1 BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Mulai

BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Mulai abad ke-20 berbagai penelitian numerik untuk simulasi penjalaran
gelombang seismik dilakukan setelah dapat diaplikasikannya persamaan
elastodinamik pada metode numeris. Berbagai metode numerik dilakukan untuk
melakukan simulasi tersebut termasuk metode finite difference. Dasar dari metode
numerik finite difference dimulai dari metode yang digunakan oleh Courant et al
(1928) untuk menyelesaikan masalah fisika matematis. Periode Perang Dunia ke-2
merupakan masa dimana metode finite difference mulai banyak digunakan. Suatu
persamaan dapat diselesaikan dengan adanya perangkat komputer seperti pada
O’Brien dkk (1951). Metode finite difference yang dapat menyelesaikan persamaan
gelombang elastik dalam bentuk grid persegi dan untuk meminimalkan dispersi
numerik pada perhitungan, metode finite difference berkembang menjadi finite
difference staggered-grid (Yee, 1966).
Dua permasalahan utama yang muncul pada saat menggunakan metode
finite difference staggered-grid antara lain penentuan syarat batas pada free-surface
(Virieux, 1986) untuk memodelkan penjalaran gelombang pada permukaan dan
pemodelan pada bentuk geometri yang lebih kompleks. Bentuk geometri yang lebih
kompleks dapat diatasi dengan membuat ukuran model yang lebih besar, namun
waktu perhitungan akan meningkat seiring dengan meningkatnya ukuran model.
Pada tahun 2006, perusahaan perangkat keras kartu grafis NVIDIA©,
memanfaatkan arsitektur Graphics Processing Unit (GPU) yang terdiri atas
sejumlah multiprocessor pengolah data grafis untuk dapat digunakan dalam
pengolahan data non-grafis dengan merilis CUDA (Compute Unified Device
Architecture). CUDA merupakan perangkat untuk mempermudah utilisasi GPU
dimana penggunaannya dengan bahasa ekstensi seperti C++ (CUDA C++). GPU
yang dapat menghitung data dalam jumlah besar secara paralel membutuhkan
waktu lebih cepat daripada CPU (Central Processing Unit) yang mengolah secara
1
2
seri. CUDA C++ oleh Dinendra (2013) dapat melakukan percepatan pada
perhitungan matriks 2 dimensi berukuran 4000x4000 hingga 120 kali lebih cepat.
Studi sebelumnya oleh Komatitsch dkk (2010) menunjukkan peningkatan
kecepatan hitung program (speedup) relatif hingga 60 kali untuk memodelkan
penjalaran gelombang elastik pada medium 3 dimensi dan lapisan penyerap CPML
(Convolutional Perfectly Matched Layer) menggunakan perangkat cluster (multiCPU dan multi-GPU).
1.2. Perumusan Masalah
Studi kali ini dilakukan dengan cara konversi program Fortran yang sudah
disusun oleh Dimitri Komatitsch yang terintegrasi openMP (Open Multi
Processing) dan MPI (Message Passing Interface) ke dalam bahasa C++ yang
terintegrasi CUDA (Compute Unified Device Architecture) C++. Keluaran simulasi
dari program hasil konversi kemudian dibandingkan dengan hasil dari Komatitsch
et al (2007) untuk mengetahui tingkat akurasi program dalam melakukan simulasi
penjalaran gelombang elastik pada medium 3 dimensi.
Kinerja komputasi paralel GPU dengan CUDA belum teruji untuk simulasi
penjalaran gelombang seismik pada medium elastik tiga dimensi. Perlu dilakukan
analisis kerja mengenai hal tersebut sehingga akan tampak relevansi hasil
komputasi GPU dengan komputasi CPU. Selain itu juga akan dilakukan analisa
mengenai peningkatan kecepatan hitung yang didapatkan dari komputasi GPU.
1.3. Tujuan Penelitian
1.
Melakukan konversi program penjalaran gelombang seismik 3 dimensi dalam
bahasa Fortran 90 ke dalam bahasa pemrograman C++.
2.
Melakukan integrasi komputasi paralel pada program hasil konversi dengan
implementasi CUDA C++ pada program.
3.
Melakukan analisa pada perbandingan program CPU dan GPU.
4.
Melakukan simulasi akuisisi data seismik refleksi 3D pada program.
3
1.4. Manfaat Penelitian
1.
Program dapat digunakan sebagai sarana pendukung pembelajaran untuk
mempelajari metode seismik refleksi dan refraksi dalam medium heterogen.
2.
Program dapat membuat data sintetik hasil simulasi seismik 3D yang
selanjutnya dapat digunakan untuk sarana pembelajaran pengolahan data
seismik seperti data shot-gather.