Parallel Computing

Apa itu Parallel Computing ?

Serial Computing

Secara tradisional , software ditulis untuk komputasi serial

·         Masalah dipecah menjadi serangkaian instruksi

·         Instruksi dijalankan secara berurutan satu demi satu

·         Dijalankan hanya menggunakan satu prosesor

·         Hanya satu instruksi yang dapat dijalankan dalam satu waktu

Parallel Computing

Dalam pengertian yang paling sederhana, Paralel Computing adalah penggunaan beberapa komputasi yang digunakan secara bersamaan untuk memecahkan masalah komputasi:

·         Masalah dipecah menjadi bagian-bagian terpisah yang dapat diselesaikan secara bersamaan

·         Selanjutnya setiap bagian dipecah menjadi serangkaian instruksi

·         Instruksi dari setiap bagian dijalankan secara bersamaan pada prosesor yang berbeda

·         Keseluruhan mekanisme kontrol / koordinasi digunakan

Parallel Computers

Hampir semua komputer yang berdiri sendiri saat ini sejajar dengan perspektif perangkat keras:

·         Beberapa functional units (L1 cache, L2 cache, branch, prefetch, decode, floating-point, graphics processing (GPU), integer, etc.)

·         Beberapa execution units/cores

·         Beberapa hardware threads

Mengapa menggunakan Parallel Computing ?

·         Hemat waktu dan/atau uang

·         Dapat menyelesaikan masalah yang lebih besar atau lebih kompleks

·         Dapat dilakukan secara bersamaan

·         Mengambil keunggulan dari sumber daya non-lokal

·         Penggunaan hardware parallel yang lebih baik

Bidang yang menggunakan Parallel Computing ?

·         Sains dan Teknik

·         Industri dan komersial

·         Aplikasi Global

Konsep dan Terminologi Parallel Computing

Arsitektur von Neumann

hampir semua komputer telah mengikuti desain dasar ini:

Terdiri dari empat komponen utama:

·         Memory

·         Control Unit

·         Arithmetic Logic Unit

·         Input/Output

Baca / tulis, random access memory digunakan untuk menyimpan instruksi dan data program

Instruksi program adalah data kode yang memberi tahu komputer untuk melakukan sesuatu

Data hanyalah informasi yang akan digunakan oleh program

Control unit mengambil instruksi / data dari memori, menerjemahkan instruksi dan kemudian mengoordinasikan operasi secara berurutan untuk menyelesaikan tugas yang diprogram.

Arithmetic Unit melakukan operasi aritmatika dasar

Input / Output adalah antarmuka ke operator manusia

Taksonomi Flynn

Taksonomi Flynn, dalam arsitektur komputer, adalah sebuah klasifikasi yang dibuat oleh Michael J. Flynn pada tahun 1966. Klasifikasi ini dibuat berdasarkan jumlah instruksi yang berjalan simultan dan konkuren, dan juga aliran data yang diprosesnya. Dalam Taksonomi Flynn, komputer dibagi menjadi empat buah kelas, yakni

·         Single Instruction Single Data Stream (SISD), yaitu sebuah komputer yang tidak memiliki cara untuk melakukan paralelisasi terhadap instruksi atau data. Contoh mesin SISD adalah PC tradisional atau mainframe yang tua.

·         Multiple Instruction, Single Data Stream (MISD), yaitu sebuah komputer yang dapat melakukan banyak instruksi terhadap satu aliran data. Komputer ini, tidak memiliki contoh, karena meski pernah dibuat, hal itu dibuat sebagai purwarupa (prototipe), dan tidak pernah dirilis secara massal.

·         Single Instruction, Multiple Data Stream (SIMD), yaitu sebuah komputer yang mampu memproses banyak aliran data dengan hanya satu instruksi, sehingga operasi yang dilakukan adalah operasi paralel. Contoh dari SIMD adalah prosesor larik (array processor), atau GPU.

·         Multiple Instruction, Multiple Data stream (MIMD), yaitu sebuah komputer yang memiliki beberapa prosesor yang bersifat otonomus yang mampu melakukan instruksi yang berbeda pada data yang berbeda. Sistem terdistribusi umumnya dikenal sebagai MIMD, entah itu menggunakan satu ruangan memori secara bersama-sama atau sebuah ruangan memori yang terdistribusi.

Arsitektur Memori Komputer Paralel

Shared Memory (UMA)

·         Karakteristik: semua prosesor dapat mengakses semua memori sebagai ruang alamat global

·         Multi prosesor dapat beroperasi secara independent namun sharing memori

·         Perubahan di lokasi memori oleh satu prosesor dapat dilihat oleh prosesor lain

·         Prosesor identik, misalnya mesin SMP

·         Upto 8 prosesor

·         Mempunyai akses dan waktu akses yang sama ke memori

·         Kadang disebut CC-UMA (cache coherent)

·         cache coherent: jika satu prosesor update suatu lokasi di memori, semua prosesor mengetahui update tsb

·         Koherensi dilakukan di level Hardware

Shared Memory (NUMA)

·         Karakteristik: prosesor mempunyai bank alamat memori sendiri

·         Prosesor dapat mengakses memori lokal dengan cepat, memori remote lebih lambat

·         Meningkatkan throughput memori selama mengakses data lokal

·         Seringkali dibuat dengan menghubungkan secara fisik 2 atau lebih SMP

·         Satu SMP dapat mengakses memori secara langsung ke SMP lain NUMA

·         Tidak semua prosesor mempunyai waktu akses yang sama ke memori

·         Akses memori lewat bus interconnect lebih lambat

·         Jika cache coherence dilakukan, disebut CC-NUMA

Kelebihan:

·         Space alamat memori global menyediakan perspektif pemrograman user-friendly ke memori

·         Sharing data antar task cepat dan uniform karena dekatnya memori ke CPU

Kekurangan:

·         Tidak scalable. Menambah CPU dapat meningkatkan trafik di jalur shared memory-CPU. Di cc-(N)UMA, pertambahan trafik berkaitan dengan manajemen cache/memori

·         Programmer bertanggung jawab untuk sinkronisasi yang memastikan akses yang tepat ke memori global

·         Akan bertambah semakin kompleks dan mahal seiring bertambahnya jumlah prosesor

Distributed Memory

·         Tiap prosesor mempunyai memori lokal sendiri

·         Sehingga prosesor dapat beroperasi secara independen

·         Perubahan ke lokal memori tidak membawa efek ke memori lain

·         Konsep cache coherence tidak berlaku

·         Jika memerlukan interprosesor, tugas programmer secara eksplisit mendefinisikan bagaimana dan kapan data akan dikomunikasikan

Kelebihan:

·         scalable jumlah prosesor dan ukuran memori dapat ditingkatkan

·         Tiap prosesor dapat mengakses memorinya tanpa interferensi dan overhead, seperti di koherensi cache

·         Cost effective: dapat menggunakan PC komoditas, off-the-self processor

Kekurangan:

·         tugas programmer semakin kompleks terkait detail komunikasi data

·         Mapping data struktur berbasis memori globlal bisa susah

Hybrid Memory

·         Terdiri dari arsitektur memori shared dan distributed

·         Komponen memori shared biasanya mesin SMP koheren

·         Prosesor di mesin SMP mempunyai akses global ke memori mesin tersebut

·         Komponen distributed adalah jaringan SMP multiple

·         SMP hanya tahu memorinya saja

·         Komunikasi jaringan diperlukan untuk memindahkan data dari satu SMP ke lainnya

Pengantar Komputasi Modern

Komputasi

Komputasi dapat diartikan sebagai cara untuk menemukan pemecahan masalah dari data input dengan menggunakan suatu algoritma. Hal ini disebut juga dengan teori komputasi, yaitu sebuah bidang pelajaran yang menggabungkan ilmu komputer dan matematika untuk menganalisis suatu masalah dari data input yang dapat dipecahkan pada model matematika dengan menggunakan suatu Algoritma. Teori komputasi juga merupakan cabang ilmu komputer dan matematika yang membahas Apakah dan Bagaimanakah suatu masalah dapat dipecahkan pada model komputasi dengan menggunakan Algoritma.

Karakteristik Komputasi Modern

Karakteristik komputasi modern ada 3 macam, yaitu :

Komputer-komputer penyedia sumber daya bersifat heterogenous karena terdiri dari berbagai jenis perangkat keras, sistem operasi, serta aplikasi yang terpasang.
Komputer-komputer terhubung ke jaringan yang luas dengan kapasitas bandwidth yang beragam.
Komputer maupun jaringan tidak terdedikasi, bisa hidup atau mati sewaktu-waktu tanpa jadwal yang jelas

Penerapan Komputasi Modern dalam bidang Kesehatan

didalam bidang kesehatan ada salah satu ilmu yang menggunakan komputasi modern, salah satunya adalah Radiologi.

Apa itu Radiologi?

Radiologi adalah ilmu kedokteran yang menggunakan radiasi untuk diagnosis dan pengobatan penyakit. Radiasi dimanfaatkan untuk terapi atau studi pencitraan.

Untuk tujuan diagnostik, radiasi menjadi sumber energi untuk tes pencitraan. Radiologi diagnostik juga disebut sebagai radioskopi. Dengan radiasi, dokter dapat melihat bagian dalam tubuh tanpa prosedur invasif.

Berikut peranan komputasi modern dalam radiologi adalah:

pemeriksaan foto Rontgen

Pemeriksaan foto Rontgen dilakukan untuk menampilkan bagian tubuh pasien dalam gambar 2 dimensi dengan menggunakan mesin yang mengeluarkan radiasi sinar-X.

Pemeriksaan fluoroskopi

Fluoroskopi adalah pemeriksaan yang menggunakan sinar-X untuk menampilkan gambar bagian dalam tubuh. Berbeda dari pemeriksaan Rontgen biasa yang menampilkan gambar, fluoroskopi menampilkan bagian tubuh pasien dalam format seperti video.

Fluoroskopi bisa dilakukan untuk keperluan diagnosis, atau untuk membantu dokter dalam menjalankan berbagai prosedur, seperti katerisasi jantung. Lama pemeriksaan fluoroskopi tergantung pada bagian tubuh yang diperiksa.

Pemeriksaan ultrasound (USG)

Pemeriksaan USG dilakukan menggunakan gelombang suara berfrekuensi tinggi, yang diarahkan ke bagian tubuh yang akan diperiksa. Gelombang suara tersebut akan memantul saat mengenai objek padat, seperti organ dalam tubuh atau tulang. Kemudian, pantulan gelombang suara akan ditangkap oleh alat (probe) yang ditempelkan ke permukaan tubuh pasien, dan diolah oleh komputer menjadi gambar 2 dimensi atau 3 dimensi.

Pemeriksaan CT scan

Pemeriksaan CT scan bertujuan menampilkan gambar bagian dalam tubuh pasien dengan lebih jelas dari berbagai sudut. CT scan dijalankan menggunakan mesin pemancar sinar-X yang dilengkapi sistem komputer khusus, sehingga bisa menampilkan gambar organ tubuh secara detail. Gambar yang dihasilkan dapat digabungkan menjadi gambar 3 dimensi.

Pemeriksaan MRI

Pemeriksaan MRI adalah salah satu metode untuk melihat kondisi bagian dalam tubuh. Berbeda dengan pemeriksaan lain, MRI dilakukan menggunakan mesin yang dilengkapi medan magnet kuat yang dapat menghasilkan gambar bagian dalam tubuh pasien.

Pemeriksaan kedokteran nuklir

Pemeriksaan kedokteran nuklir menggunakan mesin pemindai yang dilengkapi dengan kamera gamma. Kamera gamma ini berfungsi menangkap sinar gamma yang dihasilkan cairan radioaktif (tracer), yang disuntikkan pada pasien sebelum pemeriksaan dilakukan. Sinar yang ditangkap kamera gamma akan diolah oleh komputer menjadi gambar 3 dimensi. Kemudian, dokter akan menganalisa gambar dan membuat diagnosis.