Thesis (Ph. D.)--University of Texas at Austin, 2003. / Vita. Includes bibliographical references (leaves 223-246). Also available in an electronic version.

Thesis (M. S.)--Industrial Design, Georgia Institute of Technology, 2009. / Committee Chair: Joe Ballay; Committee Member: Kevin Shankwiler; Committee Member: Neta Ezer

Thesis (M. S.)--Architecture, Georgia Institute of Technology, 2007. / Wayne C. Chung, Committee Chair ; David Ringholz, Committee Member ; Richard Braunstein, Committee Member.

CAPES / As microalgas são organismos com grande versatilidade metabólica, capazes de utilizar fontes de carbono orgânicas, como a glicose, e inorgânicas, como o dióxido de carbono (CO2). Este pode ser fixado pelas microalgas a partir da atmosfera, de carbonatos solúveis na água ou de efluentes industriais quando acoplados em um sistema de tratamento. A pesquisa desenvolveu-se na Churrascaria Devon’s onde por um sistema biológico de tratamento com microalgas, as emissões gasosas e voláteis das grelhas assadoras são parcialmente tratadas. O objetivo deste trabalho foi otimizar a produção de biomassa de dois inóculos de microalgas (Desmodesmus subspicatus e mescla Devon’s), em sistemas abertos (caixas) e fechados de cultivo (Fotobioreatores Tipo Painel). Para monitorar o crescimento das microalgas o método de quantificação celular foi padronizado pela correlação de Pearson (R2) entre absorbância (682nm), clorofila-a (mg.m-3) e peso seco (g.L-1). Adicionalmente foram calculados os parâmetros, velocidade máxima específica de crescimento (μmax), produtividade máxima de biomassa (Pmax) e densidade celular máxima (DCM) dos cultivos. Usando as duas biomassas dos cultivos otimizados foram feitas as análises de composição bioquímica de lipídios, carboidratos e proteínas. Os resultados indicaram que no sistema aberto a fumaça foi a variável mais significativa na produção de biomassa, seguida da adição do meio CHU e do tipo de inóculo. D. subspicatus em regime fechado apresentou ao final de 21 dias de cultivo 1,63 g.L-1 de biomassa seca (733,32 mg.m-3 de Chl-a), valor cerca de seis vezes maior do que em cultivo aberto. O mesmo foi observado com a Mescla Devon’s que no mesmo período apresentou 1,27 g.L-1 de biomassa seca (690 mg.m-3 de Chl-a) no sistema fechado, valor cerca de três vezes maior do que em sistema aberto. Com os dados de alcalinidade e pH foi possível relacionar que o bicarbonato (HCO 3-) foi a forma de carbono inorgânica predominante ao longo do cultivo. A centrifugação mostrou ser um método eficiente de recuperação celular para ambas as microalgas, sendo que o tempo de centrifugação foi a variável mais significativa para D. subspicatus e a velocidade (rotações por minuto) para a mescla Devon’s. A quantificação bioquímica mostrou que a microalga D. subspicatus apresentou teor de lipídios de 16,77%, de carboidratos totais de 28,17% e de proteínas totais de 35,3%. Já a mescla Devon’s, apresentou teor de lipídios totais de 23,23%, de carboidratos de 27,60% e de proteínas totais de 31,9%, sobre o total de biomassa seca. Esses resultados ressaltam a possível utilização da biomassa de microalgas cultivadas em sistemas de tratamento de gases de efeito estufa, tanto no setor alimentar, cosmético como energético. / Microalgae are organisms with high metabolic versatility, capable to use organic carbon sources such as glucose or inorganic carbon sources, such as carbon dioxide (CO2). This can be fixed by microalgae from the atmosphere, from soluble carbonates dissolved on the water or from industrial effluents when coupled to treatment system. The research developed in a barbecue restaurant Churrascaria Devon’s where using a biological treatment system with microalgae, gaseous and volatile emissions are partially treated. The aim of this study was to optimize biomass production of microalgae from two different inoculums (Desmodesmus subspicatus and Devon's mix) in open (boxes) and closed (Panel Photobioreactor) cultivation systems. To monitor the growth of microalgae, the quantification cellular method was standardized by correlation (R2) between absorbance (682nm) Chlorophyll a (mg.m-3) and dry weight (g.L-1). Additionally were calculated some parameters as, maximum specific growth rate (μmax), maximum biomass productivity (Pmax) and maximum cellular density (MCD) of the cultures. Biochemical analyses for lipids, carbohydrates and proteins were performed in both biomasses from optimized cultivations. The results indicated that in the open system the smoke was the most significant variable in the production of biomass, followed by addition of medium CHU and inoculum type. The D. Subspicatus in a closed system shows the in the end of 21 days of cultivation was 1, 63 g.L-1 of dry biomass (733, 32 mg.m-3 Chl-a) six times above if compared with cultivation open systems. The same was observed with the Devon's mix, that during the same time shows 1, 27 g.L-1 of dry biomass (690 mg.m-3 Chl -a) in the closed system, a value three times larger than in an open system. With the alkalinity and pH values was possible to confirm that, the bicarbonate (HCO3-) was the predominant form of inorganic carbon during the cultivation. Centrifugation was an efficient method of cell recovery from both microalgae cultures; the centrifugation time was the most significant variable for S. Scenedesmus and the rotations per minute to Devon's mix. The biochemical quantification showed for the S. Scenedesmus microalgae 16,77 % of lipid content, 28,17% of total carbohydrates and total protein of 35,3 %. To the Devon’s mix, the total lipid content was 23,23 %, carbohydrates of 27,60% and total protein of 31,9 %, on total dry biomass. These results showed the possibility of using biomass of microalgae from treatment of greenhouse gases systems.in the food, cosmetic and energy industry.

CAPES / A eucaliptocultura e sua propagação clonal têm sido empregadas no Brasil desde a década de 60, devido as características de produtividade, capacidade de adaptação e crescimento rápido, destacando-se as espécies de Eucalyptus grandis e seus híbridos, que apresentam bom rendimento para obtenção de pasta de celulose pelas indústrias do setor e, E. benthamii que possui resistência à temperaturas amenas seguidas de geadas. A análise do perfil metabólico para espécies de eucaliptos ainda não foi explorada, o que ocasiona dificuldades na identificação da expressão gênica de fenótipos de interesse comercial. Assim, o presente trabalho teve por objetivo aplicar e avaliar a metodologia normalmente utilizada para obtenção do perfil metabólico em tecido foliar em duas etapas de desenvolvimento (e.g. jovem e adulto) de E. grandis e E. benthamii em condição de campo, utilizando a técnica de cromatografia gasosa acoplada a espectrometria de massas (CG-EM), a técnica demonstrou ser eficiente para obtenção de um perfil de metabólitos polares, embora tenha apresentado menor sensibilidade para compostos nitrogenados e aminoácidos. Foi observado predominância de carboidratos em tecido foliar das espécies estudas, fato que pode estar relacionado com o horário de coleta do material sob intensidade luminosa, pois açúcares não redutores como a sacarose possuem produção massiva durante o foto período sendo, então, metabolizada a outros compostos à noite. As análises de PCA (análise de componentes principais), amparadas por teste estatístico, demonstraram que existem metabólitos que contribuem mais significativamente para distinção entre as idades do tecido vegetal, sendo que os açúcares redutores são mais relevantes em tecido jovem e, açúcares não redutores, tais como a sacarose, são relevantes em tecido adulto. A presença de compostos exclusivos em tecido de E. benthamii tais como a fenilalanina, pode justificar o fato desta espécie ser mais utilizada para a obtenção de energia, já que este aminoácido está diretamente relacionado com a síntese de lignina. Ainda para a espécie de E. benthamii foram encontrados em maior abundância sacarose e derivados álcoois de açúcares que proporcionam maior resistência da planta ao frio. Não foram encontradas diferenças estatísticas entre a concentração de açúcares dentro do perfil de metabólitos estudados, que sustente a não utilização de E. benthamii para polpação de celulose. / Clonal propagation of the Eucalyptus, have been used in Brazil since the 60s, due to the characteristics of productivity, adaptability and rapid growth, especially Eucalyptus grandis and its hybrids, which have good performance to obtain paper pulp, and the E. benthamii that is resistant to mild temperatures followed by frost. The analysis of the metabolic profile for Eucalyptus species has not yet been explored, which leads to difficulties in the identification of gene expression phenotypes of commercial interest. Thus, the present study aimed to implement and evaluate the methodology typically used to obtain the metabolic profile in leaf tissue of two age stages (e.g. young and adult) of E. grandis and E. benthamii under field conditions. The metabolic profile was characterized by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS), this technique proved effective for obtaining a profile of polar metabolites, although it had less sensitive to nitrogen compounds and amino acids. The predominance of carbohydrates was observed in leaf tissue of the studied species, which may be related to the time of collection of the material under light intensity, non-reducing sugars such as sucrose have massive production during the photoperiod, and they are metabolized to other compounds during the night. The PCA, trimmed by statistical test indicated that there were significantly more metabolites that contribute to the distinction between the ages of leaf tissue, and the more reducing sugars are important in young tissue and non-reducing sugars, such as sucrose, are relevant in adult tissue. The presence of unique compounds in tissue E. benthamii such as phenylalanine, can justify the fact that this species is nominated to be used in energy, since this amino acid is directly related to lignin synthesis. Besides E. benthamii has greater abundance sucrose and sugar alcohols compounds than E. grandis, which is related to a better resistance to cold. No statistical differences were found between the concentrations of glucose and galactose which supports the non-use of E. benthamii for pulping.

CNPq; CAPES / Episódios de floração de cianobactérias produtoras de toxinas têm se tornado uma preocupação mundial, apontando a necessidade do desenvolvimento de novas tecnologias de tratamento (capazes de inativar as células e degradar suas toxinas). Neste sentido, os Processos Avançados de Oxidação (AOPs), tais como o processo foto-Fenton, têm se mostrado uma opção atrativa na degradação de cianotoxinas como as microcistinas, no entanto, o seu potencial de inativação de cianobactérias ainda não foi explorado. Neste contexto, o presente estudo teve por objetivo avaliar a inativação da espécie Microcystis aeruginosa e redução da concentração de microcistina-LR (toxina produzida pelas cianobactérias) por meio do processo foto-Fenton, o qual foi conduzido em reator fotoquímico de bancada, com radiação artificial promovida por lâmpada de alta pressão de mercúrio. Inicialmente, a microalga Desmodesmus subspicatus foi adotada como modelo experimental para avaliação do processo foto-Fenton mediado pelo complexo Fe-oxalato, sendo testadas os efeitos isolados das variáveis envolvidas no processo (ferro e peróxido de hidrogênio) para posterior avaliação do processo combinado. Em um segundo momento, diferentes condições (no que tange às concentrações de Fe2+ e H2O2) do processo foto-Fenton foram estudadas nas células de M. aeruginosa. Neste segundo momento, o processo foi aplicado sem mediação por complexos ferro-orgânicos. Em ambos os casos, os efeitos foram avaliados através da redução da concentração celular imediata ao processo (em microscópio óptico e de epifluorescência) e por inibição do crescimento. As análises de MC-LR foram realizadas em um sistema de Cromatografia Líquida de Alta Eficiência com detector DAD. Os ensaios de viabilidade celular apontaram efeitos significativos de Fe2+ (10 e 15 mg.L-1) e de H2O2 (50 mg.L-1), combinados à radiação, nas células de D. subspicatus, ao passo que o processo foto-Fenton mediado por complexo ferroxalato foi capaz de provocar 100% de inibição do crescimento em apenas 30 minutos de reação. No processo aplicado às células de M. aeruginosa em diferentes condições, foram constatadas reduções médias na concentração celular de 40% (0,6 mg.L-1 de Fe2+ + 10 mg.L-1 de H2O2), 50% (5 mg.L-1 de Fe2+ + 50 mg.L-1 de H2O2) e 47% (20 mg.L-1 de Fe2+ + 100 mg.L-1 de H2O2), ao passo que os ensaios de viabilidade celular apontaram inviabilização do crescimento após 45 minutos de reação em todas as condições testadas. Adicionalmente, quando avaliadas as condições de 5 mg.L-1 de Fe2+ + 50 mg.L-1 de H2O2 e 20 mg.L-1 de Fe2+ + 100 mg.L-1 de H2O2, reduções expressivas na concentração de MC-LR foram observadas, sendo estas abaixo do limite estabelecido pela OMS. / Cyanobacterial blooms have become a global concern, pointing out the need to develop new treatment technologies capable of inactivating the cells and degrade the cyanobacteria toxins. Advanced Oxidation Processes (AOP), such as photo-Fenton, have shown to be an attractive option in cyanotoxin degradation (as microcystins) although its potential to inactivate cyanobacteria has not been studied. In this context, this work aimed to evaluate the inactivation of Microcystis aeruginosa species and microcystin-LR (MC-LR) reduction. The process was conducted in a photochemical reactor with artificial radiation promoted by mercury lamp. Initially, the microalgae Desmodesmus subspicatus was adopted as an experimental model to evaluate the isolated effects of the variables involved in photo-Fenton, for further evaluation with the combined process. After this step, different combined conditions of Fe2+ and H2O2 were studied in M. aeruginosa cells. In both cases, the effects were evaluated by directly cell concentration reduction during the process and growth inhibition. The MC-LR analysis were conducted in a high performance liquid chromatography system with PDA detector. Cell viability assays showed significant effects of Fe2 + (10 and 15 mg.L-1) and H2O2 (50 mg.L-1), combined with radiation, in the cell D. subspicatus, while the process mediated by ferrioxalate complex was able to induce 100% inhibition of growth in just 30 minutes of reaction. In the process applied in M. aeruginosa cells, cellular concentration reductions of 40% (0.6 mg.L-1 of Fe2+ and 10 mg.L-1 of H2O2), 50% (5 mg.L-1 of Fe2+ and 50 mg.L-1 of H2O2) and 47% (20 mg.L-1 of Fe2+ and 100 mg.L-1 of H2O2) were observed, while cell viability assays showed the absence of growth after 45 minutes of reaction at all conditions. Additionally, when evaluated the conditions of 5 mg.L-1 of Fe2+ and 50 mg.L-1 of H2O2 20 mg.L-1 of Fe2+ and 100 mg.L-1 of H2O2, significant reductions in the MC-LR concentration of were observed, which are below the limit set by WHO.

CAPES / A eucaliptocultura e sua propagação clonal têm sido empregadas no Brasil desde a década de 60, devido as características de produtividade, capacidade de adaptação e crescimento rápido, destacando-se as espécies de Eucalyptus grandis e seus híbridos, que apresentam bom rendimento para obtenção de pasta de celulose pelas indústrias do setor e, E. benthamii que possui resistência à temperaturas amenas seguidas de geadas. A análise do perfil metabólico para espécies de eucaliptos ainda não foi explorada, o que ocasiona dificuldades na identificação da expressão gênica de fenótipos de interesse comercial. Assim, o presente trabalho teve por objetivo aplicar e avaliar a metodologia normalmente utilizada para obtenção do perfil metabólico em tecido foliar em duas etapas de desenvolvimento (e.g. jovem e adulto) de E. grandis e E. benthamii em condição de campo, utilizando a técnica de cromatografia gasosa acoplada a espectrometria de massas (CG-EM), a técnica demonstrou ser eficiente para obtenção de um perfil de metabólitos polares, embora tenha apresentado menor sensibilidade para compostos nitrogenados e aminoácidos. Foi observado predominância de carboidratos em tecido foliar das espécies estudas, fato que pode estar relacionado com o horário de coleta do material sob intensidade luminosa, pois açúcares não redutores como a sacarose possuem produção massiva durante o foto período sendo, então, metabolizada a outros compostos à noite. As análises de PCA (análise de componentes principais), amparadas por teste estatístico, demonstraram que existem metabólitos que contribuem mais significativamente para distinção entre as idades do tecido vegetal, sendo que os açúcares redutores são mais relevantes em tecido jovem e, açúcares não redutores, tais como a sacarose, são relevantes em tecido adulto. A presença de compostos exclusivos em tecido de E. benthamii tais como a fenilalanina, pode justificar o fato desta espécie ser mais utilizada para a obtenção de energia, já que este aminoácido está diretamente relacionado com a síntese de lignina. Ainda para a espécie de E. benthamii foram encontrados em maior abundância sacarose e derivados álcoois de açúcares que proporcionam maior resistência da planta ao frio. Não foram encontradas diferenças estatísticas entre a concentração de açúcares dentro do perfil de metabólitos estudados, que sustente a não utilização de E. benthamii para polpação de celulose. / Clonal propagation of the Eucalyptus, have been used in Brazil since the 60s, due to the characteristics of productivity, adaptability and rapid growth, especially Eucalyptus grandis and its hybrids, which have good performance to obtain paper pulp, and the E. benthamii that is resistant to mild temperatures followed by frost. The analysis of the metabolic profile for Eucalyptus species has not yet been explored, which leads to difficulties in the identification of gene expression phenotypes of commercial interest. Thus, the present study aimed to implement and evaluate the methodology typically used to obtain the metabolic profile in leaf tissue of two age stages (e.g. young and adult) of E. grandis and E. benthamii under field conditions. The metabolic profile was characterized by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS), this technique proved effective for obtaining a profile of polar metabolites, although it had less sensitive to nitrogen compounds and amino acids. The predominance of carbohydrates was observed in leaf tissue of the studied species, which may be related to the time of collection of the material under light intensity, non-reducing sugars such as sucrose have massive production during the photoperiod, and they are metabolized to other compounds during the night. The PCA, trimmed by statistical test indicated that there were significantly more metabolites that contribute to the distinction between the ages of leaf tissue, and the more reducing sugars are important in young tissue and non-reducing sugars, such as sucrose, are relevant in adult tissue. The presence of unique compounds in tissue E. benthamii such as phenylalanine, can justify the fact that this species is nominated to be used in energy, since this amino acid is directly related to lignin synthesis. Besides E. benthamii has greater abundance sucrose and sugar alcohols compounds than E. grandis, which is related to a better resistance to cold. No statistical differences were found between the concentrations of glucose and galactose which supports the non-use of E. benthamii for pulping.

CNPq; CAPES / Episódios de floração de cianobactérias produtoras de toxinas têm se tornado uma preocupação mundial, apontando a necessidade do desenvolvimento de novas tecnologias de tratamento (capazes de inativar as células e degradar suas toxinas). Neste sentido, os Processos Avançados de Oxidação (AOPs), tais como o processo foto-Fenton, têm se mostrado uma opção atrativa na degradação de cianotoxinas como as microcistinas, no entanto, o seu potencial de inativação de cianobactérias ainda não foi explorado. Neste contexto, o presente estudo teve por objetivo avaliar a inativação da espécie Microcystis aeruginosa e redução da concentração de microcistina-LR (toxina produzida pelas cianobactérias) por meio do processo foto-Fenton, o qual foi conduzido em reator fotoquímico de bancada, com radiação artificial promovida por lâmpada de alta pressão de mercúrio. Inicialmente, a microalga Desmodesmus subspicatus foi adotada como modelo experimental para avaliação do processo foto-Fenton mediado pelo complexo Fe-oxalato, sendo testadas os efeitos isolados das variáveis envolvidas no processo (ferro e peróxido de hidrogênio) para posterior avaliação do processo combinado. Em um segundo momento, diferentes condições (no que tange às concentrações de Fe2+ e H2O2) do processo foto-Fenton foram estudadas nas células de M. aeruginosa. Neste segundo momento, o processo foi aplicado sem mediação por complexos ferro-orgânicos. Em ambos os casos, os efeitos foram avaliados através da redução da concentração celular imediata ao processo (em microscópio óptico e de epifluorescência) e por inibição do crescimento. As análises de MC-LR foram realizadas em um sistema de Cromatografia Líquida de Alta Eficiência com detector DAD. Os ensaios de viabilidade celular apontaram efeitos significativos de Fe2+ (10 e 15 mg.L-1) e de H2O2 (50 mg.L-1), combinados à radiação, nas células de D. subspicatus, ao passo que o processo foto-Fenton mediado por complexo ferroxalato foi capaz de provocar 100% de inibição do crescimento em apenas 30 minutos de reação. No processo aplicado às células de M. aeruginosa em diferentes condições, foram constatadas reduções médias na concentração celular de 40% (0,6 mg.L-1 de Fe2+ + 10 mg.L-1 de H2O2), 50% (5 mg.L-1 de Fe2+ + 50 mg.L-1 de H2O2) e 47% (20 mg.L-1 de Fe2+ + 100 mg.L-1 de H2O2), ao passo que os ensaios de viabilidade celular apontaram inviabilização do crescimento após 45 minutos de reação em todas as condições testadas. Adicionalmente, quando avaliadas as condições de 5 mg.L-1 de Fe2+ + 50 mg.L-1 de H2O2 e 20 mg.L-1 de Fe2+ + 100 mg.L-1 de H2O2, reduções expressivas na concentração de MC-LR foram observadas, sendo estas abaixo do limite estabelecido pela OMS. / Cyanobacterial blooms have become a global concern, pointing out the need to develop new treatment technologies capable of inactivating the cells and degrade the cyanobacteria toxins. Advanced Oxidation Processes (AOP), such as photo-Fenton, have shown to be an attractive option in cyanotoxin degradation (as microcystins) although its potential to inactivate cyanobacteria has not been studied. In this context, this work aimed to evaluate the inactivation of Microcystis aeruginosa species and microcystin-LR (MC-LR) reduction. The process was conducted in a photochemical reactor with artificial radiation promoted by mercury lamp. Initially, the microalgae Desmodesmus subspicatus was adopted as an experimental model to evaluate the isolated effects of the variables involved in photo-Fenton, for further evaluation with the combined process. After this step, different combined conditions of Fe2+ and H2O2 were studied in M. aeruginosa cells. In both cases, the effects were evaluated by directly cell concentration reduction during the process and growth inhibition. The MC-LR analysis were conducted in a high performance liquid chromatography system with PDA detector. Cell viability assays showed significant effects of Fe2 + (10 and 15 mg.L-1) and H2O2 (50 mg.L-1), combined with radiation, in the cell D. subspicatus, while the process mediated by ferrioxalate complex was able to induce 100% inhibition of growth in just 30 minutes of reaction. In the process applied in M. aeruginosa cells, cellular concentration reductions of 40% (0.6 mg.L-1 of Fe2+ and 10 mg.L-1 of H2O2), 50% (5 mg.L-1 of Fe2+ and 50 mg.L-1 of H2O2) and 47% (20 mg.L-1 of Fe2+ and 100 mg.L-1 of H2O2) were observed, while cell viability assays showed the absence of growth after 45 minutes of reaction at all conditions. Additionally, when evaluated the conditions of 5 mg.L-1 of Fe2+ and 50 mg.L-1 of H2O2 20 mg.L-1 of Fe2+ and 100 mg.L-1 of H2O2, significant reductions in the MC-LR concentration of were observed, which are below the limit set by WHO.

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To address the ever-increasing demand for computing capacities, more and more heterogeneous systems have been designed to use both general-purpose and special-purpose processors. The huge energy consumption of them raises new environmental concerns and challenges. Besides performance, energy efficiency is another key factor to be considered by system designers and consumers. In particular, contemporary graphics processing units (GPUs) support dynamic voltage and frequency scaling (DVFS) to balance computational performance and energy consumption. However, accurate and straightforward performance and power estimation for a given GPU kernel under different frequency settings is still lacking for real hardware, which is essential to determine the best frequency configuration for energy saving. In this thesis, we investigate how to improve the energy efficiency of GPU systems by accurately modeling the effects of GPU DVFS on the target GPU kernel. We also propose efficient algorithms to solve the communication contention problem in scheduling multiple distributed deep learning (DDL) jobs on GPU clusters. We introduce our studies as follows. First, we present a benchmark suite EPPMiner for evaluating the performance, power, and energy of different heterogeneous systems. EPPMiner consists of 16 benchmark programs that cover a broad range of application domains, and it shows a great variety in the intensity of utilizing the processors. We have implemented a prototype of EPPMiner that supports OpenMP, CUDA, and OpenCL, and demonstrated its usage by three showcases. The showcases justify that GPUs provide much better energy efficiency than other types of computing systems, and especially illustrate the effectiveness of GPU Dynamic Voltage and Frequency Scaling (DVFS) on the energy efficiency of GPU applications. Second, we reveal a fine-grained analytical model to estimate the execution time of GPU kernels with both core and memory frequency scaling. Compared to the cycle-level simulators, which are too slow to apply on real hardware, our model only needs one-off micro-benchmarks to extract a set of hardware parameters and kernel performance counters without any source code analysis. Our experimental results show that the proposed performance model can capture the kernel performance scaling behaviors under different frequency settings and achieve decent accuracy. Third, we design a cross-benchmarking suite, which simulates kernels with a wide range of instruction distributions. The synthetic kernels generated by this suite can be used for model pre- training or as supplementary training samples. We then build machine learning models to predict the execution time and runtime power of a GPU kernel under different voltage and frequency settings. Validated on three modern GPUs with a wide frequency scaling range, by using a collection of 24 real application kernels, the model trained only with our cross-benchmarking suite is able to achieve considerably accurate results. At last, we establish a new DDL job scheduling framework which organizes DDL jobs as Directed Acyclic Graphs (DAGs) and considers communication contention between nodes. We then propose an efficient job placement algorithm, Least-Workload-First- (LWF-), to balance the GPU utilization and consolidate the allocated GPUs for each job. When scheduling the communication tasks, we propose Ada-SRSF for the DDL job scheduling problem to address the communication contention issue. Our simulation results show that LWF- achieves up to 1.59x improvement over the classical first-fit algorithms. More importantly, Ada-SRSF reduces the average job completion time by up to 36.7%, as compared to the solutions of either avoiding all the communication contention or accepting all of it