parallel processing

1. Pengertian

Pemrosesan paralel (parallel processing) adalah penggunakan lebih dari satu CPU untuk menjalankan sebuah program secara simultan. Idealnya, parallel processing membuat program berjalan lebih cepat karena semakin banyak CPU yang digunakan. Tetapi dalam praktek, seringkali sulit membagi program sehingga dapat dieksekusi oleh CPU yang berbea-beda tanpa berkaitan di antaranya.

Komputasi paralel adalah salah satu teknik melakukan komputasi secara bersamaan dengan memanfaatkan beberapa komputer secara bersamaan. Biasanyadiperlukan saat kapasitas yang diperlukan sangat besar, baik karena harus mengolah data dalam jumlah besar ataupun karena tuntutan proses komputasi yang banyak. 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.

Pemrograman paralel adalah teknik pemrograman komputer yang memungkinkan eksekusi perintah/operasi secara bersamaan baik dalam komputer dengan satu (prosesor tunggal) ataupun banyak (prosesor ganda dengan mesin paralel) CPU. Tujuan utama dari pemrograman paralel adalah untuk meningkatkan performa komputasi. Semakin banyak hal yang bisa dilakukan secara bersamaan (dalam waktu yang sama), semakin banyak pekerjaan yang bisa diselesaikan.

Komputasi paralel membutuhkan:

• algoritma
• bahasa pemrograman
• compiler

Sebagian besar komputer hanya mempunyai satu CPU, namun ada yang mempunyai lebih dari satu. Bahkan juga ada komputer dengan ribuan CPU. Komputer dengan satu CPU dapat melakukan parallel processing dengan menghubungkannya dengan komputer lain pada jaringan. Namun, parallel processing ini memerlukan software canggih yang disebut distributed processing software. Parallel processing berbeda dengan multitasking, yaitu satu CPU mengeksekusi beberapa program sekaligus. Parallel processing disebut juga parallel computing.

2. Arsitektur Komputer Parallel

Sesuai taksonomi Flynn, seorang Designer Processor, Organisasi Prosesor dibagi menjadi 4 :
A.    SISD (Single Instruction Single Data Stream)
Arus Instruksi Tunggal dan Data Tunggal
B.    SIMD (Single Instruction Multiple Data Stream)
Arus Instruksi Tunggal dan Multiple Data
C.    MISD (Multiple Instruction Single Data Stream)
Arus Multiple Instruksi dan Data Tunggal
D.    MIMD (Multiple Instruction Multiple Data Stream)
Arus Multiple Instruksi dan Multiple Data

 1.            Organisasi Prosesor SISD

• Prosesor tunggal
• Aliran instruksi tunggal
• Data disimpan dalam memori tunggal
• Uni-processor

Keterangan:
CU      : Control Unit
IS        : Instruction Stream (Arus Instruksi)
PU      : Processing Unit (Unit Pengolah yang biasa disebut ALU)
DS      : Data Stream (Arus Data)
MU     : Memory Unit (Unit Memori)

2.            Single Instruction, Multiple Data Stream – SIMD

• Single machine instruction
• Mengontrol eksekusi secara simultan
• sejumlah elemen-elemen pengolahan
• Berdasarkan Lock-step
• Setiap pengolahan elemen memiliki hubungan dengan memori data
• Setiap instruksi dieksekusi pada kumpulan data yang berbeda oleh prosesor yang berbeda
• Prosesor Vector and array

3.         Multiple Instruction, Single Data Stream – MISD

• Rangkaian dari data
• Dikirimkan ke kumpulan prosesor
• Setiap prosesor mengeksekusi urutan instruksi yang berbeda
• Belum pernah diimplementasikan (komesial)

4.         Multiple Instruction, Multiple Data Stream- MIMD

• Kumpulan/sejumlah prosesor
• Mengeksekusi secara simultan urutan instruksi yang berbeda
• Kumpulan data yang berbeda
• SMP, Cluster and sistem NUMA

Cloud Computing

cloud computing sebagai “komputasi berbasis Internet, ketika banyak server digunakan bersama untuk menyediakan sumber daya, perangkat lunak dan data pada komputer atau perangkat lain pada saat dibutuhkan, sama seperti jaringan listrik”.

Karakteristik Cloud Computing

1. On-Demand Self-Services

Sebuah layanan cloud computing harus dapat dimanfaatkan oleh pengguna melalui  mekanisme swalayan dan langsung tersedia pada saat dibutuhkan. Campur tangan penyedia layanan adalah sangat minim. Jadi, apabila kita saat ini membutuhkan layanan aplikasi CRM (sesuai contoh di awal), maka kita harus dapat mendaftar secara swalayan dan layanan tersebut langsung tersedia saat itu juga.

2. Broad Network Access

Sebuah layanan cloud computing harus dapat diakses dari mana saja, kapan saja, dengan alat apa pun, asalkan kita terhubung ke jaringan layanan. Dalam contoh layanan aplikasi CRM di atas, selama kita terhubung ke jaringan Internet, saya harus dapat mengakses layanan tersebut, baik itu melalui laptop, desktop, warnet, handphone, tablet, dan perangkat lain.

3. Resource Pooling

Sebuah layanan cloud computing harus tersedia secara terpusat dan dapat membagi sumber daya secara efisien. Karena cloud computing digunakan bersama-sama oleh berbagai pelanggan, penyedia layanan harus dapat membagi beban secara efisien, sehingga sistem dapat dimanfaatkan secara maksimal.

4. Rapid Elasticity

Sebuah layanan cloud computing harus dapat menaikkan (atau menurunkan) kapasitas sesuai kebutuhan. Misalnya, apabila pegawai di kantor bertambah, maka kita harus dapat menambah user untuk aplikasi CRM tersebut dengan mudah. Begitu juga jika pegawai berkurang. Atau, apabila kita menempatkan sebuah website berita dalam jaringan cloud computing, maka apabila terjadi peningkatkan traffic karena ada berita penting, maka kapasitas harus dapat dinaikkan dengan cepat.

5. Measured Service

Sebuah layanan cloud computing harus disediakan secara terukur, karena nantinya akan digunakan dalam proses pembayaran. Harap diingat bahwa layanan  cloud computing dibayar sesuai penggunaan, sehingga harus terukur dengan baik.

Kelebihan Cloud Computing

Tanpa Investasi Awal

Dengan cloud computing, kita dapat menggunakan sebuah layanan tanpa investasi yang signifikan di awal. Ini sangat penting bagi bisnis, terutama bisnis pemula (startup). Mungkin di awal bisnis, kita hanya perlu layanan CRM untuk 2 pengguna. Kemudian meningkat menjadi 10 pengguna. Tanpa model cloud computing, maka sejak awal kita sudah harus membeli hardware yang cukup untuk sekian tahun ke depan. Dengan cloud computing, kita cukup membayar sesuai yang kita butuhkan.

Mengubah CAPEX menjadi OPEX

Tanpa cloud computing, investasi hardware dan software harus dilakukan di awal, sehingga kita harus melakukan pengeluaran modal (Capital Expenditure, atau CAPEX). Sedangkan dengan cloud computing, kita dapat melakukan pengeluaran operasional (Operational Expenditure, atau OPEX). Jadi, sama persis dengan biaya utilitas lainnya seperti listrik atau telepon ketika kita cukup membayar bulanan sesuai pemakaian. Hal ini akan sangat membantu perusahaan secara keuangan.

Lentur dan Mudah Dikembangkan

Dengan memanfaatkan Cloud Computing, bisnis kita dapat memanfaatkan TI sesuai kebutuhan.

Tanpa layanan cloud computing, ke empat skenario ini akan membutuhkan perencanaan TI yang sangat tidak efisien, karena investasi TI harus dilakukan sesuai kapasitas tertinggi, walaupun mungkin hanya terjadi di saat-saat tertentu. Hal ini dilakukan untuk mencegah terjadi kegagalan layanan pada saat “peak time” tersebut.  Dengan cloud computing, karena sifatnya yang lentur dan mudah dikembangkan (elastic and scalable), maka kapasitas dapat ditingkatkan pada saat dibutuhkan, dengan biaya penggunaan sesuai pemakaian.

Fokus pada Bisnis, bukan TI

Dengan menggunakan Cloud Computing, kita dapat fokus pada bisnis utama perusahaan, dan bukan berkecimpung di dalam pengelolaan TI. Hal ini dapat dilakukan karena pengelolaan TI dilakukan oleh penyedia layanan, dan bukan oleh kita sendiri. Misalnya, melakukan patching, security update, upgrade hardware, upgrade software, maintenance, dan lain-lain.  Apabila kita memiliki tim TI, maka tim tersebut dapat fokus pada layanan TI yang spesifik untuk bisnis kita, sedangkan hal-hal umum sudah ditangani oleh penyedia layanan.

Grid Computing

Grid Computing, suatu arsitektur sistem komputer berkinerja tinggi yang memanfaatkan teknologi grid computing yang ada (beberapa di antaranya: Globus Toolkit 4, Condor, PVM, MPI) sebagai komponen pembangunnya. Dengan terbentuknya infrastruktur komputasi grid computing ini, diharapkan kebutuhan para peneliti akan sumber daya komputasi dapat dipenuhi dan pada gilirannya dapat meningkatkan tingkat kompetitif.

Bagi para peneliti di negara-negara yang kemampuan ekonominya terbatas maka solusi yang diberikan oleh teknologi grid computing ini merupakan suatu alternatif yang harus dipertimbangkan dengan amat

serius. Pengembangan ilmu pengetahuan dan teknologi, termasuk yang dilakukan dengan menggunakan bantuan komputer (e-Science), tidak harus terhenti hanya karena keterbatasan dana.

Teknologi grid computing memungkinkan para peneliti memanfaatkan sumber daya komputasi yang telah ada semaksimal mungkin. Dengan menggunakan teknologi ini, para peneliti dapat menggabungkan komputer-komputer yang berada di tempat-tempat yang secara geografis terpisah menjadi suatu kesatuan system komputer. Gabungan banyak komputer ini secara keseluruhan mampu menyediakan sumber daya komputasi yang setara atau bahkan lebih dengan komputer berkategori supercomputer.

SOLUSI YANG DITAWARKAN GRID COMPUTING

Teknologi grid computing adalah suatu cara penggabungan sumber daya yang dimiliki banyak komputer yang terhubung dalam suatu jaringan sehingga terbentuk suatu kesatuan sistem computer dengan sumber daya komputasi yang besarnya mendekati jumlah sumber daya komputasi dari komputer-komputer yang

membentuknya. Lebih lanjut, sebagian atau seluruh sumber daya komputasi ini dapat dipakai oleh penggunanya sesuai kebutuhan masing-masing. Penamaan “grid” disini meminjam istilah yang digunakan dalam ketenagalistrikan 0, dimana pembangkit-pembangkit tenaga listrik dihubungkan satu sama lain untuk secara bersama-sama memasok kebutuhan tenaga listrik penggunanya. Masing-masing pengguna hanya menggunakan sebagian dari daya listrik yang dihasilkan oleh seluruh pembangkit tenaga listrik tersebut.

Berbeda dengan teknologi-teknologi pendahulunya seperti Condor, PVM, atau MPI, teknologi grid computing dilengkapi oleh komponen-komponen yang memungkinkan pemanfaatan sumber daya komputasi yang terhimpun secara lebih optimal dan aman. Untuk melihat komponen-komponen dari teknologi grid computing ini, disini akan diuraikan dengan singkat sistem Globus Toolkit yang dikembangkan oleh para peneliti di Argonne National Laboratory, Amerika Serikat 0. Sistem Globus Toolkit merupakan salah satu teknologi grid computing yang populer dan banyak digunakan oleh pihak-pihak yang ingin mengintegrasikan sumber daya komputasi mereka yang tersebar menjadi satu kesatuan.

ARSITEKTUR GRID COMPUTING

Gambar tersebut menunjukkan rancangan arsitektur infrastruktur komputasi grid. Seperti terlihat pada gambar tersebut, GRID COMPUTING dibangun dengan jalan menggabungkan sistemsistem komputasi grid yang berada di institusi-institusi penelitian (GRID-2, 3, 4) menjadi satu kesatuan. Konfigurasi perangkat keras dan perangkat lunak masing-masing sistem di tingkat institusi dapat berbeda, namun dengan mengoperasikan teknologi grid computing seperti GT4 pada simpul-simpul penghubung dari masing-masing sistem, keseluruhan sistem membentuk satu kesatuan infrastruktur komputasi grid. Dengan konfigurasi seperti ini, jika dibutuhkan, pengguna di suatu institusi dapat memanfaatkan sumber daya komputasi yang berada di luar institusinya.

Konfigurasi yang ditunjukkan pada Gambar 1 di atas tidak menuntut masing-masing sistem di tingkat institusi untuk merubah konfigurasi sistem masing-masing secara signifikan. Jika suatu institusi telah mengimplementasikan suatu teknologi grid computing tertentu seperti SUN Grid Engine (SGE) atau teknologi komputasi berbasis jaringan seperti PVM, MPI, Condor maka sistem GT4 dapat dikonfigurasikan untuk berkoordinasi dengan masing-masing teknologi tersebut.

Salah satu prasyarat dari pembentukan GRID COMPUTING adalah tersedianya suatu backbone jaringan berkapasitas besar untuk menghubungkan simpul-simpul penghubung di masing-masing institusi (harus memiliki lebar pita mulai 2 Mbps sampai dengan 155 Mbps).

SUPERSCALAR

1. Pengertian

Superscalar adalah sebuah unitprocessor yang dapat mengeksekusi dua atau lebih operasi scalar dalm bentuk paralel. Superscalar merupakan salah satu rancangan untuk meningkatkan kecepatan CPU.

Kebanyakan dari komputer saat ini menggunakan mekanisme superscalar ini. Standar pipeline yang digunakan adalah untuk pengolahan bilangan matematika integer (bilangan bulat, bilangan yang tidak memiliki pecahan), kebanyakan CPU juga memiliki kemampuan untuk pengolahan untuk data floating point (bilangan berkoma). Pipeline yang mengolah integer dapat juga digunakan untuk mengolah data bertipe floating point ini, namun untuk aplikasi tertentu, terutama untuk aplikasi keperluan ilmiah CPU yang memiliki kemampuan pengolahan floating point dapat meningkatkan kecepatan prosesnya secara dramatis.

Peristiwa menarik yang bisa dilakukan dengan metoda superscalar ini adalah dalam hal memperkirakan pencabangan instruksi (brach prediction) serta perkiraan eksekusi perintah (speculative execution). Peristiwa ini sangat menguntungkan buat program yang membutuhkan pencabangan dari kelompok intruksi yang dijalankankannya.

Program yang terdiri dari kelompok perintah bercabang ini sering digunakan dalam pemrograman. Contohnya dalam menentukan aktifitas yang dilakukan oleh suatu sistem berdasarkan umur seseorang yang sedang diolahnya, katakanlah jika umur yang bersangkutan lebih dari 18 tahun, maka akan diberlakukan instruksi yang berhubungan dengan umur tersebut, anggaplah seseorang tersebut dianggap telah dewasa, sedangkan untuk kondisi lainnya dianggap belum dewasa. Tentu perlakuannya akan dibedakan sesuai dengan sistem yang sedang dijalankan.