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High-performant and easy-to-use solutions for complex parallel problems
Programa Oficial de Doutoramento en Investigación en Tecnoloxías da Información. 5023V01[Abstract]: In the multicore architectures and distributed systems available today, exploitingapplication parallelism has become a necessity to achieve high-performance levels.Being able to take advantage of all the resources of these systems through parallelprogramming is not trivial, and commonly requires great eort on the part ofthe programmer and a high level of knowledge of the technology and systems used.Although there is multiple research in the eld of parallel application development,many of the current solutions have signicant limitations in terms of their applicability,performance and/or usability. This Thesis introduces new tools to support thedevelopment of parallel applications in the form of software libraries with the aim ofreducing their development and maintenance costs. These tools provide ecient solutionsto complex problems, internally making use of advanced parallel techniquesto achieve high performance, while remaining user-friendly. The rst two proposalsare parallel skeleton libraries that aim to solve divide-and-conquer problems, especiallythose with large imbalances and high levels of recursion. The rst does itfor shared memory systems, while the second does it for hybrid distributed-sharedmemory systems. Finally, a new thread-level speculative parallelization model andits implementation in a library are presented. This strategy makes use of speculativeparallel execution techniques to allow the parallelization of almost any loop,even those with dependencies that are initially dicult to parallelize, with hardlyany modications to the original code. The language used for the implementationsis C++. This widely used language provides an excellent performance level while allowing general programming through templates and other abstractions, which areperfect for developing advanced libraries with great applicability.[Resumen]: En las arquitecturas multinúcleo y sistemas distribuidos disponibles en la actualidad,explotar el paralelismo de las aplicaciones es necesario para alcanzar altos niveles de rendimiento. Lograr aprovechar todos los recursos de estos sistemas mediante la programación paralela no es algo trivial, y comúnmente se requiere un gran esfuerzo por parte del programador y un alto conocimiento de la tecnología y de los sistemas utilizados. A pesar de que existen múltiples investigaciones en el campo de desarrollo de aplicaciones paralelas, muchas de las soluciones actuales tienen limitaciones significativas en cuanto a su aplicabilidad, rendimiento y/o usabilidad. En esta Tesis se presentan nuevas herramientas de soporte al desarrollo de aplicaciones paralelas en forma de librerías de software con el objetivo de reducir así sus costes de desarrollo y mantenimiento. Estas herramientas proporcionan soluciones eficientes a problemas complejos, haciendo uso internamente de avanzadas técnicas paralelas para alcanzar altos rendimientos, mientras se mantiene de fácil uso para el usuario.Las dos primeras propuestas son librerías paralelas basadas en esqueletos que tienen como objetivo resolver problemas de divide y vencerás, especialmente aquellos desbalanceados y con altos niveles de recursividad. La primera lo hace para sistemas de memoria compartida, mientras que la segunda lo hace para sistemas híbridos de memoria distribuida-compartida. Finalmente, se presenta un nuevo modelo de paralelización especulativa a nivel de hilos y su implementación en una librería. Esta estrategia hace uso de técnicas de ejecución paralela especulativa para permitir la paralelización de casi cualquier bucle, incluso aquellos con dependencias que los hacen inicialmente difíciles de paralelizar, sin apenas necesitar realizar modificaciones en el código original. El lenguaje empleado para las implementaciones es C++, pues es un lenguaje ampliamente utilizado que proporciona un muy buen nivel de rendimiento,al mismo tiempo que permite programación genérica mediante plantillas y otras abstracciones, las cuales son perfectas para el desarrollo de librerías avanzadas de gran aplicabilidad.[Resumo]: Nas arquitecturas multinúcleo e sistemas distribuídos dispoñibles na actualidade,explotar o paralelismo das aplicacións é necesario para alcanzar altos niveis de rendemento. Poder aproveitar todos os recursos destes sistemas a través da programación paralela non é nada trivial, e normalmente require un gran esforzo por partedo programador e un alto nivel de coñecemento da tecnoloxía e dos sistemas empregados.Aínda que existen múltiples investigacións no campo do desenvolvementode aplicacións paralelas, moitas das solucións actuais teñen limitacións significativas en canto a súa aplicabilidade, rendemento e/ou usabilidade. Esta Tese presentanovas ferramentas para apoiar o desenvolvemento de aplicacións paralelas en formade librarías de software co obxectivo de reducir os seus custos de desenvolvemento emantemento. Estas ferramentas proporcionan solucións eficientes a problemas complexos,facendo uso internamente de técnicas paralelas avanzadas para alcanzar altos rendementos, mantendo un uso amigable para o usuario. As dúas primeiras propostas son librerías paralelas baseadas en esqueletos que teñen como obxectivo resolver problemas de divide e vencerás, especialmente aqueles desbalanceados e con altos niveis de recursividade. A primeira faino para sistemas de memoria compartida, mentresque a segunda faino para sistemas híbridos de memoria distribuída-compartida.Finalmente, preséntase un novo modelo de paralelización especulativa a nivel de fíos xunto coa súa implementación nunha librería. Esta estratexia fai uso de técnicas deexecución paralela especulativa para permitir a paralelización de case calquera bucle,incluso aqueles con dependencias que os fan inicialmente difíciles de paralelizar, sen apenas necesitar de modificacións no código orixinal. A linguaxe empregada paraas implementacións é C++, pois trátase dunha linguaxe amplamente utilizada que proporciona un moi bo nivel de rendemento, ao tempo que permite programación xenérica mediante modelos e outras abstraccións, perfectos para o desenvolvemento de librarías avanzadas de gran aplicabilidade
A Highly Optimized Skeleton for Unbalanced and Deep Divide-And-Conquer Algorithms on Multi-Core Clusters
Financiado para publicación en acceso aberto: Universidade da Coruña/CISUG [Abstract] Efficiently implementing the divide-and-conquer pattern of parallelism in distributed memory systems is very relevant, given its ubiquity, and difficult, given its recursive nature and the need to exchange tasks and data among the processors. This task is noticeably further complicated in the presence of multi-core systems, where hybrid parallelism must be exploited to attain the best performance, and when unbalanced and deep workloads are considered, as additional measures must be taken to load balance and avoid deep recursion problems. In this manuscript a parallel skeleton that fulfills all these requirements while providing high levels of usability is presented. In fact, the evaluation shows that our proposal is on average 415.32% faster than MPI codes and 229.18% faster than MPI + OpenMP benchmarks, while offering an average improvement in the programmability metrics of 131.04% over MPI alternatives and 155.18% over MPI + OpenMP solutions.This research was supported by the Ministry of Science and Innovation of Spain (PID2019-104184RB-I00 and PID2019-104834GB-I00, AEI/FEDER/EU, 10.13039/501100011033) and the predoctoral Grant of Millán Álvarez Ref. BES-2017-081320), and by the Xunta de Galicia co-founded by the European Regional Development Fund (ERDF) under the Consolidation Programme of Competitive Reference Groups (ED431C 2018/19 and ED431C 2021/30). We acknowledge also the support from the Centro Singular de Investigación de Galicia “CITIC” and the Centro Singular de Investigación en Tecnoloxías Intelixentes “CiTIUS”, funded by Xunta de Galicia and the European Union (European Regional Development Fund- Galicia 2014-2020 Program), by Grants ED431G 2019/01 and ED431G 2019/04. We also acknowledge the Centro de Supercomputación de Galicia (CESGA). Open Access funding provided thanks to the CRUE-CSIC agreement with Springer NatureXunta de Galicia; ED431C 2018/19Xunta de Galicia; ED431C 2021/30Xunta de Galicia; ED431G 2019/01Xunta de Galicia; ED431G 2019/0
A new thread-level speculative automatic parallelization model and library based on duplicate code execution
Funding for open access charge: Universidade da Coruña/CISUGLoop-efficient automatic parallelization has become increasingly relevant due to the growing number of cores in current processors and the programming effort needed to parallelize codes in these systems efficiently. However, automatic tools fail to extract all the available parallelism in irregular loops with indirections, race conditions or potential data dependency violations, among many other possible causes. One of the successful ways to automatically parallelize these loops is the use of speculative parallelization techniques. This paper presents a new model and the corresponding C++ library that supports the speculative automatic parallelization of loops in shared memory systems, seeking competitive performance and scalability while keeping user effort to a minimum. The primary speculative strategy consists of redundantly executing chunks of loop iterations in a duplicate fashion. Namely, each chunk is executed speculatively in parallel to obtain results as soon as possible and sequentially in a different thread to validate the speculative results. The implementation uses C++11 threads and it makes intensive use of templates and advanced multithreading techniques. An evaluation based on various benchmarks confirms that our proposal provides a competitive level of performance and scalability.Open Access funding provided thanks to the CRUE-CSIC agreement with Springer Nature. This research was supported by Grants PID2019-104184RB-I00, PID2019-104834GB-I00, PID2022-141623NB-I00, and PID2022-136435NB-I00, funded by MCIN/AEI/ 10.13039/501100011033, PID2022 also funded by "ERDF A way of making Europe", EU, and the predoctoral Grant of Millán Álvarez Ref. BES-2017-081320, and by the Xunta de Galicia co-founded by the European Regional Development Fund (ERDF) under the Consolidation Programme of Competitive Reference Groups (ED431C 2021/30 and ED431C 2022/16). Funding for open access charge: Universidade da Coruña/CISUG. We also acknowledge the support from the Centro Singular de Investigación de Galicia "CITIC" and the Centro Singular de Investigación en Tecnoloxías Intelixentes "CiTIUS", funded by Xunta de Galicia and the European Union (European Regional Development Fund- Galicia 2014-2020 Program), by grants ED431G 2019/01 and ED431G 2019/04. We also acknowledge the Centro de Supercomputación de Galicia (CESGA).Xunta de Galicia; ED431C 2021/30Xunta de Galicia; ED431C 2022/16Xunta de Galicia; ED431G 2019/01Xunta de Galicia; ED431G 2019/0
Identificación inicial de genes en Babesia bigemina mediante análisis de Etiquetas de Secuencia Expresadas en el estadio intraeritrocítico del parásito
In this study, Expressed Sequence Tags (EST) were obtained and analyzed from 2208 randomly selected clones containing plasmids with cDNA inserts derived from a Babesia bigemina library. The obtained sequences were extracted and subject to Blast homology search in the Genbank databases. Sequence homology analysis resulted in the identification of 470 clones (grouped in 267 distinct clusters) which contained EST with no significant sequence identity with Babesia sp genes or other Apicomplexan parasites. Presumably, these EST would correspond either to new, unreported B. bigemina transcribed genes present in the erythrocyte stages of the parasite, or to non-translated sequences of the putative genes. 21 clones were identified which contained EST corresponding to 6 genes coding for B. bigemina antigens already reported in the literature; 1285 clones (grouped in 159 clusters of distinct sequences) had significant sequence identity with genes coding for hypothetical proteins previously identified in the Babesia bovis genome. Moreover, 32 clones had EST corresponding to 16 different Theileria sp. genes; 51 clones (26 distinct sequences) showed EST with sequence similarity to genes of Plasmodium sp., 25 EST had low identity with 13 different Toxoplasma gondii genes; and 4 clones with EST for 4 different Cryptosporidium sp genes. The results obtained, in addition to EST analysis of a larger number of B. bigemina cDNA clones, will allow the characterization and, eventually, the manipulation of gene coding regions, essential for the establishment of improved control strategies for cattle babesiosis caused by B. bigemina.En este estudio se realizó el análisis de Etiquetas de Secuencias Expresadas (EST) obtenidas a partir de 2208 clonas de Escherichia coli, con plásmidos recombinantes conteniendo insertos de cDNA de Babesia bigemina. Las secuencias se analizaron mediante búsqueda de homología en las bases de datos de genes. El análisis de homología en secuencia permitió identificar 470 clonas (agrupadas en 267 clusters) conteniendo EST con similitud de secuencia estadísticamente no significativa con algún gen de Babesia spp o de otro organismo Apicomplexa, sugiriendo la presencia de genes nuevos de B. bigemina; Se identificaron 21 clonas con EST correspondientes a 6 secuencias de genes previamente reportados para B. bigemina; además de 1285 clonas (conformando 159 clusters de genes distintos) de identidad significativa con proteínas hipotéticas o correspondientes a genes ya reportados en el genoma secuenciado de Babesia bovis; 32 clonas con EST homólogas a 16 genes distintos de Theileria spp; 51 clonas (26 genes distintos) con similitud en secuencia a genes de Plasmodium spp; 25 clonas con EST de moderada similitud con 13 genes distintos genes de Toxoplasma gondii; y 4 clonas con EST de mayor identidad con 4 genes diferentes de Cryptosporidium spp. Los resultados obtenidos permiten elaborar una base de datos sobre EST del estadio intraeritrocítico de Babesia bigemina, información básica esencial para la caracterización molecular del parásito, que permite llevar a cabo la identificación y regulación de nuevas regiones génicas codificadoras y, eventualmente el establecimiento de nuevas estrategias de control de la babesiosis bovina causada por B. bigemina
Antecedentes y perspectivas de algunas enfermedades prioritarias que afectan a la ganadería bovina en México
The review focused on concisely presenting the contributions that INIFAP researchers have developed, directly or in collaboration with researchers from other institutions, on different aspects of the diseases that affect cattle farming in Mexico. It describes the research on viral diseases such as rabies and bovine viral diarrhea; bacterial diseases such as anaplasmosis, brucellosis, tuberculosis, paratuberculosis, leptospirosis and bovine respiratory disease, and among parasitic diseases, tick infestation and babesiosis. It identifies potential lines of research that can help mitigate the impact of diseases on production. It considers contributions on the development or adaptation of serological and molecular diagnostic techniques and the diagnosis of resistance to ixodicides. In addition, it indicates epidemiological parameters of the diseases and makes reference to the biologics generated, which include vaccines against rabies, anaplasmosis and babesiosis; bacterin against leptospirosis, and a bacterin-toxoid against pneumonia. It also discusses the evaluations of the use of BCG against tuberculosis and a new generation vaccine against brucellosis. The review concludes that the research of INIFAP in animal health must necessarily have the omic sciences as a perspective. This is the only way to complement the understanding of disease mechanisms, the development of new diagnostic techniques and the design of effective and safe vaccines. Therefore, the great challenge will be the involvement of the animal health area in the concept of "One Health".La revisión se enfocó en presentar de manera concisa las aportaciones que investigadores del INIFAP, han desarrollado directamente o en colaboración con investigadores de otras instituciones sobre diferentes aspectos de las enfermedades que afectan a la ganadería bovina en México. Se describen investigaciones sobre enfermedades virales como la rabia y la diarrea viral bovina; bacterianas como la anaplasmosis, brucelosis, tuberculosis, paratuberculosis, leptospirosis y enfermedad respiratoria bovina; de las enfermedades parasitarias se incluye a la infestación por garrapatas y a la babesiosis. Se identifican posibles líneas de investigación que pueden coadyuvar a mitigar el impacto de las enfermedades en la producción. Se señalan aportes sobre el desarrollo o adaptación de técnicas diagnósticas de tipo serológico y molecular y se considera el diagnóstico de resistencia a los ixodicidas. Además, se indican parámetros epidemiológicos de las enfermedades y se refieren los biológicos generados que comprenden vacuna contra rabia, anaplasmosis y babesiosis; bacterina contra leptospirosis y una bacterina-toxoide contra neumonías. Asimismo, se comentan las evaluaciones del uso de BCG contra tuberculosis y una vacuna de nueva generación contra la brucelosis. En la revisión se concluye que la investigación del INIFAP en salud animal debe forzosamente tener como perspectiva las ciencias ómicas. Solo así se complementará el entendimiento de los mecanismos de las enfermedades, el desarrollo de nuevas técnicas diagnósticas y el diseño de vacunas efectivas y seguras. De modo que el gran reto será el involucramiento del área de salud animal al concepto de "Una Salud"
Nanocomposites of silver nanoparticles embedded in glass nanofibres obtained by laser spinning
Nanocomposites made of non-woven glass fibres with diameters ranging from tens of nanometers up to several micrometers, containing silver nanoparticles, were successfully fabricated by the laser spinning technique. Pellets of a soda-lime silicate glass containing silver nanoparticles with varying concentrations (5 and 10 wt%) were used as a precursor. The process followed to obtain the silver nanofibres did not agglomerate significantly the metallic nanoparticles, and the average particle size is still lower than 50 nm. This is the first time that glass nanofibres containing silver nanoparticles have been obtained following a process different from electrospinning of a sol–gel, thus avoiding the limitations of this method and opening a new route to composite nanomaterials. Antibacterial efficiency of the nanosilver glass fibres, tested against one of the most common Gram negative bacteria, was greater than 99.99% compared to the glass fibres free of silver. The silver nanoparticles are well-dispersed not only on the surface but are also embedded into the uniform nanofibres, which leads to a long lasting durable antimicrobial effect. All these novel characteristics will potentially open up a whole new range of applications.Xunta de Galicia | Ref. 10DPI303014PRMinisterio de Ciencia e Innovación | Ref. MAT2009-14542-C02-0
Acquiring Medical Statistical Competencies in a Demanding Evidence-Based World: Thoughts and Experience from a Student Statistical Team in a Mexican Academic Center
Training and encouraging students to critically review the evidence and make evidence-based decisions should be one of the goals of medical education. We report our experience developing an extracurricular university student statistical team that offer statistical aid to other students and faculty. This includes supervised training sessions and mentoring in diverse scientific research fields performed in our university
Primer borrador del genoma de cepas virulenta y atenuada de Babesia bovis de origen mexicano: First draft of the genome of virulent and attenuated strains of Babesia bovis from mexico
Babesia bovis, un parásito protozoario intraeritrocítico transmitido por garrapatas, es uno de los agentes etiológicos de la babesiosis bovina, una enfermedad altamente prevalente en las regions tropicales y subtropicales que causa una morbilidad y mortalidad significativas en el Ganado. Para poder eventualmente comparar los genomas de una cepa virulenta y una atenuada de B. bovis, el objetivo de este estudio fue secuenciar y ensamblar un borrador del genoma para cada cepa del parásito. Eritrocitos de bovino infectados con las dos poblaciones de B. bovis fueron sujetos a una extracción de ADN genómico con fenol y cloroformo orgánico. Se utlizaron 20-30 µg de ADN genómico de cada población de parásitos para la preparación de bibliotecas de ADN, con réplicas técnicas para cada cepa, utilizando el Kit Nextera Xt. La secuenciación de las bibliotecas se llevó a cabo con el procedimiento tipo escopeta en el Instituto de Biotecnología de la UNAM. Se obtuvieron 5,239,525 pares de lecturas de extremo pareado de buena calidad para la cepa atenuada de B. bovis, y 8,237,626 pares de lecturas pareadas para la cepa virulenta. Los genomas se ensamblaron utilizando el programa Spades v3.13.1. obteniéndose un total de 625 contigs con una cobertura de 480x para la cepa atenuada y un total de 2,274 contigs con una cobertura de 130x para la cepa virulenta. La secuenciación y el ensamblado del genoma demostró que la cepa atenuada de B. bovis contiene 7,962,396 pb, mientras que la cepa virulenta 8,760,816 pb, lo que representa una diferencia de 9.11% en el recuento total de pares de bases. Resta realizar la anotación de los genomas para identificar las diferencias que posiblemente estén asociadas a la virulencia o patogenicidad de B. bovis
ACTIVACIÓN in vitro DE MONOCITOS DE BOVINO CON Lactobacillus casei: PRODUCCIÓN DE ÓXIDO NÍTRICO/In vitro Activation of bovine monocytes with Lactobacillus casei: nitric oxide production
La presente investigación se llevó a cabo con el objetivo de determinar la producción de óxido nítrico
(ON) a partir de monocitos de sangre periférica de bovino, expuestos in vitro a L. casei. Se midió la producción de
ON cada 24 h durante cuatro días, en cultivos de monocitos de sangre periférica de bovinos de 4 a 6 meses de edad
(MDE) (n = 4), 8 MDE (n = 3) y 12 MDE (n = 8), expuestos (E) o no (NE) a Lactobacillus casei. En cada uno
de los periodos de 24 h se observó una producción signicativa (p < 0.01) de ON en los monocitos expuestos en
comparación con los no expuestos. La diferencia fue más marcada en los monocitos del grupo 4 a 6 MDE. El uso
de L. casei puede ser importante para establecer medidas de estimulación de la inmunidad innata en bovinos contra
enfermedades producidas por diversos patógenos
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