Parallel Computation

Komputasi Paralel adalah salah satu teknik melakukan komputasi secara bersamaan dengan memanfaatkan beberapa komputer secara bersamaan. Biasanya diperlukan 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.

Parallelism Concept

Konsep keparalelan itu sendiri dapat ditinjau dari aspek design mesin paralel, perkembangan bahasa pemrograman paralel atau dari aspek pembangunan dan analisis algoritma paralel. Algoritma paralel itu sendiri lebih banyak difokuskan kepada algoritma untuk menyelesaikan masalah numerik, karena masalah numerik merupakan salah satu masalah yang memerlukan kecepatan komputasi yang sangat tinggi.

Adapun proses kerja , pemrosesan paralel membagi beban kerja dan mendistribusikannya pada komputer-komputer lain yang terdapat dalam sistem untuk menyelesaikan suatu masalah. Sistem yang akan dibangun akan tidak akan menggunakan komputer yang didesikasikan secara khusus untuk keperluan pemrosesan paralel melainkan menggunakan komputer yang telah ada. Artinya, sistem ini nantinya akan terdiri dari sejumlah komputer dengan spesifikasi berbeda yang akan bekerjasama untuk menyelesaikan suatu masalah.

Adapun tipe-tipe Paralelisme adalah sebagai berikut :

Result Paralelisme

Result Paralelisme yang sering disebut sebagai Embarrassingly Parallel atau Perfect Paralel adalah tipe paralelisme dimana komputasinya dapat dibagi menjadi beberapa tugas independen yang mempunyai struktur sama. Data struktur suatu tugas dibagi menjadi beberapa bagian yang berstruktur sama. Contoh tugas yang bisa diselesaikan dengan Result Parallelism adalah Simulasi Montecarlo.

Specialist Paralelisme

Cara kerja Specialist Parallelisme adalah dengan mengerjakan beberapa tugas secara bersamaan pada prosesor yang berbeda . Setiap komputer mengerjakan tugas tertentu. Contohnya penggunaanya adalah pada simulasi pabrik kimia, satu prosesor mensimulasikan proses sebelum reaksi kimia, satu prosesor mensimulasikan reaksi pada tahap awal, dan prosesor lainnya mensimulasikan proses penyulingan hasil, dan seterusnya.

Agenda Paralelisme

Tipe paralelisme ini mempunyai daftar yang harus dikerjakan oleh sistem komputer . Semua komputer yang terdapat pada sistem dapat mengakses daftar tersebut. Pada Model MW (Manager Worker) terdapat pengelompokan komputer menjadi dua yaitu :

a) Manager : bertugas memulai perhitungan, memonitor kemajuan tugas, melayani permintaan worker. User berkomunikasi dengan sistem komputer melalui komputer yang berfungsi sebagai manager ini.

b) Worker : mengerjakan tugas-tugas yang diberikan oleh manager. Kerja komputer ini dimulai setelah ada perintah dari manager dan diakhiri oleh manager.

Pesan Terdistribusi dan Lingkungan Pemrograman (Distributed Messaging and Programming Enviroment) hubungannya dengan pemrosesan paralel ialah pesan sebagai sesuatu ( objek ) pada pemrosesan itu sendiri sehingga kita harus mendeskripsikan pesan ( message ) itu .

Distributed Processing

Pemrosesan terdistribusi merupakan proses pendistribusian pengolahan paralel dalam pemrosesan paralel menggunakan beberapa mesin. Jadi, bisa di bilang kemampuan dari suatu komputer-komputer yang dijalankan secara bersamaan untuk memecahkan suatu masalah dengan proses yang cepat.

Contoh dari proses terdistribusi adalah ketika terdapat macam masalah diberikan pada satu master, maka dengan menggunakan komputer paralel masalah terseut akan terpecah menjadi beberapa bagian secara terdistribusi.

Parallel distributed computing dapat dibentuk dari :

PVM (Parallel Virtual Machine)

Untuk mendukung workstation clusters yang merupakan sebuah perangkat lunak yang mampu mensimulasikan pemrosesan paralel pada jaringan.

MPI (Message-Passing Interface) programming GUI

Untuk parallel computers yang merupakan sebuah mekanisme mengiriman instruksi dan data antara dua proses komputasi yang berbeda yang berada pada komputer berbeda pada sistem sistem paralel. Paket-paket yang mempunyai spesifikasi kebutuhan MPI telah banyak beredar di Internet dan telah dilengkapi dengan LAM/MPI [5] dan MPICH [6]. Paket-paket ini telah dilengkapi dengan fungsi-fungsi yang menggunakan library C dan Fortran. Kemampuan MPI digunakan untuk menginterpretasikan bahasa pemrograman matrik kemampuan dynamic linking dari bahasa tersebut. Fungsi library dari paket MPI dapat digabungkan dengan dynamic extension dengan cara menghubungkan bahasa pemrograman tersebut dengan bahasa C, C++, atau FORTRAN. Hal ini telah dilakukan untuk menciptakan toolbox MPI (MPITB) untuk kebutuhan MATLAB, dan bahasa pemrograman GNU Octave oleh Fernandez Baldomero .

Architectural Parallel

Menurut seorang Designer Processor, taksonomi Flynn, Arsitektur Komputer dibagi menjadi 4 bagian, yaitu :

SISD  (Single Instruction, Single Data)

Merupakan singkatan dari Single Instruction, Single Data adalah satu-satunya yang menggunakan arsitektur Von Neumann. Ini dikarenakan pada model ini hanya digunakan 1 processor saja. Oleh karena itu model ini bisa dikatakan sebagai model untuk komputasi tunggal. Sedangkan ketiga model lainnya merupakan komputasi paralel yang menggunakan beberapa processor. Beberapa contoh komputer yang menggunakan model SISD adalah UNIVAC1, IBM 360, CDC 7600, Cray 1 dan PDP 1.

SIMD (Single Instruction, Multiple Data)

Processor dengan instruksi yang sama, namun setiap processor mengolah data yang berbeda. Sebagai contoh kita ingin mencari angka 27 pada deretan angka yang terdiri dari 100 angka, dan kita menggunakan 5 processor. Pada setiap processor kita menggunakan algoritma atau perintah yang sama, namun data yang diproses berbeda. Misalnya processor 1 mengolah data dari deretan / urutan pertama hingga urutan ke 20, processor 2 mengolah data dari urutan 21 sampai urutan 40, begitu pun untuk processor-processor yang lain. 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).

MISD (Multiple Instruction, Single Data)

Merupakan singkatan dari Multiple Instruction, Single Data. MISD menggunakan banyak processor dengan setiap processor menggunakan instruksi yang berbeda namun mengolah data yang sama. Hal ini merupakan kebalikan dari model SIMD. Untuk contoh, kita bisa menggunakan kasus yang sama pada contoh model SIMD namun cara penyelesaian yang berbeda. Pada MISD jika pada komputer pertama, kedua, ketiga, keempat dan kelima sama-sama mengolah data dari urutan 1-100, namun algoritma yang digunakan untuk teknik pencariannya berbeda di setiap processor. Sampai saat ini belum ada komputer yang menggunakan model MISD.

MIMD (Multiple Instruction, Multiple Data)

Merupakan singkatan dari Multiple Instruction, Multiple Data. MIMD menggunakan banyak processor dengan setiap processor memiliki instruksi yang berbeda dan mengolah data yang berbeda. Namun banyak komputer yang menggunakan model MIMD juga memasukkan komponen untuk model SIMD. Beberapa komputer yang menggunakan model MIMD adalah IBM POWER5, HP/Compaq AlphaServer, Intel IA32, AMD Opteron, Cray XT3 dan IBM BG/L.

Sumber :

http://nazaruddin.blog.unigha.ac.id/2013/08/24/pengertian-komputasi-paralel/

http://no21reason.blogspot.co.id/2013/05/parallel-computation.html

Pengantar Quantum Computation

·         Pendahuluan

Quantum Computation adalah bidang studi yang difokuskan pada teknologi komputer berkembang berdasarkan prinsip-prinsip teori kuantum, dimana penghitungan ini menggunakan langsung fenomena kuantum mekanik, dan perhitungan ini seperti superposisi dan belitan. Untuk melakukan operasi pada data, Quantum komputer berbeda dari komputer tradisional yang didasarkan pada transistor. Prinsip dasar di balik perhitungan kuantum adalah bahwa sifat kuantum dapat digunakan untuk mewakili data dan melakukan operasi pada data.

·         Entanglement

Entanglement merupakan suatu teori mekanika quantum yang menggambarkan seberapa cepat dan betapa kuatnya keterhubungan partikel-partikel pada Quantum computer yang dimana jika suatu partikel diperlakukan “A” maka akan memberikan dampak “A” juga ke partikel lainnya.

Ada juga pemahaman lain tentang Entanglement menurut Albert Einsten “Entanglement Kuantum” di istilahkan “Perbuatan Sihir Jarak Jauh” yang merupakan sifat dasar mekanika kuantum. Entanglement memungkinkan informasi kuantum tersebar dalam puluhan ribu kilometer, dan hanya dibatasi oleh seberapa cepat dan seberapa banyak pasangan entanglement dapat bekerja dalam ruang. Dari sumber yang saya dapatkan dari internet : [Quantum entanglement]  merupakan fenomena yang menghubungkan dua partikel sedemikian rupa sehingga perubahan yang terjadi pada satu partikel seketika itu juga tercermin dalam partikel lainnya, meski mungkin secara fisik diantara mereka terpisah beberapa tahun cahaya.

·         Quantum Gates

Quantum Gates adalah sebuah gerbang kuantum yang berfungsi mengoperasikan bit yang terdiri dari 0 dan 1 menjadi qubits. Cara kerja Gerbang kuantum mirip dengan gerbang logika klasik. Gerbang logika klasik mengambil bit sebagai input, mengevaluasi dan memproses input dan menghasilkan bit baru sebagai output. Gerbang logika kuantum mengambil dalam qubit yang bisa eksis dalam keadaan superposisi, ini membuka dimensi baru seluruh kemungkinan solusi dan output.

Dalam komputer kuantum dan khususnya model rangkaian kuantum perhitungan, sebuah quantum gates atau quantum logic gates adalah dasar kuantum sirkuit operasi pada sejumlah kecil qubit. Mereka adalah blok bangunan sirkuit kuantum, seperti logic gates klasik untuk sirkuit digital konvensional.

·         Algoritma Shor

Algoritma Shor adalah suatu teori dimana komputer kuantum dapat memecahkan sebuah kode rahasia yang digunakan untuk mengamankan pengiriman data. Kode ini disebut kode RSA. Jika disandikan melalui kode RSA, data yang dikirimkan akan aman karena kode RSA tidak dapat dipecahkan dalam waktu yang singkat. Selain itu, pemecahan kode RSA membutuhkan kerja ribuan komputer secara paralel sehingga kerja pemecahan ini tidaklah efektif.

Algoritma Shor yang dinamai oleh matematikawan Peter Shor , adalah algoritma kuantum yang merupakan suatu algoritma yang berjalan pada komputer kuantum yang berguna untuk faktorisasi bilangan bulat. Algoritma Shor dirumuskan pada tahun 1994.  Inti dari algoritma ini merupakan bagaimana cara menyelesaikan faktorisasi terhadap bilangan interger atau bulat yang besar.

Efisiensi algoritma Shor adalah karena efisiensi kuantum Transformasi Fourier , dan modular eksponensial. Jika sebuah komputer kuantum dengan jumlah yang memadai qubit dapat beroperasi tanpa mengalah kebisingan dan fenomena interferensi kuantum lainnya, algoritma Shor dapat digunakan untuk memecahkan kriptografi kunci publik skema seperti banyak digunakan skema RSA. Algoritma Shor terdiri dari dua bagian:

• Penurunan yang bisa dilakukan pada komputer klasik, dari masalah anjak untuk masalah ketertiban-temuan.
• Sebuah algoritma kuantum untuk memecahkan masalah order-temuan.

Sumber:

https://martamarisa53.wordpress.com/2016/04/18/pengantar-quantum-computation/

https://andrifirmanc.wordpress.com/2016/04/07/pengantar-quantum-computation/