CLUSTER KOMPUTER SEBAGAI
PENGGANTI SUPER KOMPUTER TUNGGAL
BAYU PRIANTO
TEGUH SUPRIONO
CHARLO ANDREAS
RIKI ARSO
DEDI MISWAR
TONDY RIDHO PRATAMA
Peneliti Bidang Material Dirgantara, LAPAN
RINGKASAN
Pemodelan kimia komputasi adalah ilmu kimia yang menggunakan hasil matematis kimia teori yang diterjemahkan ke dalam program komputer untuk menghitung sifat-sifat molekul dan perubahannya. Dalam perhitungan sifat-sifat molekul dan perubahannya diperlukan teori mekanika kuantum dan komputer dengan kinerja yang tinggi seperti super komputer untuk menyelesaikan persamaan mekanika kuantum tersebut. Super komputer tunggal mulai dikenal luas pada tahun 1960-an hingga akhir tahun 1990-an. Setelah tahun 1990-an, banyak bermunculan cluster komputer yang mulai menggantikan super komputer tunggal. Cluster komputer adalah kumpulan dari beberapa komputer tunggal dengan kinerja rendah menjadi satu kesatuan dengan kinerja yang tinggi, dan cluster komputer juga biasa disebut sebagai super komputer. Kelebihan dari cluster komputer dibandingkan dengan super komputer tunggal adalah 1) Tidak diperlukan sistem pendingin khusus,
2) mudah untuk ditingkatkan kinerjanya (dengan penambahan jumlah komputer tunggal).
1. PENDAHULUAN
Dalam ilmu kimia, super komputer digunakan sebagai alat untuk pemodelan molekul kimia. Model didefinisikan sebagai gambaran sederhana atau gambaran ideal dari suatu sistem atau proses, seringkali dalam bentuk persamaan matematika, atau perencanaan yang digunakan untuk memfasilitasi perhitungan dan prediksi. Oleh karena itu pemodelan molekul tersebut terkait dengan cara untuk meniru perilaku molekul dan sistem molekul. Ilmu kimia adalah bidang keilmuan yang terkait erat dengan sistem mikroskopik atau bahkan atomik.
Teori modern yang dapatmenjelaskan sistem atomik dan molekul adalah teori mekanika kuantum. Akan tetapi, penyelesaian persamaan mekanika kuantum tidaklah mudah jika hanya menggunakan kalkulator tangan, dengan kata lain diperlukan suatu komputer dengan kinerja tinggi untuk menyelesaikan persamaan tersebut. Oleh karena itu, super komputer kini telah banyak digunakan oleh para kimiawan untuk pemodelan molekul (sebagai alat untuk menyelesaikan persamaan mekanika kuantum untuk menjelaskan sistem molekul tersebut).
2. Permasalahan
Komputer adalah sebuah mesin yang berperan dalam memanipulasi data berdasarkan instruksi-instruksi yang diberikan. Kemampuan untuk menyimpan dan melaksanakan instruksiinstruksi yang disebut sebagai program, membuat komputer sangat bermanfaat dan sangat berbeda dari kalkulator. Kemampuan dari komputer tersebut sangat bergantung pada kemampuan dari CPU (Central Processing Unit/ Unit Pusat Pemrosesan). Pada awalnya CPU tersusun dari banyak komponen yang terpisah, tetapi sejak tahun 1970-an CPU mulai dikembangkan, sehingga kini CPU hanya tersusun dari sebuah komponen yang dikenal sebagai microprocessor (rangkaian yang terintegrasi menjadi satu). Dengan kata lain, kemampuan
dari komputer sangat bergantung pada kapasitas dari microprocessor-nya. Semakin besar kapasitas microprocessor-nya, maka kinerja/ kemampuan dari komputer pun semakin meningkat.
3. Cluster Komputer
Saat ini, pasar super komputer tidak lagi didominasi oleh Cray, karena kini perusahaan seperti IBM dan HP juga telah memasuki pasar super komputer. Setelah tahun 1990-an, banyak bermunculan cluster komputer yang mulai menggantikan super komputer tunggal. Namun, cluster komputer tersebut terkadang biasa disebut juga sebagai super komputer, karena kemampuannya untuk melakukan perhitungan besar seperti super komputer tunggal. Kini cluster komputer berkembang lebih cepat dibandingkan dengan super komputer tunggal. Cluster komputer adalah gabungan dari 2 buah komputer tunggal atau lebih menjadi satu kesatuan. Ketentuan untuk membentuk cluster komputer adalah sebagai berikut :
Komputer tunggal yang digabungkan tersebut dapat berupa komputer pribadi, atau komputer server,
Masing-masing komputer tunggal terkoneksi menjadi cluster komputer melalui jaringan Ethernet,
Diperlukan software seperti MPI untuk komunikasi antar komputer tunggal dalam jaringan cluster komputer. Contoh cluster komputer :
Gambar 3-1: Cluster komputer yang terdiri dari
10 komputer tunggal, dengan sistem
operasi linux
Gambar 3-2: Cluster komputer yang digunakan
oleh NASA
Komponen Untuk Membangun sebuah Cluster Komputer
UNTUK 4 NODE
ü 4 Unit Pentium II (RAM 64MB atau lebih, disk 2GB atau lebih besar, dan drive CD-ROM
ü 5 Unit Fast Ethernet Network Interface Cards– 5
ü Kabel UTP “kategory 5” dengan RJ45
ü Hub atau witch
ü Linux CD (misal Extreme Linux);
ü MPICH
Model dan Konfigurasi Pada Cluser Komputer
Server Terpisah
– Setiap komputer merupakan sebuah server terpisah
– Tidak men- shared disks
– Perlu software manajemen atau scheduling
– Data harus secara konstan dikopi diantara sistem
Tidak men-shared apapun (non-shared)
– Mereduksi overhead kommunikasi
– Beberapa servers terkoneksi pada diskdiskbersama (common disks)
– Disks terpartisi menjadi volume-2
– Setiap volume dimiliki oleh sebuahkomputer
– Jika sebuah komputer gagal, komputer yang lainnya memperoleh kepemilikan (ownership) volume
Manfaat Membangun Cluster Komputer
Skalibilitas absolut (absolute scalability)
– Dapat mempunyai lusian mesin-mesin yang masing-masing multiprocessor
Incremental scalability
– Penambahan sistem-2 baru dengan inkremen yang kecil (small increments)
High availability
– Kegagalan satu node tidak berarti “loss of service”
Superior price/performance
– Dengan biaya yang jauh lebih murah, Cluster dapat menghasilkan power komputasi yang sama atau lebih tinggi dari riil komputer parallel
4. CLUSTER KOMPUTER PENGGANTI SUPER KOMPUTER TUNGGAL
Banyak kelebihan dari cluster komputer dibandingkan dengan super komputer tunggal, sehingga kini cluster komputer lebih berkembang pesat dibandingkan dengan super komputer tunggal. Perbandingan antara super komputer tunggal dengan cluster komputer dapat dilihat pada Tabel 4-1. Sampai akhir bulan November 2007 lalu, cluster komputer tercepat adalah Blue Gene/L. Cluster komputer ini terdiri dari 65.536 komputer, masing-masing komputer terdiri dari 2 prosessor, dan masing-masing prosessor memproses 2 aliran data secara bersamaan.
PERBANDINGAN SUPER KOMPUTER TUNGGAL DENGAN CLUSTER KOMPUTER
Perbandingan | Super Komputer Tunggal | Cluster Komputer |
Spesifikasi Hardware | Komputer tunggal, dengan kinerja komputer disesuaikan dengan kebutuhan. Misal super komputer tunggal dengan kecepatan 12,25 TeraFLOPS. | Misal untuk menghasilkan kecepatan cluster komputer 12,25 TeraFLOPS terdiri dari 1100 komputer, dengan masing-masing komputer memiliki spesifikasi : Dual prosesor 2,3 GHZ Memori 4 GB RAM Hard Disk SATA 80 GB |
Harga | Lebih mahal | Lebih murah |
Sistem Pendingin | Perlu pendingin khusus untuk menghilangkan panas yang dihasilkan | Tidak perlu sistem pendingin khusus (cukup dengan pendingin kipas pada masing-masing komputer |
Peningkatan Kinerja / Upgrade | Sulit untuk diupgrade (karena harus mengganti hardware lama dengan yang baru) | Sangat mudah untuk diupgrade (hanya dengan menambah jumlah komputer) |
Dimensi / ruang | Sederhana (tidak perlu ruang yang luas) | Diperlukan ruang yang lebih luas |
Sistem Operasi | UNIX, LINUX | UNIX, LINUX, dan Windows |
5. APLIKASI CLUSTER KOMPUTER
Aplikasi cluster komputer dalam bidang kimia adalah sebagai alat pemodelan molekul (perhitungan struktur dan sifat dari senyawasenyawa
kimia, makromolekul biologi, polimer, dan Kristal). Pemodelan molekul kimia dapat membantu para kimiawan untuk :
Mendesain awal proses reaksi sintesis yang diinginkan.
Mempelajari dan menjelajahi mekanisme reaksi yang mungkin terjadi dari desain awal yang telah dibuat,
Melakukan simulasi dinamika molekul dari reaksi yang diteliti, yang berlandaskan pada hukum-hukum interaksi yang ada dalam sistem,
Menentukan sifat-sifat dari molekul pereaksi maupun produk yang dihasilkan. Sifat-sifat molekul tersebut adalah energi, struktur, momen dipole, keterpolaran, dan lain lain. Sebagai contoh, cluster komputer digunakan untuk penelitian proses penuaan.
Proses penuaan tersebut dikaji dengan mempelajari mekanisme reaksi kerusakan basa sitosin karena penyerangan radikal OH. Pada contoh ini cluster komputer berperan untuk menentukan sifatsifat molekul (pereaksi maupun hasil reaksi) dan menjalankan software simulasi dinamika molekul. Penentuan sifat-sifat molekul dan simulasi dinamika molekul didasarkan pada perhitungan mekanika kuantum. Untuk penelitian tersebut digunakan cluster komputer dengan spesifikasi sebagai
berikut :
Cluster terdiri dari sebuah komputer server dan 4 buah komputer pribadi, dengan masing masing komputer memiliki spesifikasi :
- Prosesor : komputer server 2,4 GHz dual prosesor, Komputer pribadi 1,8 GHz,
- Memori : komputer server 1 GB, komputer pribadi 512 MB,
- Hard Disk : komputer server 80 GB SATA, komputer pribadi 20 GB.
Koneksi jaringan cluster komputer menggunakan Ethernet Card 1 GB,
Sistem Operasi Linux (Fedora Core 3),
Software Cluster yang digunakan adalah OSCAR,
Software pemodelan molekul yang digunakan adalah GAUSSIAN dan CPMD.
Dengan menggunakan spesifikasi cluster komputer tersebut, untuk mendapatkan hasil simulasi reaksi radikal yang berlangsung selama 576 femto detik (10-15 detik) diperlukan perhitungan cluster komputer selama ± 72 jam.
6. KESIMPULAN
Super komputer yang dahulu hanya merupakan suatu komputer tunggal dengan kinerja yang tinggi. Namun kini, kumpulan dari beberapa komputer tunggal dengan kinerja rendah menjadi satu kesatuan yang disebut cluster komputer dengan kinerja yang tinggi dapat pula dikatakan sebagai super komputer. Banyak kelebihan dari cluster komputer dibandingkan dengan super komputer tunggal, sehingga kini cluster komputer lebih berkembang pesat dibandingkan dengan super komputer tunggal. Cluster komputer dipergunakan untuk perhitungan yang memerlukan kinerja tinggi dan berulang-ulang, dalam bidang kimia dipergunakan untuk pemodelan kimia komputasi.
DAFTAR RUJUKAN
Buyya, Rajkumar, 1999. High Performance Cluster
Computing: Programming and Applications,
Volume 1, Prentice Hall, New Jersey, USA.
Prianto, B., 2007. Pemodelan Kimia Komputasi,
Berita Dirgantara, Vol. 8, No.1, LAPAN.
Rogers, D., 2003. Computational Chemistry Using
PC, 3rd Edition, John Wiley & Sons.
Wikipedia, Computer Cluster, http://www.en.
wikipedia.org/wiki/Computer_cluster,
23 November 2007.
Subscribe to:
Posting Komentar (Atom)
