Ree San

Konsep paralel merupakan sebuah metode untuk mengerjakan suatu tugas atau operasi yang melibatkan beberapa pemroses secara bersamaan. Komputasi paralel merupakan suatu teknik atau metode untuk memproses perhitungan atau pekerjaan dengan melibatkan beberapa perangkat secara bersamaan. Komputasi paralel umumnya memerlukan kapasitas yang sangat besar karena perlu mengolah data yang sangat banyak. Selain itu, komputasi paralel juga digunakan untuk melakukan perhitungan yang sangat rumit, sehingga memerlukan sejumlah instruksi yang bekerja dalam waktu yang bersamaan. Tujuan dasar paralelisme adalah untuk memecahkan masalah yang besar dengan mudah. Berikut adalah ilustrasi dari konsep paralel.

 

Pada prakteknya, komputasi paralel memanfaatkan beberapa CPU untuk memproses operasi pada perangkat lunak tertentu. Beberapa perangkat lunak bekerja sangat lambat ketika ditangani oleh satu CPU karena operasinya yang rumit atau prosesnya yang banyak. Prosesor dengan satu CPU seperti ini disebut dengan single-core. Seiring berkembangnya penerapan ilmu paralel, prosesor modern mulai menerapkan multi-core, dimana sebuah prosesor memiliki lebih dari satu inti, sehingga dapat memproses operasi lebih cepat.

Proses terdistribusi merupakan suatu gagasan untuk mengkoordinasikan beberapa perangkat yang terpisah secara fisik untuk terlibat dalam proses tertentu. Proses terdistribusi erat kaitannya dengan konsep paralel. Secara teknis dapat diibaratkan sebuah organisasi yang memungkinkan anggotanya mendedikasikan komputer mereka masing-masing untuk mengolah beberapa data yang diberikan kepada mereka dari server.

Pada kasus lain, konsep client-server dapat berada pada kondisi cluster, dimana antara client dan server berhubungan langsung. Hal ini yang menjadi perbedaan dengan konsep sebelumnya. Melalui hubungan langsung ini, client hanya melakukan perhitungan yang diberikan oleh server.

 

Pada penerapannya, konsep komputasi paralel memiliki arsitektur tersendiri. Menurut klasifikasi Flynn, arsitektur komputasi paralel terbagi menjadi empat. Dibawah ini merupakan penjelasan masing-masing arsitekturnya.

 

Konsep ini merupakan yang paling primitif, dimana sebuah data ditangani oleh hanya sebuah pemroses juga. Pada penerapan komputasi, komputer dengan arsitektur SISD hanya memiliki satu prosesor yang dijalankan secara seri. Hal tersebut membuat SISD tidak termasuk ke dalam konsep komputer paralel.

Arsitektur ini masih mirip dengan yang sebelumnya, dimana sebuah komputer hanya memiliki satu prosesor dengan instruksi tunggal. Perbedaanya terletak pada data yang ditangani. Meskipun memiliki instruksi tunggal, data yang diproses tidak tunggal, melainkan jamak.

Berdasarkan namanya, konsep ini menerapkan banyak instruksi terhadap sebuah data. Dengan kata lain data tunggal proses oleh banyak instruksi. Pada prakteknya, komputer ini memiliki satu prosesor mengerjakan beberapa instruksi terhadap data. Kendati demikian, tidak ada komputer yang dibangun dengan arsitektur ini karena sistemnya yang rumit.

Komputer memiliki beberapa instruksi dan dapat menangani beberapa data. Konsep ini digunakan sebagai arsitektur pada komputer paralel. Masing-masing instruksi menangani data-data yang berbeda.

IMPLEMENTASI KOMPUTASI PARALEL PADA KOMPUTASI AWAN

Salah satu bidang yang dapat diterapkan komputasi paralel adalah teknologi komputasi awan. Komputasi awan merupakan sebuah layanan dimana data disimpan dalam server yang terhubung dengan internet, sehingga dapat diakses dimana saja. Sifat dari penyimpanan yang seolah mengikuti dimanapun pengguna berada ini yang membuatnya disebut sebagai komputasi awan. Beberapa teknologi paralel yang diterapkan pada komputasi awan diantaranya dibawah ini.

Infrastructure As Service

Konsep ini menjadikan infrastruktur sebagai layanan, hal ini meliputi grid untuk server virtual, penyimpanan dan jaringan.

Platform As Service

Konsep ini menjadikan platform sebagai layanan, memfokuskan pada aplikasi dimana dalam hal ini memungkinkan developer untuk tidak memikirkan perangkat keras dan tetap fokus pada pengembangan aplikasinya tanpa harus mengkhawatirkan sistem operasinya, skala infrastruktur, load balance dan lainnya.

Software As Service

Konsep ini menjadikan perangkat lunak sebagai layanan, memfokuskan pada aplikasi dengan antarmuka berbasis web yang dapat diakses melalui layanan web.

PENERAPAN KOMPUTASI PARALEL PADA PERUSAHAAN SMARTFREN

Smartfren merupakan salah satu perusahaan yang bergerak dibidang teknologi. Perusahaan Smartfren menerapkan komputasi paralel pada produk smartphonenya. Penerapan komputasi modern dalam smartphone terletak pada bidang mobile computing. Dengan mobile computing, pengguna smartphone dapat menggunakan komputer dimana saja dan kapan saja. Mobile computing memungkinkan penggunanya untuk melakukan perpindahan. sekumpulan peralatan (hardware), data, dan perangkat lunak aplikasi dengan lebih mudah. Beberapa fitur mobile computing yang terdapat di smartphone antara lain GPS, web browser dan beberapa aplikasi lainnya.

Selain mobile computing, produk smartphone juga menerapkan komputasi paralel dalam bidang cloud computing. Smartphone mendukung aplikasi cloud computing seperti Dropbox dan Google Drive. Seiring dengan berkembangnya zaman, smartphone atau telepon pintar dirancang untuk dapat mengerjakan dan menjalankan beberapa tugas sekaligus. Dengan menerapkan komputasi paralel, maka smartphone dapat melakukan atau menjalankan beberapa aplikasi secara bersamaan seperti aplikasi chatting, browsing, streaming dan lainnya.

Pendahuluan

Komputasi quantum mempelajari teori sistem komputasi (komputer quantum) yang membuat penggunaan langsung dari fenomena mekanika quantum, seperti superposisi dan entanglement(keterikatan), untuk menjalankan operasi pada data. Komputer quantum berbeda dari komputer digital yang berbasis transistor. Karena komputer digital memerlukan data untuk dikodekan ke dalam digit biner (bits), setiap bits pasti dalam satu dari dua keadaan tentu (0 atau 1), komputasi quantum menggunakan qubit yang mana dapat berada dalam kondisi superposisi. Mesin Turing quantum adalah model teoritis dari komputer, dan juga dikenal sebagai komputer quantum universal. Komputer quantum berbagi kesamaan teori dengan komputer probabilistik dan non-deterministik. Bidang komputasi quantum diawali oleh karya Paul Benioff dan Yuri Manin pada 1980,

Terdapat beberapa perbedaan antara komputer klasik dengan komputer quantum. Pada komputer klasik, memori berbentuk string dari 0 dan 1, dan ia mampu melakukan perhitungan hanya pada sekumpulan bilangan secara simultan. Sedangkan komputer quantum menggunakan bentuk superposisi dari bilangan-bilangan yang berbeda sebagai bentuk memorinya. Komputer quantum dapat melakukan perhitungan klasik reversible secara bebas pada semua bilangan disaat yang sama, kemudian penginterferesian semua hasil untuk mendapatkan satu jawaban, sehingga komputer quantum jauh lebih kuat dari komputer klasik.

Entanglement

Entanglement adalah suatu cara atau gambaran cara bagaimana partikel dapat berkorelasi, dianggatp dan diprediksi berinteraksi satu sama lain tanpa terpaut jarak. Tidak ada keadaan serupa dalam metode klasik. Entanglement berpengaruh pada sebagian besar paralelisme sistem quantum. Komputasi yang memanfaatkan paralelisme kuantum sering disebut Entanglement-Enhanced Information Processing. Entanglement secara teori diyakini dapat mempercepat komputasi. Ide bahwa seberapa cepat elektron dapat bergerak melalui kabel telah membatasi kecepatan komputer bekerja. Baik pada komputer klasik maupun quantum, entanglement diyakini dapat memecahkan batasan tersebut. Berdasarkan mekanika quantum, kekuatan dari luar yang bekerja pada dua buah partikel pada sistem quantum menyebabkan mereka berada pada kondisi entangle. Keadaan quantum dari sistem tersebut berisi semua posisi spin (momen magnetik internal) setiap partikel. Spin total sistem hanya bisa sama untuk nilai diskrit tertentu dengan probabilitas yang berbeda. Pengukuran spin total sistem kuantum tertentu menunjukkan bahwa posisi spin beberapa partikel tidak independen dari yang lainnya. Untuk sistem tersebut, ketika orientasi spin dari satu partikel

diubah dengan beberapa alasan, orientasi spin dari partikel lain akan berubah secara otomatis dan cepat. Berdasarakan pemahaman sejauh ini, kita dapat menyimpulkan bahwa kecepatan komunikasi dibatasi oleh kecepatan cahaya. Masalah selanjutnya terletak pada bagaimana partikel pada sistem quantum berkomunikasi ketika mereka mengubah orientasi spinnya.

Pengoperasian Data Qubit

Seperti yang sudah kita ketahui, satuan dasar dalam pengolahan informasi pada masa sekarang ini adalah bit, yang mana dapat kita anggap satu dari dua keadaan yang kita label 0 dan 1. dalam perilaku yang sama, kita dapat mendefinisikan satuan dasar pengolahan informasi yang dapat digunakan dalam komputasi quantum. Satuan dasar informasi dalam komputasi quantum ini disebut qubit, kependekan dari Quantum Bit. Meskipun qubit akan terlihat mirip dengan bit dalam beberapa sudut pandang, seiring kita mempelajari komputasi quantum, qubit akan secara fundamental berbeda dari bit dan perbedaan fundamental ini akan membuat kita dapat melakukan pengolahan informasi dengan cara yang baru dan menarik.

Dalam komputer kuantum, sejumlah partikel elemental seperti elektron atau foton dapat digunakan (dalam praktek, keberhasilan juga telah dicapai dengan ion), baik dengan biaya mereka atau polarisasi bertindak sebagai representasi dari 0 dan / atau 1. Setiap partikel-partikel ini dikenal sebagai qubit, sifat dan perilaku partikel-partikel ini (seperti yang diungkapkan dalam teori kuantum ) membentuk dasar dari komputasi kuantum. Dua aspek yang paling relevan fisika kuantum adalah prinsip superposisi dan Entanglement

Superposisi, pikirkan qubit sebagai elektron dalam medan magnet. Spin elektron mungkin baik sejalan dengan bidang, yang dikenal sebagai spin-up, atau sebaliknya ke lapangan, yang dikenal sebagai keadaan spin-down. Mengubah spin elektron dari satu keadaan ke keadaan lain dicapai dengan menggunakan pulsa energi, seperti dari Laser - katakanlah kita menggunakan 1 unit energi laser. Tapi bagaimana kalau kita hanya menggunakan setengah unit energi laser dan benar-benar mengisolasi partikel dari segala pengaruh eksternal? Menurut hukum kuantum, partikel kemudian memasuki superposisi negara, di mana ia berperilaku seolah-olah itu di kedua negara secara bersamaan. Setiap qubit dimanfaatkan bisa mengambil superposisi dari kedua 0 dan 1. Dengan demikian, jumlah perhitungan bahwa komputer kuantum dapat melakukan adalah 2 ^ n, dimana n adalah jumlah qubit yang digunakan. Sebuah komputer kuantum terdiri dari 500 qubit akan memiliki potensi untuk melakukan 2 ^ 500 perhitungan dalam satu langkah. Ini adalah jumlah yang mengagumkan - 2 ^ 500 adalah atom jauh lebih dari yang ada di alam semesta (ini pemrosesan paralel benar - komputer klasik saat ini, bahkan disebut prosesor paralel, masih hanya benar-benar melakukan satu hal pada suatu waktu: hanya ada dua atau lebih dari mereka melakukannya). Tapi bagaimana partikel-partikel ini akan berinteraksi satu sama lain? Mereka akan melakukannya melalui belitan kuantum

Algoritma Kuantum

Sejauh ini terdapat dua jenis algoritma yang biasa digunakan dalam komputasi quantum. Algoritma tersebut diantaranya adalah algoritma Grover dan algoritma Sorting. Berikut adalah penjelasannya.

Algoritma Grover, yaitu sebuah algoritma yang menawarkan percepatan kuadrat dibandingkan pencarian linear klasik untuk list tak terurut. Sebagian besar algoritma pencarian seperti pencarian linier, pencarian biner dan pohon pencarian biner yang self-balancing, dapat dikembangkan dengan sedikit tambahan cost untuk menemukan semua nilai yang kurang dari atau lebih dari kunci nya. Operasi ini disebut range search.

Algoritma Sorting yaitu sebuah proses merangkai benda dalam urutan tertentu dan atau dalam himpunan yang berbeda. Algoritma sorting memiliki dua arti umum yang berbeda. Pertama adalah proses pengurutan atau merangkai benda yang sejenis, sekelas atau yang lainnya, dalam urutan yang teratur. Pengertian yang kedua adalah sortingmerupakan kategorisasi, pengelompokkan dan pemberian label kepada benda dengan sifat yang serupa. Algoritma-algoritma untuk melakukan sorting pada komputasi quantum masih sama seperti komputasi klasik, yaitu bubble sort, quick sort, selection sort, insertion sort, dan merge sort.

Implementasi Komputasi Quantum

Pada tahun 2000, IBM sudah membuat quantum computer dengan 5 qubits dengan atom sebagai prosesornya. & D-Wave perusahaan komputer asal Vancouver, Canada merilis kabar bahwa pihaknya telah mampu untuk beroperasi dengan prinsip quantum yang jauh lebih cepat dari komputer yang ada saat ini.

Komputer yang diberi nama “Orion” ini, memakai teknik cetakan rata yang sistematis, dipadukan dengan sebuah chip niobium superkonduksi & suhu ultrarendah, dapat mengerjakan 16 qubit. Chip inti harus dingin hingga mendekati titik nol absolut (-125.15ºC), supaya dalam proses perhitungannya tetap dalam kondisi kuantum.

Perusahaan D-Wave menuturkan, bahwa komputer kuantum ini bisa mengoperasikan 64 ribu hitungan secara bersamaan, & prototipe komputer kuantum yang diperlihatkannya pada 13 Februari 2007 merupakan komputer tipe bisnis yang pertama di dunia, di dalamnya ditanamkan chip kuantum yang dapat mengoperasikan 16 qubit.

[1] http://ilmuti.org/wp-content/uploads/2014/05/Thiofany_Angelius_Dachi_Komputer_Kuantun.pdf

[2] http://www.metode-algoritma.com/2013/02/algoritma-quantum.html

[3] http://harisvcc.blogspot.co.id/2016/05/teori-quantum-computation.html

[4] Quantum Computing Explained, David McMahon, Wiley, 2008