Iso-energy-efficiency: An approach to power-constrained parallel computation

Future large scale high performance supercomputer systems require high energy efficiency to achieve exaflops computational power and beyond. Despite the need to understand energy efficiency in high-performance systems, there are few techniques to evaluate energy efficiency at scale. In this paper, we propose a system-level iso-energy-efficiency model to analyze, evaluate and predict energy-performance of data intensive parallel applications with various execution patterns running on large scale power-aware clusters. Our analytical model can help users explore the effects of machine and application dependent characteristics on system energy efficiency and isolate efficient ways to scale system parameters (e.g. processor count, CPU power/frequency, workload size and network bandwidth) to balance energy use and performance. We derive our iso-energy-efficiency model and apply it to the NAS Parallel Benchmarks on two power-aware clusters. Our results indicate that the model accurately predicts total system energy consumption within 5% error on average for parallel applications with various execution and communication patterns. We demonstrate effective use of the model for various application contexts and in scalability decision-making

Wrangling environmental exposure data: guidance for getting the best information from your laboratory measurements.

BACKGROUND:Environmental health and exposure researchers can improve the quality and interpretation of their chemical measurement data, avoid spurious results, and improve analytical protocols for new chemicals by closely examining lab and field quality control (QC) data. Reporting QC data along with chemical measurements in biological and environmental samples allows readers to evaluate data quality and appropriate uses of the data (e.g., for comparison to other exposure studies, association with health outcomes, use in regulatory decision-making). However many studies do not adequately describe or interpret QC assessments in publications, leaving readers uncertain about the level of confidence in the reported data. One potential barrier to both QC implementation and reporting is that guidance on how to integrate and interpret QC assessments is often fragmented and difficult to find, with no centralized repository or summary. In addition, existing documents are typically written for regulatory scientists rather than environmental health researchers, who may have little or no experience in analytical chemistry. OBJECTIVES:We discuss approaches for implementing quality assurance/quality control (QA/QC) in environmental exposure measurement projects and describe our process for interpreting QC results and drawing conclusions about data validity. DISCUSSION:Our methods build upon existing guidance and years of practical experience collecting exposure data and analyzing it in collaboration with contract and university laboratories, as well as the Centers for Disease Control and Prevention. With real examples from our data, we demonstrate problems that would not have come to light had we not engaged with our QC data and incorporated field QC samples in our study design. Our approach focuses on descriptive analyses and data visualizations that have been compatible with diverse exposure studies with sample sizes ranging from tens to hundreds of samples. Future work could incorporate additional statistically grounded methods for larger datasets with more QC samples. CONCLUSIONS:This guidance, along with example table shells, graphics, and some sample R code, provides a useful set of tools for getting the best information from valuable environmental exposure datasets and enabling valid comparison and synthesis of exposure data across studies

Analysis of the efficiency of geomechanical model of mine working based on computational and field studies

Purpose is to substantiate the efficiency of geomechanical model of the mine working on the basis of qualitative and quantitative parameters of stress and strain state of the mine working and to compare the results of computational experiment both with the results obtained while designing mine working support and with the results of field studies under mine conditions. Methods. The studies consisted of three stages. Stage one involved development of the computational model and, using a finite-element method (ANSYS Software Package), and performance of computational experiment for mining and geological conditions of MM “Pokrovske”. Stage two involved field measurements in the mine working with the support pattern developed according to the results of first stage of the research. Characteristic points were selected to determined separate stress and deformation components of a geomechanical system. Stage three dealt with comparative analysis of both computational and field experiments to define the efficiency of the selected computational model and the engineering solutions. Findings. The substantiated physical and mathematical model as well as geometry of computational region of the geomechanical system have made is possible to determine to a high precision stress and strain state of all the components of mine working support and neighbouring rock mass. Analysis of changes in mine working border, while calculating and full-scale measuring, has demonstrated high accuracy degree in description of deformation processes within the rock mass. Qualitative changes in stresses within the selected anchors, in the process of the stope plane movement, correspond in their appearance to the curves of graphs obtained as a result of calculations. Originality. For the first time, complex multicriteria approach has been proposed and applied to determine efficiency of the selected support scheme based on the measurements of mine working border displacement and internal effects of the support components; the approach makes it possible to evaluate adequacy of the selected computational scheme while predicting changes in the geomechanical system state. Practical implications. The developed innovative methodology to prove the efficiency of selecting optimal system for mine working support helps reduce design costs and cut production expenses while mounting and operating the support from a holistic perspective. Validation of the fact that calculated results of stress and strain state of a geomechanical system correspond to the data of field measurements in terms of various stress and deformation criteria provides the possibility of the computational model interpolation with respect to the mine workings driven and designed under similar mining and geological conditions.Мета. Обґрунтування ефективності геомеханічної моделі виїмкової виробки на основі порівняння якісних і кількісних параметрів напружено-деформованого стану виїмкової виробки за результатами розрахунку обчислювального експерименту з отриманими на етапі проектування кріплення виробки й натурними дослідженнями в шахтних умовах. Методика. Дослідження проводилися в три етапи. На першому етапі розроблялася розрахункова модель і за допомогою методу скінченних елементів (програмний пакет ANSYS) проводився обчислювальний експеримент для гірничо-геологічних умов шахтоуправління «Покровське». На другому етапі виконані натурні заміри у виробці зі схемою кріплення, визначеною за результатами першого етапу досліджень. Були обрані характерні точки, в яких визначалися окремі компоненти напружень або деформацій геомеханічної системи. Третій етап полягав у проведенні порівняльного аналізу даних обчислювального й натурного експерименту з метою визначення ефективності обраної розрахункової моделі й прийнятих технологічних рішень. Результати. Обґрунтовані фізико-математична модель та геометрія розрахункової області геомеханічної системи дозволили з високою точністю визначити напружено-деформований стан усіх елементів кріплення виробки й приконтурного породного масиву. Аналіз зміни контуру виробки при розрахунках і натурних вимірах показав високий ступінь точності описання деформаційних процесів, що протікають у породному масиві. Якісні зміни напружень в обраних анкерах при русі площини очисного вибою відповідають за видом кривим графіків, отриманих у результаті розрахунків. Наукова новизна. Вперше запропоновано та використано комплексний багатокритеріальний підхід для визначення ефективності обраної схеми кріплення, заснований на вимірах переміщень контуру виробки і внутрішніх зусиль елементів кріплення, що дозволяє оцінити адекватність обраної обчислювальної схеми при прогнозуванні зміни стану геомеханічної системи. Практична значимість. Розроблена нова методика підтвердження ефективності вибору оптимальної системи підтримання виїмкової виробки дозволяє комплексно скоротити затрати на проведення проектних заходів та зменшити витрати виробництва при установці й експлуатації кріплення. Підтвердження відповідності результатів розрахунків напружено-деформованого стану геомеханічної системи і даних натурних замірів за різними критеріями напружень та деформацій забезпечує можливість інтерполяції обчислювальної моделі для пройдених виробок і виробок, що проектуються, у схожих гірничо-геологічних умовах.Цель. Обоснование эффективности геомеханической модели выемочной выработки на основании сравнения качественных и количественных параметров напряженно-деформированного состояния выемочной выработки по результатам расчета вычислительного эксперимента с полученными на этапе проектирования крепи выработки и натурными исследованиями в шахтных условиях. Методика. Исследования проводились в три этапа. На первом этапе разрабатывалась расчетная модель и при помощи метода конечных элементов (программный пакет ANSYS) проводился вычислительный эксперимент для горно-геологических условий шахтоуправления «Покровское». На втором этапе выполнены натурные замеры в выработке со схемой крепления, определенной по результатам первого этапа исследований. Были избраны характерные точки, в которых определялись отдельные компоненты напряжений или деформаций геомеханической системы. Третий этап заключался в проведении сравнительного анализа данных вычислительного и натурного эксперимента с целью определения эффективности выбранной расчетной модели и принятых технологических решений. Результаты. Обоснованные физико-математическая модель и геометрия расчетной области геомеханической системы позволили с высокой точностью определить напряженно-деформированное состояние всех элементов крепи выработки и приконтурного породного массива. Анализ изменения контура выработки при расчетах и натурных замерах показал высокую степень точности описания деформационных процессов, протекающих в породном массиве. Качественные изменения напряжений в выбранных анкерах при движении плоскости очистного забоя соответствуют по виду кривым графиков, полученных в результате расчетов. Научная новизна. Впервые предложен и использован комплексный многокритериальный подход для определения эффективности выбранной схемы крепления, основанный на замерах перемещений контура выработки и внутренних усилий элементов крепления, позволяющий оценить адекватность выбранной вычислительной схемы при прогнозировании изменения состояния геомеханической системы. Практическая значимость. Разработанная новая методика подтверждения эффективности выбора оптимальной системы поддержания выемочной выработки позволяет комплексно сократить затраты на проведение проектных мероприятий и уменьшить издержки производства при установке и эксплуатации крепи. Подтверждение соответствия результатов расчетов напряженно-деформированного состояния геомеханической системы и данных натурных замеров по различным критериям напряжений и деформаций обеспечивает возможность интерполяции вычислительной модели для пройденных и проектируемых выработок в схожих горно-геологических условиях.The author wishes to thank the mine owner, Krasnoarmiiska-Zakhidna No. 1 (MM “Pokrovske”), engineers and technicians for assistance in experimental works and providing the necessary data