнений динамической теории упругости с методами машинного обучения для повышения эффективности и ускорения моделирования данных сейсмических наблюдений. Используется нейронная сеть NDM-net (Numerical dispersion mitigation neural network) для подавления численных ошибок в сейсмических данных, отвечающих двумерным и псевдо-трёхмерным моделям изотропной упругой среды. Разработана методика выбора оптимального набора положений источников для формирования обучающей выборки. Рассматривается применение разработанного алгоритма для сейсмического мониторинга захоронения CO2. При использовании NDM-net подавляется как численная дисперсия, так и численной ошибки при возмущении скоростной модели среды. При этом вычислительное время уменьшается более чем в 6 раз в двумерном случае и в 12 раз в трёхмерном.

В работе представлен архитектурно-ориентированный многоуровневый метод проектирования эффективных параллельных алгоритмов и программ для численного моделирования физических процессов. Метод объединяет комплексный анализ ресурсов параллелизма, архитектурно-зависимые стратегии оптимизации и имитационную оценку масштабируемости, обеспечивая системный подход к адаптации численных методов под современные архитектуры. Его апробация проведена на примере трёхмерного моделирования сейсмических волновых полей с разработкой программного комплекса, реализующего иерархическую схему распараллеливания, асинхронный обмен данными и оптимизированное использование вычислительных ресурсов CPU и GPU. Проведённые численные эксперименты подтвердили высокую производительность и масштабируемость предложенных решений. Разработанный комплекс применён для моделирования волновых полей в сейсмогеологических моделях Эльбрусского вулканического центра, продемонстрировав потенциал метода для исследования и мониторинга геофизических процессов.