High-frequency ground motion simulations pose a grand challenge in computational seismology. Two main factors drive this challenge. First, to account for higher frequencies, we have to extend our numerical models, e.g., by considering anelasticity, or by including mountain topography. Second, even if we were able to keep our models unchanged, simply doubling the frequency content of a seismic wave propagation solver requires a sixteen-fold increase in computational resources due to the used four-dimensional space-time domains. This work presents the Extreme Scale Discontinuous Galerkin Environment (EDGE) in the context of high-frequency ground motion simulations. Our presented enhancements cover the entire spectrum of the unstructured finite element solver. This includes the incorporation of anelasticity, the introduction of a next-generation clustered local time stepping scheme, and the introduction of a completely revised communication scheme. We close the modeling and simulation loop by presenting our new and rich preprocessing, which drives the high problem-awareness and numerical efficiency of the core solver. In summary, the presented work allows us to conduct large scale high-frequency ground motion simulations efficiently, routinely and conveniently. The soundness of our work is underlined by a set of high-frequency verification runs using a realistic setting. We conclude the presentation by studying EDGE's combined algorithmic and computational efficiency in a demanding setup of the 2014 Mw 5.1 La Habra earthquake. Our results are compelling and show an improved time-to-solution by over 10x while scaling strongly from 256 to 1,536 nodes of the Frontera supercomputer with a parallel efficiency of over 95%.


翻译:高频地面运动模拟在计算地震学上构成一个巨大的挑战。 有两个主要因素驱动这项挑战。 首先, 为计算高频率, 我们必须扩展我们的数字模型, 比如考虑无弹性, 或者包括山地地形。 其次, 即使我们能够保持模型不变, 仅仅将地震波传播软件的频率内容翻倍就要求由于使用四维空间时空域而使计算资源增加16倍。 这项工作在高频地面运动模拟中展示了极端规模不连续的 Galerkin 环境( EDGE ) 。 我们提出的增强措施涵盖了非结构化有限元素解析器的整个范围。 这包括纳入弹性, 引入下一代当地集束时间加速计划, 以及引入一个完全修改的通信计划。 我们通过展示我们新的和丰富的预处理, 推动核心解算器的高度问题理解和数字效率。 总之, 我们介绍的工作使我们能够在高频率地面运动中进行大规模高频级的升级, 定期和方便地进行超时程模拟, 我们的快速和快速的地震模拟, 以高超时空的频率来进行我们快速的变压的变压。

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