Paralel Computing

Paralel Computing

Nama           : Wandi Muhammad Arif

Kelas           : 4IA21

Npm             : 5C414180

Mata kuliah : Pengantar Komputasi Modern

PARALLEL PROCESSING

Pengertian

Pemrosesan paralel (parallel processing) adalah penggunakan lebih dari satu CPU untuk menjalankan sebuah program secara simultan. Idealnya, parallel processing membuat programberjalan 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 yangdiperlukan sangat besar, baik karena harus mengolah data dalam jumlah besar ataupun karenatuntutan proses komputasi yang banyak. Untuk melakukan aneka jenis komputasi paralel inidiperlukan infrastruktur mesin paralel yang terdiri dari banyak komputer yang dihubungkandengan jaringan dan mampu bekerja secara paralel untuk menyelesaikan satu masalah. Untuk itudiperlukan aneka perangkat lunak pendukung yang biasa disebut sebagaimiddleware yangberperan untuk mengatur distribusi pekerjaan antar node dalam satu mesin paralel. Selanjutnyapemakai harus membuat pemrograman paralel untuk merealisasikan komputasi.

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

Komputasi paralel membutuhkan:

• algoritma
• bahasa pemrograman
• compiler 

Sebagai besar komputer hanya mempunyai satu CPU, namun ada yang mempunyai lebih darisatu. 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.

Contoh struktur dari parallel processing sbb :

Aristektur Komputer Parallel

1. Komputer SISD (Single Instruction stream-Single Data stream)
2. Komputer SIMD (Single Instruction stream-Multiple Data stream)
3. Komputer MISD (Multiple Instruction stream-Single Data stream)
4. Komputer MIMD (Multiple Instruction stream-Multiple Data stream)

• Perkembangan Komputasi Paralel Pada Masa Kini

Komputasi paralel pada masa kini dapat diimplementasikan pada komputer-komputer rumah (Home User). Karena saat ini komputer-komputer sudah memiliki lebih dari 1 core, sehingga dapat diimplementasikan dengan mudah. Akan tetapi penggunaan CPU pada komputasi paralel dirasa kurang memiliki performance yang optimal, sehingga para developer dari NVIDIA mengembangkan hardware yang diberi nama GPU (Graphical Processing Unit) pada tahun 1999, GPU memiliki performance yang jauh lebih baik daripada CPU karena memiliki Core (Inti) yang lebih banyak daripada CPU, 1 inti dapat memiliki banyak thread (Benang), sehingga program dapat berjalan dengan optimal.

NVIDIA juga mengembangkan sebuah software yang dapat digunakan bersamaan dengan GPU NVIDIA, software tersebut diberi nama CUDA (Compute Unified Device Architecture). CUDA digunakan untuk mengendalikan GPU sehingga dapat berjalan dengan optimal dan dikendalikan dengan mudah.

 NVIDIA memiliki 3 arsitektur GPU yang dapat digunakan untuk komputasi paralel, arsitektur tersebut adalah :

NVIDIA Tesla Architecture
NVIDIA Fermi Architecture
NVIDIA Kepler Architecture
Arsitektur yang pertama kali diproduksi secara massal oleh NVIDIA adalah Tesla. Lalu selanjutnya dioptimalkan dengan Fermi, dan yang saat ini paling banyak digunakan adalah Kepler.

SOURCE :

https://dikky12.wordpress.com/2011/04/01/parallel-processing/

http://jonathan-boanerges.blogspot.com/2013/06/parallel-programming-parallel-computing.html

Quantum Computation


Judul                : Quantum Computation (Tugas 2)
Nama               : Wandi Muhammad Arif
NPM                : 5C414180
Kelas               : 4IA21
Mata Kuliah     : Pengantar Komputasi Modern
Nama Dosen    : Indra Adi Permana

Quantum Computation

Merupakan alat hitung yang menggunakan mekanika kuantum seperti superposisi dan keterkaitan, yang digunakan untuk peng-operasi-an data. Perhitungan jumlah data pada komputasi klasik dihitung dengan bit, sedangkan perhitungan jumlah data pada komputer kuantum dilakukan dengan qubit. Prinsip dasar komputer kuantum adalah bahwa sifat kuantum dari partikel dapat digunakan untuk mewakili data dan struktur data, dan bahwa mekanika kuantum dapat digunakan untuk melakukan operasi dengan data ini. Dalam hal ini untuk mengembangkan komputer dengan sistem kuantum diperlukan suatu logika baru yang sesuai dengan prinsip kuantum.


Sejarah Komputasi Quantum

     Pada tahun 70’an, ide tentang komputer kuantum muncul dari para fisikawan dan ilmuwan komputer. Feynman dari California Institute of Technology lah yang pertama kali menunjukkan bahwa sebuah sistem kuantum dapat digunakan untuk komputasi dan menjadi simulator untuk fisika kuantum. Kemudian berlanjut di tahun 1985, Deutsch menyadari bahwa, secara prinsip, semua proses fisika dapat dimodelkan dengan komputasi kuantum, sehingga memungkinkan komputer kuantum dapat mengungguli komputer klasik saat itu. Kemdian sampai pada tahun 1995, Peter Shor merumuskan sebuah algoritma yang memungkinkan penggunaan komputer kuantum untuk memecahkan masalah faktorisasi dalam teori bilangan.
     Sampai saat ini, riset dan eksperimen pada bidang komputer kuantum masih terus dilakukan di seluruh dunia. Berbagai metode dikembangkan untuk memungkinkan terwujudnya sebuah komputer yang memilki kemampuan yang luar biasa ini. Sejauh ini, sebuah komputer kuantum yang telah dibangun hanya dapat mencapai kemampuan untuk memfaktorkan dua digit bilangan. Komputer kuantum ini dibangun pada tahun 1998 di Los Alamos, Amerika Serikat, menggunakan NMR (Nuclear Magnetic Resonance).

Lalu, bagaimana teori dasar dari komputasi kuantum itu?

     Keadaan dimana dua atom yang berbeda berhubungan sedemikian hingga satu atom mewarisi sifat atom pasangannya dinamakan entanglement. Entanglement adalah esensi komputasi kuantum karena ini adalah jalinan kualitas yang berhubungan dengan lebih banyak informasi dalam bit kuantum dibanding dengan bit komputing klasik. Para ahli fisika dari University of Maryland telah satu langkah lebih dekat ke komputer kuantum dengan mendemonstrasikan eksistensi entanglement antara dua gurdi kuantum, masing-masing diciptakan dengan tipe sirkuit padat yang dikenal sebagai persimpangan Josephson. Temuan terbaru ini mendekatkan jalan menuju komputer kuantum dan mengindikasikan bahwa persimpangan Josephson pada akhirnya dapat digunakan untuk membangun komputer supercanggih.

a. Entanglement

Entanglement adalah efek mekanik kuantum yang mengaburkan jarak antara partikel individual sehingga sulit menggambarkan partikel tersebut terpisah meski Anda berusaha memindahkan mereka. Contoh dari quantum entanglement: kaitan antara penentuan jam sholat dan quantum entanglement. Mohon maaf bagi yang beragama lain saya hanya bermaksud memberi contoh saja. Mengapa jam sholat dibuat seragam? Karena dengan demikian secara massal banyak manusia di beberapa wilayah secara serentak masuk ke zona entanglement bersamaan.

b. Pengoperasian Data Qubit

Qubit merupakan kuantum bit , mitra dalam komputasi kuantum dengan digit biner atau bit dari komputasi klasik. Sama seperti sedikit adalah unit dasar informasi dalam komputer klasik, qubit adalah unit dasar informasi dalam komputer kuantum . 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.

c. Quantum Gates

Pada saat ini, model sirkuit komputer adalah abstraksi paling berguna dari proses komputasi dan secara luas digunakan dalam industri komputer desain dan konstruksi hardware komputasi praktis. Dalam model sirkuit, ilmuwan komputer menganggap perhitungan apapun setara dengan aksi dari sirkuit yang dibangun dari beberapa jenis gerbang logika Boolean bekerja pada beberapa biner (yaitu, bit string) masukan. Setiap gerbang logika mengubah bit masukan ke dalam satu atau lebih bit keluaran dalam beberapa mode deterministik menurut definisi dari gerbang. dengan menyusun gerbang dalam grafik sedemikian rupa sehingga output dari gerbang awal akan menjadi input gerbang kemudian, ilmuwan komputer dapat membuktikan bahwa setiap perhitungan layak dapat dilakukan.

Quantum Logic Gates, Prosedur berikut menunjukkan bagaimana cara untuk membuat sirkuit reversibel yang mensimulasikan dan sirkuit ireversibel sementara untuk membuat penghematan yang besar dalam jumlah ancillae yang digunakan.

–  Pertama mensimulasikan gerbang di babak pertama tingkat.

–  Jauhkan hasil gerbang di tingkat d / 2 secara terpisah.

–  Bersihkan bit ancillae.

–  Gunakan mereka untuk mensimulasikan gerbang di babak kedua tingkat.

–  Setelah menghitung output, membersihkan bit ancillae.

–  Bersihkan hasil tingkat d / 2.

d. Algoritma Shor

Algoritma Shor, dinamai matematikawan Peter Shor , adalah algoritma kuantum yaitu 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 terhaadap bilanga 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.

Hambatan runtime dari algoritma Shor adalah kuantum eksponensial modular yang jauh lebih lambat dibandingkan dengan kuantum Transformasi Fourier dan pre-/post-processing klasik. Ada beberapa pendekatan untuk membangun dan mengoptimalkan sirkuit untuk eksponensial modular. Yang paling sederhana dan saat ini yaitu pendekatan paling praktis adalah dengan menggunakan meniru sirkuit aritmatika konvensional dengan gerbang reversibel , dimulai dengan penambah ripple-carry. Sirkuit Reversible biasanya menggunakan nilai pada urutan n ^ 3, gerbang untuk n qubit. Teknik alternatif asimtotik meningkatkan jumlah gerbang dengan menggunakan kuantum transformasi Fourier , tetapi tidak kompetitif dengan kurang dari 600 qubit karena konstanta tinggi.


Daftar Pustaka

https://rezkinadia.wordpress.com/2017/04/22/tentang-quantum-computation/
https://adityaakaputra.wordpress.com/2016/06/09/pengertian-quantum-computation-parallel-computation/