Bridging the gap between OpenMP and task-based runtime systems for the fast multipole method

International audienceWith the advent of complex modern architectures, the low-level paradigms long considered sufficient to build High Performance Computing (HPC) numerical codes have met their limits. Achieving efficiency, ensuring portability, while preserving programming tractability on such hardware prompted the HPC community to design new, higher level paradigms while relying on runtime systems to maintain performance. However, the common weakness of these projects is to deeply tie applications to specific expert-only runtime system APIs. The OpenMP specification, which aims at providing common parallel programming means for shared-memory platforms, appears as a good candidate to address this issue thanks to the latest task-based constructs introduced in its revision 4.0. The goal of this paper is to assess the effectiveness and limits of this support for designing a high-performance numerical library, ScalFMM, implementing the fast multipole method (FMM) that we have deeply redesigned with respect to the most advanced features provided by OpenMP 4. We show that OpenMP 4 allows for significant performance improvements over previous OpenMP revisions on recent multicore processors and that extensions to the 4.0 standard allow for strongly improving the performance, bridging the gap with the very high performance that was so far reserved to expert-only runtime system APIs

Combler l'écart de performance entre OpenMP 4.0 et les moteurs d'exécution pour la méthode des multipoles rapide

With the advent of complex modern architectures, the low-levelparadigms long considered sufficient to build High Performance Computing (HPC)numerical codes have met their limits. Achieving efficiency, ensuringportability, while preserving programming tractability on such hardwareprompted the HPC community to design new, higher level paradigms.The successful ports of fully-featured numerical libraries on severalrecent runtime system proposals have shown, indeed, the benefit oftask-based parallelism models in terms of performance portability oncomplex platforms. However, the common weakness of these projects is todeeply tie applications to specific expert-only runtime system APIs. The\omp specification, which aims at providing a common parallelprogramming means for shared-memory platforms, appears as a goodcandidate to address this issue thanks to the latest task-basedconstructs introduced as part of its revision 4.0.The goal of this paper is to assess the effectiveness and limits ofthis support for designing a high-performance numerical library. Weillustrate our discussion with the \scalfmm library, which implementsstate-of-the-art fast multipole method (FMM) algorithms, that wehave deeply re-designed with respect to the most advancedfeatures provided by \omp 4. We show that \omp 4 allows forsignificant performance improvements over previous \omp revisions onrecent multicore processors. We furthermore propose extensions to the\omp 4 standard and show how they can enhance FMM performance. Toassess our statement, we have implemented this support within the\klanglong source-to-source compiler that translates \omp directives intocalls to the \starpu task-based runtime system. This study shows thatwe can take advantage of the advanced capabilities of a fully-featuredruntime system without resorting to a specific, native runtime port,hence bridging the gap between the \omp standard and the very highperformance that was so far reserved to expert-only runtime systemAPIs.Avec l'arrivée des architectures modernes complexes, les paradigmes de parallélisation de bas niveau, longtemps considérés comme suffisant pour développer des codes numériques efficaces, ont montré leurs limites. Obtenir de l'efficacité et assurer la portabilité tout en maintenant une bonne flexibilité de programmation sur de telles architectures ont incité la communauté du calcul haute performance (HPC) à concevoir de nouveaux paradigmes de plus haut niveau.Les portages réussis de bibliothèques numériques sur plusieurs moteurs exécution récentos ont montré l'avantage des modèles de parallélisme à base de tâche en ce qui concerne la portabilité et la performance sur ces plateformes complexes. Cependant, la faiblesse de tous ces projets est de fortement coupler les applications aux experts des API des moteurs d'exécution.La spécification d'\omp, qui vise à fournir un modèle de programmation parallèle unique pour les plates-formes à mémoire partagée, semble être un bon candidat pour résoudre ce problème. Notamment, en raison des améliorations apportées à l’expressivité du modèle en tâches présentées dans sa révision 4.0.Le but de ce papier est d'évaluer l'efficacité et les limites de ce modèle pour concevoir une bibliothèque numérique performante. Nous illustrons notre discussion avec la bibliothèque \scalfmm, qui implémente les algorithmes les plus récents de la méthode des multipôles rapide (FMM). Nous avons finement adapté ces derniers pour prendre en compte les caractéristiques les plus avancées fournies par \omp4. Nous montrons qu'\omp4 donne de meilleures performances par rapport aux versions précédentes d'\omp pour les processeurs multi-coeurs récents. De plus, nous proposons des extensions au standard d’\omp4 et nous montrons comment elles peuvent améliorer la performance de la FMM. Pour évaluer notre propos, nous avons mis en oeuvre ces extensions dans le compilateur source-à-source \klanglong qui traduit les directives \omp en des appels au moteur d'exécution à base de tâches \starpu. Cette étude montre que nous pouvons tirer profit des capacités avancées du moteur d'exécution sans devoir recourir à un portage sur l'API spécifique de celui-ci.%d'un moteur d'exécution. %prouve que nous pouvons tirer profit des capacités avancées du moteur d'exécution sans recourir à un portage spécifique dans le moteur d’exécution. Par conséquent, on comble le fossé entre le standard \omp et l’approche très performante par moteur d’exécution qui est de loin réservée au seul expert son API

Epidemiological and phylogenic study of human metapneumovirus infections during three consecutive outbreaks in Normandy, France

International audienceHuman metapneumovirus (hMPV) is responsible for respiratory tract disease, particularly in the young and elderly population. An epidemiological and phylogenic study was performed on children admitted to hospital with an acute lower respiratory tract infection. Data was obtained and analyzed over three consecutive winters, from 2002-03 to 2004-05. Each year during the winter period, from November to March, 2,415 nasal swabs were tested by a direct immunofluorescence assay (DFA) for influenza virus A and B, respiratory syncytial virus, parainfluenza viruses and adenoviruses. Rhinoviruses, enteroviruses and coronaviruses OC43 and 229E were detected by RT-PCR. A RT-PCR designed for the M gene was performed on negative samples for hMPV detection and phylogenic analyses. For the three consecutive winters, hMPV represented 10%, 22.6% and 8.8% of virus-negative samples, respectively. In most cases, clinical symptoms indicated a lower respiratory tract infection (LRI) with a final diagnosis of bronchiolitis. During the winter of 2003-04, all viral clusters (A1, A2, B1 and B2) that circulated in France shifted progressively from the A group to the B group. This study determined the prevalence of hMPV in Normandy, its clinical impact and permitted the analysis of the molecular evolution during the successive outbreaks

Méthodes spectrales pour une analyse en fatigue des structures métalliques sous chargements aléatoires multiaxiaux

Doctorat en sciences appliquéesinfo:eu-repo/semantics/nonPublishe

Hameau de Thorey (Côte-d'Or). La Chapelle

Pitoiset Franck. Hameau de Thorey (Côte-d'Or). La Chapelle. In: Archéologie médiévale, tome 28, 1998. p. 220

Study and optimization of immunogenicity of retrovirus-based virus-like particles and vaccine applications

Après les nombreux succès de la vaccination au XXème siècle, elle se heurte aujourd’hui aux pathogènes émergents qui nécessitent le développement de nouvelles formulations vaccinales, afin d’induire des réponses immunitaires complètes, et particulièrement des réponses CD8+ cytotoxique efficaces. Nous avons développé une stratégie innovante utilisant des pseudo-particules virales (VLP) dérivées d’un rétrovirus murin, le Virus de la Leucémie Murine (MLV), comme plateforme antigénique. Ces rétroVLP sont des candidats vaccins de choix, sécuritaires en raison de l’absence de matériel génomique et facilement manipulables par génie génétique, ce qui permet de les proposer dans différentes stratégies vaccinales, et notamment contre le VIH. Notre approche consiste à utiliser comme vaccin des rétroVLP recombinantes produites ex vivo, ou l’ADN codant les protéines capables de former in situ ces rétroVLP (stratégie dite « plasmoVLP »). Les travaux antérieurs de l’équipe ont montré que la formation des rétroVLP améliorait les réponses immunitaires dirigées contre les antigènes qu’elles véhiculent, et nous avons cherché au cours de cette étude à mieux caractériser les mécanismes expliquant leur immunogénicité. Nous avons montré dans un premier temps que les rétroVLP étaient capables d’activer efficacement les cellules dendritiques in vitro et in vivo, et de déclencher des réponses aussi bien humorales que cellulaires contre les protéines d’enveloppe du VIH et contre des épitopes T insérés dans la capside. Les mécanismes d’activation des cellules dendritiques ont également été précisés par une analyse transcriptomique. De plus, la vaccination plasmoVLP, qui favorise les réponses CD8+, a aussi montré de fortes réponses cellulaires contre des antigènes tumoraux associées à des résultats de protection très encourageants, y compris dans des schémas de vaccination thérapeutiques. Par ailleurs, nous avons développé au cours de ces travaux une nouvelle stratégie consistant à moduler l’immunogénicité des rétroVLP en ajoutant dans leur structure des molécules adjuvantes, notamment des ligands des récepteurs de type Toll (TLR). Ainsi, nous avons conçu et breveté au laboratoire une molécule d’ARN simple brin que nous avons appelée ncRNA. Nous avons mis en évidence l’effet immunostimulant du ncRNA, qui est capable d’activer plus efficacement les cellules dendritiques in vitro, d’orienter les réponses CD4+ vers un profil Th1 et de promouvoir la prolifération des lymphocytes T CD8+ spécifiques des antigènes véhiculés par les rétroVLP in vitro, démontrant qu’il améliore l’efficacité de la présentation croisée. Les réponses vaccinales contre les épitopes T internes et l’enveloppe du VIH sont également augmentées en présence de ncRNA, par un mécanisme impliquant la voie des TLR. Ces travaux ont donc permis de mieux caractériser l’immunogénicité des rétroVLP, mettant ainsi en avant leur potentiel vaccinal, et démontrent l’efficacité d’une stratégie d’adjuvantation innovante et prometteuse utilisant un ligand des TLR.After a century of success, vaccination now faces new pathogens that require the development of new formulations to induce complete immune responses, especially potent CD8+ cytotoxic responses. We developed a novel strategy based on virus-like particles (VLPs) deriving from the Murine Leukemia Virus (MLV), so-called retroVLPs, as antigen platforms. RetroVLPs are promising vaccine candidates, as they are totally safe due to the lack of any genomic material in their composition, and they can be easily manipulated by genetic engineering, which allows using them in different vaccine strategies, including against HIV. We can use retroVLPs as a vaccine by producing them ex vivo and injecting them as proteins, or by injecting the DNA plasmids that encode the structural proteins that can self-assemble in vivo (“plasmoVLP” strategy). Previous work had shown that the retroVLP formation improves immune responses against antigens they carry, and we aimed in this study to better characterize the mechanisms explaining their immunogenicity. We showed that retroVLPs efficiently activate dendritic cells in vitro and in vivo, and trigger humoral as well as cellular vaccine responses, against HIV envelope and T cell epitopes inserted in the capsid. The mechanisms of dendritic cells activation have also been specified by transcriptome analysis. Moreover, plasmoVLP vaccination, which promotes CD8+ responses, showed strong cellular responses against tumor antigens associated with good protection, including in therapeutic vaccination schemes. Otherwise, we developed during this work a new strategy in order to modulate the immune properties of retroVLPs by adding in their structure adjuvant molecules, and particularly Toll-like receptor (TLR)-ligands. Thus, we designed and patented a single-stranded RNA acting as a TLR-ligand, that we called ncRNA. We demonstrated the immunostimulating properties of ncRNA, which is able to induce a higher activation of dendritic cells in vitro when carried by the retroVLPs, and to promote Th1-biased CD4+ T cell responses as well as proliferation of CD8+ T cell specific for an internal epitope carried into the retroVLP, showing ncRNA improves the efficacy of cross-presentation. Vaccine responses against both internal epitopes and HIV envelope are also improved in the presence of ncRNA, by a TLR-dependent mechanism. This work helped to better characterize the immunogenicity of retroVLP, highlighted their vaccine potential, and demonstrate the effectiveness of an innovative and promising strategy adjuvantisation using a TLR-ligand

Hameau de Thorey (Côte-d'Or). La Chapelle

Pitoiset Franck. Hameau de Thorey (Côte-d'Or). La Chapelle. In: Archéologie médiévale, tome 28, 1998. p. 220

Multiaxial Random Fatigue Life Prediction of Metallic Structures from Spectral Data

info:eu-repo/semantics/nonPublishe