High-performance payload data handling system for Gaia

Gaia is the most ambitious space astrometry mission currently envisaged and is a technological challenge in all its aspects. We describe a proposal for the payload data handling system of Gaia, as an example of a high-performance, real-time, concurrent, and pipelined data system. This proposal includes the front-end systems for the instrumentation, the data acquisition and management modules, the star data processing modules, and the payload data handling unit. We also review other payload and service module elements and we illustrate a data flux proposal.

High-performance payload data handling system for Gaia

Gaia is the most ambitious space astrometry mission currently envisaged and is a technological challenge in all its aspects. We describe a proposal for the payload data handling system of Gaia, as an example of a high-performance, real-time, concurrent, and pipelined data system. This proposal includes the front-end systems for the instrumentation, the data acquisition and management modules, the star data processing modules, and the payload data handling unit. We also review other payload and service module elements and we illustrate a data flux proposal.

High-throughput sequence analysis of turbot (Scophthalmus maximus) transcriptome using 454-pyrosequencing for the discovery of antiviral immune genes

Turbot (Scophthalmus maximus L.) is an important aquacultural resource both in Europe and Asia. However, there is little information on gene sequences available in public databases. Currently, one of the main problems affecting the culture of this flatfish is mortality due to several pathogens, especially viral diseases which are not treatable. In order to identify new genes involved in immune defense, we conducted 454-pyrosequencing of the turbot transcriptome after different immune stimulations.

Disseny i implementació d'un clúster high performance computing

Clúster format per una màquina principal HEAD Node més 19 nodes de càlcul de la gama SGI13 Altix14 XE Servers and Clusters, unides en una topologia de màster subordinat, amb un total de 40 processadors Dual Core i aproximadament 160Gb de RAM.

High-Performance-Tensile-Strength Alpha-Grass Reinforced Starch-Based Fully Biodegradable Composites

Though there has been a great deal of work concerning the development of natural fibers in reinforced starch-based composites, there is still more to be done. In general, cellulose fibers have lower strength than glass fibers; however, their specific strength is not far from that of fiberglass. In this work, alpha-fibers were obtained from alpha-grass through a mild cooking process. The fibers were used to reinforce a starch-based biopolymer. Composites including 5 to 35% (w/w) alpha-grass fibers in their formulation were prepared, tested, and subsequently compared with those of wood- and fiberglass-reinforced polypropylene (PP). The term “high-performance” refers to the tensile strength of the studied composites and is mainly due to a good interphase, a good dispersion of the fibers inside the matrix, and a good aspect ratio. The tensile strength of the composites showed a linear evolution for fiber contents up to 35% (w/w). The strain at break of the composites decreased with the fiber content and showed the stiffening effects of the reinforcement. The prepared composites showed high mechanical properties, even approaching those of glass fiber reinforced composites

Porting and performance analysis of EC-Earth System on the BSC-MareNostrum Supercomputer

Earth System Models (ESM) have been successfuly developed over past few years, and are currently beeing used for simulating present day-climate, seasonal to interanual predictions of climate change. The supercomputer performance plays an important role in climate modeling since one of the challenging issues for climate modellers is to efficiently and accurately couple earth System components on present day computers architectures. At the Barcelona Supercomputing Center (BSC), we work with the EC- Earth System Model. The EC- Earth is an ESM, which currently consists of an atmosphere (IFS) and an ocean (NEMO) model that communicate with each other through the OASIS coupler. Additional modules (e.g. for chemistry and vegetation ) are under development. The EC-Earth ESM has been ported successfully over diferent high performance computin platforms (e.g, IBM P6 AIX, CRAY XT-5, Intelbased Linux Clusters, SGI Altix) at diferent sites in Europ (e.g., KNMI, ICHEC, ECMWF). The objective of the first phase of the project was to identify and document the issues related with the portability and performance of EC-Earth on the MareNostrum supercomputer, a System based on IBM PowerPC 970MP processors and run under a Linux Suse Distribution. EC-Earth was successfully ported to MareNostrum, and a compilation incompatibilty was solved by a two step compilation approach using XLF version 10.1 and 12.1 compilers. In addition, the EC-Earth performance was analyzed with respect to escalability and trace analysis with the Paravear software. This analysis showed that EC-Earth with a larger number of IFS CPUs (<128) is not feasible at the moment since some issues exists with the IFS-NEMO balance and MPI Communications.

Comparative study of the LC-MS/MS and UPLC-MS/MS for the multi-residue analysis of quinolones, penicillins and cephalosporins in cow milk, and validation according to the regulation 2002/657/EC

The aim of this study was to develop and validate an analytical method to simultaneously determine European Union-regulated beta-lactams (penicillins and cephalosporins) and quinolones in cow milk. The procedure involves a new solid phase extraction (SPE) to clean-up and pre-concentrate the three series of antibiotics before analysis by liquid chromatography¿tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) and ultra-high-performance liquid chromatography¿tandem mass spectrometry (UPLC-MS/MS). LC-MS/MS and UPLC-MS/MS techniques were also compared. The method was validated according to the Directive 2002/657/EC and subsequently applied to 56 samples of raw cow milk supplied by the Laboratori Interprofessional Lleter de Catalunya (ALLIC) (Laboratori Interprofessional Lleter de Catalunya, Control Laboratory Interprofessional of Milk of Catalunya).

Rapid analysis of multiclass antibiotic residues and some of their metabolites in hospital, urban wastewater and river water by ultra-highperformance liquid chromatography coupled to quadrupole-linear ion trap tandem mass spectrometry

The present work describes the development of a fast and robust analytical method for the determination of 53 antibiotic residues, covering various chemical groups and some of their metabolites, in environmental matrices that are considered important sources of antibiotic pollution, namely hospital and urban wastewaters, as well as in river waters. The method is based on automated off-line solid phase extraction (SPE) followed by ultra-high-performance liquid chromatography coupled to quadrupole linear ion trap tandem mass spectrometry (UHPLC–QqLIT). For unequivocal identification and confirmation, and in order to fulfill EU guidelines, two selected reaction monitoring (SRM) transitions per compound are monitored (the most intense one is used for quantification and the second one for confirmation). Quantification of target antibiotics is performed by the internal standard approach, using one isotopically labeled compound for each chemical group, in order to correct matrix effects. The main advantages of the method are automation and speed-up of sample preparation, by the reduction of extraction volumes for all matrices, the fast separation of a wide spectrum of antibiotics by using ultra-high-performance liquid chromatography, its sensitivity (limits of detection in the low ng/L range) and selectivity (due to the use of tandem mass spectrometry) The inclusion of β-lactam antibiotics (penicillins and cephalosporins), which are compounds difficult to analyze in multi-residue methods due to their instability in water matrices, and some antibiotics metabolites are other important benefits of the method developed. As part of the validation procedure, the method developed was applied to the analysis of antibiotics residues in hospital, urban influent and effluent wastewaters as well as in river water samples

Aïllament de dialquil glicerol dialquil tetraèters (GDGTs) i comparació interlaboratori de l'anàlisi d'aquests compostos

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada al Royal Netherlands Institute for Sea Research, Holanda, durant març i abril de 2007. Els glicerol dialkil glicerol tetraèters (GDGTs) són un grup de lípids presents a les membranes dels arqueobacteris que es troben presents en ambients aquàtics, en sòls i en sediments. La distribució d’aquests lípids en sediments s’utilitza per al càlcul dels índexs TEX86 i BIT, els quals són usats en estudis paleoambientals per reconstruir la temperatura i l’aport relatiu de matèria orgànica terrestre als sediments. El mètode d’anàlisi dels GDGTs intactes consisteix en HPLC/APCIMS (High performance liquid cromatography/Atmospheric pressure chemical ionization-Mass spectrometry). S’han comparat les tècniques d’anàlisi dels GDGTs entre el laboratori on s’ha realitzat l’estada i l’ICTA (UAB, Barcelona). Els resultats mostren que existeix una desviació de poca magnitud en el càlcul del TEX86 i el BIT explicat per diferències en el disseny de l’espectròmetre de masses i el procés d’integració dels cromatogrames obtinguts. Així mateix la diferència del procediment utilitzat per a la purificació de la mostra és responsable d’una divergència més important en l’obtenció dels índexs. Aquests resultats demostren que el procés de preparació de la mostra és crític en el càlcul dels índexs i ja s’estan realitzant proves per tal de determinar la causa de la discrepància. D’altra banda, l’estada al laboratori del NIOZ ha propiciat també l’aprenentatge de les tècniques emprades per a l’aïllament individual dels GDGTS, tals com la cromatografia líquida preparativa i el FIA (flow injection analysis). Aquest coneixement s’ha aplicat al laboratori de l’ICTA (UAB) per adaptar el procediment d’aïllament.

Sintonización dinámica de aplicaciones MPI

En la actualidad, la computación de altas prestaciones está siendo utilizada en multitud de campos científicos donde los distintos problemas estudiados se resuelven mediante aplicaciones paralelas/distribuidas. Estas aplicaciones requieren gran capacidad de cómputo, bien sea por la complejidad de los problemas o por la necesidad de solventar situaciones en tiempo real. Por lo tanto se debe aprovechar los recursos y altas capacidades computacionales de los sistemas paralelos en los que se ejecutan estas aplicaciones con el fin de obtener un buen rendimiento. Sin embargo, lograr este rendimiento en una aplicación ejecutándose en un sistema es una dura tarea que requiere un alto grado de experiencia, especialmente cuando se trata de aplicaciones que presentan un comportamiento dinámico o cuando se usan sistemas heterogéneos. En estos casos actualmente se plantea realizar una mejora de rendimiento automática y dinámica de las aplicaciones como mejor enfoque para el análisis del rendimiento. El presente trabajo de investigación se sitúa dentro de este ámbito de estudio y su objetivo principal es sintonizar dinámicamente mediante MATE (Monitoring, Analysis and Tuning Environment) una aplicación MPI empleada en computación de altas prestaciones que siga un paradigma Master/Worker. Las técnicas de sintonización integradas en MATE han sido desarrolladas a partir del estudio de un modelo de rendimiento que refleja los cuellos de botella propios de aplicaciones situadas bajo un paradigma Master/Worker: balanceo de carga y número de workers. La ejecución de la aplicación elegida bajo el control dinámico de MATE y de la estrategia de sintonización implementada ha permitido observar la adaptación del comportamiento de dicha aplicación a las condiciones actuales del sistema donde se ejecuta, obteniendo así una mejora de su rendimiento.

Configuración de la entrada/salida paralela para el cómputo de altas prestaciones

La E/S Paralela es un área de investigación que tiene una creciente importancia en el cómputo de Altas Prestaciones. Si bien durante años ha sido el cuello de botella de los computadores paralelos en la actualidad, debido al gran aumento del poder de cómputo, el problema de la E/S se ha incrementado y la comunidad del Cómputo de Altas Prestaciones considera que se debe trabajar en mejorar el sistema de E/S de los computadores paralelos, para lograr cubrir las exigencias de las aplicaciones científicas que usan HPC. La Configuración de la Entrada/Salida (E/S) Paralela tiene una gran influencia en las prestaciones y disponibilidad, por ello es importante “Analizar configuraciones de E/S paralela para identificar los factores claves que influyen en las prestaciones y disponibilidad de la E/S de Aplicaciones Científicas que se ejecutan en un clúster”. Para realizar el análisis de las configuraciones de E/S se propone una metodología que permite identificar los factores de E/S y evaluar su influencia para diferentes configuraciones de E/S formada por tres fases: Caracterización, Configuración y Evaluación. La metodología permite analizar el computador paralelo a nivel de Aplicación Científica, librerías de E/S y de arquitectura de E/S, pero desde el punto de vista de la E/S. Los experimentos realizados para diferentes configuraciones de E/S y los resultados obtenidos indican la complejidad del análisis de los factores de E/S y los diferentes grados de influencia en las prestaciones del sistema de E/S. Finalmente se explican los trabajos futuros, el diseño de un modelo que de soporte al proceso de Configuración del sistema de E/S paralela para aplicaciones científicas. Por otro lado, para identificar y evaluar los factores de E/S asociados con la disponibilidad a nivel de datos, se pretende utilizar la Arquitectura Tolerante a Fallos RADIC.

Factores de rendimiento en aplicaciones híbridas

En el entorno actual, diversas ramas de las ciencias, tienen la necesidad de auxiliarse de la computación de altas prestaciones para la obtención de resultados a relativamente corto plazo. Ello es debido fundamentalmente, al alto volumen de información que necesita ser procesada y también al costo computacional que demandan dichos cálculos. El beneficio al realizar este procesamiento de manera distribuida y paralela, logra acortar los tiempos de espera en la obtención de los resultados y de esta forma posibilita una toma decisiones con mayor anticipación. Para soportar ello, existen fundamentalmente dos modelos de programación ampliamente extendidos: el modelo de paso de mensajes a través de librerías basadas en el estándar MPI, y el de memoria compartida con la utilización de OpenMP. Las aplicaciones híbridas son aquellas que combinan ambos modelos con el fin de aprovechar en cada caso, las potencialidades específicas del paralelismo en cada uno. Lamentablemente, la práctica ha demostrado que la utilización de esta combinación de modelos, no garantiza necesariamente una mejoría en el comportamiento de las aplicaciones. Por lo tanto, un análisis de los factores que influyen en el rendimiento de las mismas, nos beneficiaría a la hora de implementarlas pero también, sería un primer paso con el fin de llegar a predecir su comportamiento. Adicionalmente, supondría una vía para determinar que parámetros de la aplicación modificar con el fin de mejorar su rendimiento. En el trabajo actual nos proponemos definir una metodología para la identificación de factores de rendimiento en aplicaciones híbridas y en congruencia, la identificación de algunos factores que influyen en el rendimiento de las mismas.

Avaluació de vitamines i antioxidants en aliments vegetals mitjançant tècniques HPLC-DAD i UPLC-MS/MS

El programa experimental s’ha portat a terme dins el marc de les activitats del projecte TRUEFOOD, finançat per la UE per als anys 2007-2010. L’objectiu principal d’aquesta activitat ha estat l’avaluació dels continguts en àcid ascòrbic (vitamina C), polifenols totals, àcids fenòlics i flavonoides en mostres de tomàquet i enciam, produïts sota diferents condicions de camp (producció ecològica i convencional). Per aconseguir els resultats s’han utilitzat mètodes analítics basats en tècniques de cromatografia líquida d’alta eficàcia (HPLC) i d’ultra-alta eficàcia (UHPLC) acoblades a sistemes de detecció de diode array (DAD) i espectrometria de masses (MSn). Per a l’àcid ascòrbic, s’ha desenvolupat un mètode ràpid que ha permès la determinació d’aquest compost en diferents matrius vegetals amb el mínim pretractament de les mostres, utilitzant una fase estacionària HILIC (Fluorinated Stationary Phase). Els mètodes desenvolupats d’anàlisi de compostos fenòlics han permès realitzar les anàlisi de forma ràpida, a fi de processar el màxim nombre de mostres per a obtenir resultats representatius. S’ha realitzat una completa caracterització dels extractes de tomàquet i enciam, ampliant el coneixement descrit en la bibliografia sobre la seva composició fenòlica. En el cas de l’enciam, s’ha identificat quatre compostos fenòlics que mai abans han estat descrits i quantificats en aquesta hortalissa. La definició, amb precisió, dels continguts en vitamina C i compostos fenòlics en les mostres analitzades ha permès comparar els efectes de diferents tècniques de cultiu sobre les característiques nutricionals dels vegetals objecte de l’estudi. Els mètodes d’anàlisi desenvolupats i els resultats derivats del projecte seran publicats properament en revistes científiques de reconegut prestigi.

Distributed all-atom simulations of intrinsically unstructured proteins

The Computational Biophysics Group at the Universitat Pompeu Fabra (GRIB-UPF) hosts two unique computational resources dedicated to the execution of large scale molecular dynamics (MD) simulations: (a) the ACMD molecular-dynamics software, used on standard personal computers with graphical processing units (GPUs); and (b) the GPUGRID. net computing network, supported by users distributed worldwide that volunteer GPUs for biomedical research. We leveraged these resources and developed studies, protocols and open-source software to elucidate energetics and pathways of a number of biomolecular systems, with a special focus on flexible proteins with many degrees of freedom. First, we characterized ion permeation through the bactericidal model protein Gramicidin A conducting one of the largest studies to date with the steered MD biasing methodology. Next, we addressed an open problem in structural biology, the determination of drug-protein association kinetics; we reconstructed the binding free energy, association, and dissaciociation rates of a drug like model system through a spatial decomposition and a Makov-chain analysis. The work was published in the Proceedings of the National Academy of Sciences and become one of the few landmark papers elucidating a ligand-binding pathway. Furthermore, we investigated the unstructured Kinase Inducible Domain (KID), a 28-peptide central to signalling and transcriptional response; the kinetics of this challenging system was modelled with a Markovian approach in collaboration with Frank Noe’s group at the Freie University of Berlin. The impact of the funding includes three peer-reviewed publication on high-impact journals; three more papers under review; four MD analysis components, released as open-source software; MD protocols; didactic material, and code for the hosting group.

Cumulative dominance and heuristic performance in binary multi-attribute choice

Several studies have reported high performance of simple decision heuristics multi-attribute decision making. In this paper, we focus on situations where attributes are binary and analyze the performance of Deterministic-Elimination-By-Aspects (DEBA) and similar decision heuristics. We consider non-increasing weights and two probabilistic models for the attribute values: one where attribute values are independent Bernoulli randomvariables; the other one where they are binary random variables with inter-attribute positive correlations. Using these models, we show that good performance of DEBA is explained by the presence of cumulative as opposed to simple dominance. We therefore introduce the concepts of cumulative dominance compliance and fully cumulative dominance compliance and show that DEBA satisfies those properties. We derive a lower bound with which cumulative dominance compliant heuristics will choose a best alternative and show that, even with many attributes, this is not small. We also derive an upper bound for the expected loss of fully cumulative compliance heuristics and show that this is moderateeven when the number of attributes is large. Both bounds are independent of the values ofthe weights.