*Parallel Computation*

ARTIKEL PARALLEL COMPUTATION

PENDAHULUAN

Parallel computing muncul ketika komputer membawa lebih dari satu task secara simultan (bersamaan). Teknik ini dapat memungkinkan komputer bekerja secara lebih cepat dibandingkan dengna melakukannya secara sekaligus, seperti halnya seseorang dengan dua tangan dapat menyelesaikan lebih banyak pekerjaan dengan orang yang hanya menggunakan satu tangan saja. 

dalam bahasa indonesia komputasi bisa diarikan sebagai cara untuk menemukan pemecahan masalah dari data input dengan menggunakan suatu algoritma. hal ini ialah apa itu teori komputasi. komputasi paralel itu sendiri yaitu melakukan komputasi secara bersamaan dengan memanfaatkan beberapa komputer secara bersamaan. komputasi paralel itu sendiri membutuhkan : 

- Algoritma

- Bahasa Pemrograman

- Compiler 

program komputer paralel lebih susah untuk dibangun dibandingkan dengan program komputer serial, hal ini disebabkan keserempakan menimbulkan masalah yang potensial di dalam membagi pekerjaan menjadi subpekerjaan dan menggabungkan kembali subpekerjaan tersebut menjadi hasil oleh perangkat lunak, diantaranya kondisi berebut (race condition). komunikasi dan sinkronisasi diantara unit pemroses (processing unit) menjadi satu diantara tantangan terbesar untuk menghasilkan program paralel dengan performa yang baik. 

SEJARAH

Pada tahun 1958, peneliti IBM, yang bernama John Cocke dan Daniel Slotnick membahas tentang pemanfaatan paralelisme di dalam komputasi numerik untuk pertama kalinya. Burroughs Coporation memperkenalkan D825 pada tahun 1962, sebuah komputer dengan empat buah prosessor yang mengakses 16 modul memori dengan bantuan skalar bar-silang (cossbar switch).

PENGERTIAN KOMPUTASI PARALEL

Komputasi paralel adalah salah satu teknik melakukan komputasi secara bersamaan dengan memanfaatkan beberapa komputer independen secara bersamaan. Ini umumnya diperlukan saat kapasitas yang diperlukan sangat besar, baik karena harus mengolah data dalam jumlah besar (di industri keuangan, bioinformatika, dll) ataupun karena tuntutan proses komputasi yang banyak. Kasus kedua umum ditemui di kalkulasi numerik untuk menyelesaikan persamaan matematis di bidang fisika (fisika komputasi), kimia (kimia komputasi) dll.

Untuk melakukan aneka jenis komputasi paralel ini diperlukan infrastruktur mesin paralel yang terdiri dari banyak komputer yang dihubungkan dengan jaringan dan mampu bekerja secara paralel untuk menyelesaikan satu masalah. Untuk itu diperlukan aneka perangkat lunak pendukung yang biasa disebut sebagai middleware yang berperan untuk mengatur distribusi pekerjaan antar node dalam satu mesin paralel. Selanjutnya pemakai harus membuat pemrograman paralel untuk merealisasikan komputasi. Tidak berarti dengan mesin paralel semua program yang dijalankan diatasnya otomatis akan diolah secara parallel.

PEMROGRAMAN PARALEL

Teknik pemrograman komputer yang memungkinkan eksekusi perintah atau operasi secara bersamaan baik dalam komputer dengan satu (prosessor tunggal) ataupun banyak (prosessor ganda dengan mesin paralel) CPU. bahasa pemrograman yang digunakan pada pemrograman paralel : 

1. MPI (Message Passing Interface)

yaitu sebuah standard pemrograman yang memungkinkan pemrogram untuk membuat sebuah aplikasi yang dapat dijalankan secara paralel. kegunaan MPI : 

> menyediakan fungsi-fungsi untuk menukar pesan

> menulis kode paralel secara portable

> mendapatkan performa yang tinggi dalam pemrograman paralel

> menghadapi permasalahan yang melibatkan hubungan data irregular atau dinamis yang

   tidak begitu cocok dengan model data paralel

implementasi MPI :

MPICH (MPI/Chameleon) MPICH2 adalah implementasi Message Passing Interface (MPI), yang merupakan standar spesifikasi library untuk program message-passing, yang diajukan sebagai standar oleh vendor, implementor dan user. 

2. PVM (Parallel Virtual Machine)

suatu standar protokol yang digunakan untuk pemrograman paralel dan terdistribusi, proses pertukaran pesan atau data antar proses adalah dengan mengirimkan pesan melalui media komunikasi. model ini juga dapat diimplementasikan pada bermacam-macam plattform seperti shared memory.  

Distributed Processing

Kata didistribusikan dalam istilah seperti "sistem terdistribusi", "didistribusikan pemrograman", dan "algoritma terdistribusi" awalnya merujuk pada jaringan komputer dimana setiap komputer yang didistribusikan secara fisik dalam beberapa wilayah geografis. Istilah yang saat ini digunakan dalam lebih luas akal, bahkan mengacu pada proses otonom yang dijalankan pada komputer fisik yang sama dan berinteraksi satu sama lain dengan pesan.

MODEL KOMPUTASI PARALEL

•  Embarasingly Parallel adalah pemrograman paralel yang digunakan pada masalah

   masalah yang bisa diparalelkan tanpa membutuhkan komunikasi satu sama lain.

   Sebenarnya pemrograman ini bisa dibilang sebagai pemrograman paralel yang ideal,

   karena tanpa biaya komunikasi, lebih banyak peningkatan kecepatan yang bisa dicapai.

•  Taksonomi dari model pemrosesan paralel dibuat berdasarkan alur instruksi dan alur data

    yang digunakan:

1. SISD

Single Instruction – Single Data. Komputer jenis ini hanya memiliki satu prosesor ( single processor ). Dimana semua instruksi di eksekusi secara serial ( terurut satu demi satu ) dan memungkinkan adanya overlapping di setiap bagian instruksi dalam pelaksanaan eksekusi. Komputer ini adalah tipe komputer konvensional. Beberapa contoh komputer yang menggunakan model SISD adalah UNIVAC1, IBM 360, CDC 7600, Cray 1 dan PDP.

2.  SIMD

Single Instruction – Multiple Data. Komputer jenis ini hanya dapat mengeksekusi satu instruksi dan memiliki lebih dari satu prosesor. Satu eksekusi dilakukan secara paralel pada data yang berbeda pada level lock-step. Komputer vektor adalah salah satu komputer paralel yang menggunakan arsitektur ini. Beberapa contoh komputer yang menggunakan model SIMD adalah ILLIAC IV, MasPar, Cray X-MP, Cray Y-MP, Thingking Machine CM-2 dan Cell Processor ( GPU ).

3.  MISD

Multiple Instructions – Single Data. Belum ada perwujudan nyata dari komputer jenis ini kecuali dalam bentuk prototipe untuk penelitian. Teorinya komputer ini memiliki satu prosesor dan mengeksekusi beberapa instruksi secara paralel tetapi praktiknya tidak ada komputer yang dibangun dengan arsitektur ini karena sistemnya tidak mudah dipahami.

4.  MIMD

Multiple Instructions – Multiple Data. Komputer jenis ini dapat mengeksekusi lebih dari satu instruksi secara paralel dengan lebih dari satu prosesor. Tipe komputer ini yang paling banyak digunakan untuk membangun komputer paralel, bahkan banyak supercomputer yang menerapkan arsitektur ini. Beberapa komputer yang menggunakan model MIMD adalah IBM POWER5, HP/Compaq AlphaServer, Intel IA32, AMD Opteron, Cray XT3 dan IBM BG/L.

JENIS-JENIS KOMPUTASI PARALEL

Berdasarkan tingkatan perangkat keras yang mendukung paralelisme, secara umum komputer-komputer paralel dapat diklasifikasikan:

1. Multicore processing

Merupakan prosesor yang memiliki beberapa unit pengeksekusi. Sebuah prosesor multicore dapat melakukan beberapa instruksi per siklus dari beberapa aliran instruksi.

2. Symmetric multiprocessing

Merupakan sebuah sistem komputer dengan beberapa prosesor yang identik, dapat menggunakan struktur berbagi memori atau memori tersendiri yang saling terhubung melalui bus.

3. Distributed computing

Merupakan sebuah sistem komputer dengan memori terdistribusi, dimana masing-masing elemen pemrosesan dihubungkan oleh jaringan.

4. Cluster computing

Merupakan sekumpulan komputer yang bekerja sama,dihubungkan oleh jaringan, sehingga dapat dipandang sebagai sebuah kesatuan, cluster komputer ini dikoordinasi oleh sebuah komputer induk yang bertugas untuk mendistribusikan pekerjaan kepada masing-masing komputer lainnya.

5. Massive parallel processing

Merupakan sebuah komputer tunggal dengan banyak prosesor yang terhubung dalam sebuah jaringan. Di dalam MPP, tiap CPU mempunyai memory tersendiri, sistem operasi dan aplikasi yang sama. Tiap subsistem berkomunikasi satu dengan yang lainnya melalui interkoneksi berkecepatan tinggi.

6. Grid computing

Merupakan bentuk pemrosesan paralel yang paling terdistribusi. Grid computing memanfaatkan Internet sebagai saluran komunikasi antar komputer untuk menyelesaikan suatu permasalahan.

7. Specialized parallel computer

Komputer paralel yang dikhususkan untuk menyelesaikan tugas khusus.

PENERAPAN KOMPUTASI PARALEL

Penerapan Komputasi Paralel Bisa di terapkan pada Bidang Ilmu Pengetahuan & Teknik komputasi paralel telah dianggap sebagai “high end computing”, dan telah digunakan untuk memodelkan masalah sulit dalam banyak bidang ilmu pengetahuan dan teknik , sebagai contoh di terapakan pada :

• Ilmu Fisika
• Bioteknologi
• Bioscience
• Pembuatan Pesawat Luar Angkasa pada Bidang Teknik
• Pembuatan Circuit Untuk Elektronik

Penerapan Komputasi Juga diterapakan pada Industri dan Komersial, aplikasi komersial memberikan kekuatan pendorong sama atau lebih besar dalam pengembangan komputer yang lebih cepat. Aplikasi ini memerlukan pengolahan data dalam jumlah besar dengan cara yang canggih. Sebagai contoh:

• Web search engines, web based business services
• Databases, data mining
• Networked video and multi-media technologies

Batas untuk komputasi serial: alasan baik fisik dan praktis menimbulkan kendala yang signifikan untuk hanya membangun yang lebih cepat komputer serial:

Kecepatan transmisi – kecepatan komputer serial langsung tergantung pada seberapa cepat data dapat bergerak melalui perangkat keras. Mutlak batas adalah kecepatan cahaya (30 cm / nanodetik) dan batas transmisi kawat tembaga (9 cm / nanodetik). Meningkatkan kecepatan memerlukan peningkatan kedekatan elemen pemrosesan.

Limits to miniaturisasi – teknologi prosesor memungkinkan peningkatan jumlah transistor untuk ditempatkan pada sebuah chip. Namun, bahkan dengan komponen molekul atau atom-tingkat, batas akan dicapai pada bagaimana komponen kecil dapat.

Keterbatasan ekonomi – maka semakin mahal untuk membuat satu prosesor yang lebih cepat. Menggunakan sejumlah besar prosesor komoditas cukup cepat untuk mencapai hal yang sama (atau lebih baik) kinerja lebih murah.Arsitektur komputer saat ini semakin mengandalkan perangkat keras tingkat paralelisme untuk meningkatkan kinerja.

Untuk melakukan aneka jenis komputasi paralel ini diperlukan infrastruktur mesin paralel yang terdiri dari banyak komputer yang dihubungkan dengan jaringan dan mampu bekerja secara paralel untuk menyelesaikan satu masalah. Untuk itu diperlukan aneka perangkat lunak pendukung yang biasa disebut sebagai middleware yang berperan untuk mengatur distribusi pekerjaan antar node dalam satu mesin paralel. Selanjutnya pemakai harus membuat pemrograman paralel untuk merealisasikan komputasi.

Kinerja komputasi dengan menggunakan paralel processing itu menggunakan dan memanfaatkan beberapa komputer atau CPU untuk menemukan suatu pemecahan masalah dari masalah yang ada. Sehingga dapat diselesaikan dengan cepat daripada menggunakan satu komputer saja. Komputasi dengan paralel processing akan menggabungkan beberapa CPU, dan membagi-bagi tugas untuk masing-masing CPU tersebut. Jadi, satu masalah terbagi-bagi penyelesaiannya. Tetapi ini untuk masalah yang besar saja, komputasi yang masalah kecil, lebih murah menggunakan satu CPU saja.

SUMBER :
http://amilbayu.blogspot.co.id/2016/06/tugas-4-artikel-paralel-computation_27.html

https://valkriye.wordpress.com/2013/06/14/pengenalan-sederhana-tentang-komputasi-paralel/

http://en.wikipedia.org/wiki/Parallel_computing

https://www.google.co.id/?gws_rd=cr,ssl&ei=yPwaWaCMIYyEvQSUh5X4Cw#q=artikel+komputasi+paralel