Prolkn.id – Superkomputer adalah salah satu kelas komputer yang sangat kuat. Istilah ini umumnya diterapkan pada sistem berkinerja tinggi tercepat yang tersedia pada waktu tertentu. Komputer-komputer tersebut telah digunakan terutama untuk pekerjaan ilmiah dan teknik yang memerlukan perhitungan berkecepatan sangat tinggi.
Aplikasi umum untuk superkomputer mencakup pengujian model matematika untuk fenomena atau desain fisik yang kompleks, seperti iklim dan cuaca, evolusi kosmos, senjata dan reaktor nuklir, senyawa kimia baru (terutama untuk keperluan farmasi), dan kriptologi .
Ketika biaya superkomputer menurun pada tahun 1990-an, semakin banyak bisnis yang mulai menggunakan superkomputer untuk riset pasar dan model terkait bisnis lainnya.
Superkomputer memiliki ciri pembeda tertentu, berbeda dengan komputer konvensional, mereka biasanya memiliki lebih dari satu CPU (unit pemrosesan pusat), yang berisi sirkuit untuk menafsirkan instruksi program dan melaksanakan operasi aritmatika dan logika dalam urutan yang tepat.
Penggunaan beberapa CPU untuk mencapai kecepatan komputasi yang tinggi diharuskan oleh keterbatasan fisik teknologi sirkuit. Sinyal elektronik tidak dapat bergerak lebih cepat dari kecepatan cahaya, yang dengan demikian merupakan batas kecepatan mendasar untuk transmisi sinyal dan peralihan sirkuit.
Batasan ini hampir tercapai, karena miniaturisasi komponen sirkuit, pengurangan panjang kabel yang menghubungkan papan sirkuit, dan inovasi dalam teknik pendinginan (misalnya, dalam berbagai sistem superkomputer, sirkuit prosesor dan memori direndam dalam cairan kriogenik untuk mencapai suhu rendah di mana mereka beroperasi paling cepat).
Pengambilan data dan instruksi yang disimpan secara cepat diperlukan untuk mendukung kecepatan komputasi CPU yang sangat tinggi. Oleh karena itu, sebagian besar superkomputer memiliki kapasitas penyimpanan yang sangat besar, serta kemampuan input/output yang sangat cepat.
Ciri pembeda lainnya dari superkomputer adalah penggunaannya aritmatika vektor — yakni, mereka mampu mengoperasikan pasangan daftar angka, bukan sekadar pasangan angka. Misalnya, sebuah superkomputer dapat mengalikan daftar tingkat upah per jam untuk sekelompok pekerja pabrik dengan daftar jam kerja yang dilakukan oleh anggota kelompok tersebut untuk menghasilkan daftar dolar yang diperoleh setiap pekerja dalam waktu yang kira-kira sama dengan waktu yang dibutuhkan. komputer biasa untuk menghitung jumlah yang diperoleh hanya oleh satu pekerja.
Superkomputer awalnya digunakan dalam aplikasi yang berkaitan dengan keamanan nasional, termasuk desain senjata nuklir dan kriptografi. Saat ini mereka juga secara rutin dipekerjakan oleh industri dirgantara, perminyakan, dan otomotif. Selain itu, superkomputer telah banyak diterapkan di bidang-bidang yang melibatkan teknik atau penelitian ilmiah, misalnya dalam studi tentang struktur partikel subatom serta asal usul dan sifat alam semesta.
Superkomputer telah menjadi alat yang sangat diperlukan dalam prakiraan cuaca: prediksi kini didasarkan pada model numerik. Ketika harga superkomputer menurun, penggunaannya menyebar ke seluruh dunia Permainan Online. Secara khusus, superkomputer Tiongkok tercepat ke-5 hingga ke-10 pada tahun 2007 dimiliki oleh sebuah perusahaan dengan hak daring di Tiongkok atas permainan elektronik World of Warcraft, yang terkadang memiliki lebih dari satu juta orang yang bermain bersama di dunia permainan yang sama.
Perkembangan Sejarah
Meskipun superkomputer awal dibuat oleh berbagai perusahaan, satu individu, Seymour Cray, benar-benar mendefinisikan produk sejak awal. Cray bergabung dengan perusahaan komputer bernama Engineering Research Associates (ERA) pada tahun 1951.
Ketika ERA diambil alih oleh Remington Rand, Inc. (yang kemudian bergabung dengan perusahaan lain menjadi Unisys Corporation ), Cray pergi bersama pendiri ERA, William Norris, untuk memulai Control Data Corporation (CDC) pada tahun 1957.
Pada saat itu lini komputer UNIVAC Remington Rand dan IBM telah membagi sebagian besar pasar untuk komputer bisnis, dan, alih-alih menantang struktur penjualan dan dukungan mereka yang luas, CDC berusaha menangkap pasar yang kecil namun menguntungkan untuk komputer ilmiah yang cepat.
CDC 1604 rancangan Cray adalah salah satu komputer pertama yang menggantikan tabung vakum dengan transistor dan cukup populer di laboratorium ilmiah. IBM menanggapinya dengan membangun komputer ilmiahnya sendiri, IBM 7030—umumnya dikenal sebagai Stretch—pada tahun 1961.
Namun, IBM, yang lambat dalam mengadopsi transistor, hanya menemukan sedikit pembeli untuk hibrida tabung-transistornya, berapa pun kecepatannya, dan untuk sementara menarik diri dari bidang superkomputer setelah mengalami kerugian yang mengejutkan, pada saat itu, sebesar $20 juta.
Pada tahun 1964 Cray CDC 6600 menggantikan Stretch sebagai komputer tercepat di dunia; ia dapat menjalankan tiga juta operasi floating-point per detik (FLOPS), dan istilah superkomputer segera diciptakan untuk menggambarkannya.
Cray meninggalkan CDC untuk memulai Cray Research, Inc., pada tahun 1972 dan pindah lagi pada tahun 1989 untuk membentuk Cray Computer Corporation. Setiap kali dia pindah, perusahaan lamanya terus memproduksi superkomputer berdasarkan desainnya.
Cray sangat terlibat dalam setiap aspek pembuatan komputer yang dibuat oleh perusahaannya. Secara khusus, dia adalah seorang jenius dalam pengemasan padat komponen elektronik yang membentuk komputer. Dengan desain yang cerdas, ia memotong jarak yang harus ditempuh sinyal, sehingga mempercepat mesin.
Dia selalu berusaha untuk menciptakan komputer tercepat untuk pasar ilmiah, selalu diprogram dalam bahasa pemrograman ilmiah pilihan (FORTRAN), dan selalu mengoptimalkan mesin untuk menuntut aplikasi ilmiah—misalnya persamaan diferensial , manipulasi matriks, dinamika fluida, analisis seismik, dan pemrograman linier.
Di antara prestasi perintis Cray adalah Cray-1 , diperkenalkan pada tahun 1976, yang merupakan implementasi pemrosesan vektor pertama yang berhasil (artinya, seperti dibahas di atas, ia dapat beroperasi pada pasangan daftar angka, bukan sekadar pasangan angka).
Cray juga merupakan salah satu pionir dalam membagi komputasi kompleks di antara beberapa prosesor, sebuah desain yang dikenal sebagai “multiproses.” Salah satu mesin pertama yang menggunakan multiprosesor adalah Cray X-MP, yang diperkenalkan pada tahun 1982, yang menghubungkan dua komputer Cray-1 secara paralel untuk melipatgandakan kinerja individualnya. Pada tahun 1985, Cray-2, komputer dengan empat prosesor, menjadi mesin pertama yang melampaui satu miliar FLOPS.
Sementara Cray menggunakan prosesor khusus yang mahal dan sistem pendingin imersi cair untuk mencapai rekor kecepatannya, pendekatan baru yang revolusioner akan segera muncul.W. Daniel Hillis, seorang mahasiswa pascasarjana di Massachusetts Institute of Technology, memiliki ide baru yang luar biasa tentang cara mengatasi kemacetan yang terjadi dengan meminta CPU mengarahkan komputasi di antara semua prosesor.
Hillis melihat bahwa dia dapat menghilangkan hambatan tersebut dengan menghilangkan semua CPU yang mengendalikan dan mendukung kontrol yang terdesentralisasi, atau terdistribusi. Pada tahun 1983 Hillis ikut mendirikanThinking Machines Corporation untuk merancang, membangun, dan memasarkannya komputer multiprosesor.
Pada tahun 1985, Mesin Koneksi pertamanya, theCM-1 (dengan cepat digantikan oleh penerusnya yang lebih komersial, CM-2), diperkenalkan. CM-1 menggunakan 65.536 prosesor satu-bit yang sangat murah, dikelompokkan 16 ke dalam sebuah chip (dengan total 4.096 chip), untuk mencapai beberapa miliar FLOPS untuk beberapa perhitungan— kira-kira sebanding dengan superkomputer tercepat milik Cray.
Hillis awalnya terinspirasi oleh cara otak menggunakan jaringan kompleks neuron sederhana (jaringan saraf) untuk mencapai komputasi tingkat tinggi. Faktanya, tujuan awal dari mesin ini melibatkan pemecahan masalah dalam kecerdasan buatan, yaitu pengenalan pola wajah.
Dengan menetapkan setiap piksel gambar ke prosesor terpisah, Hillis menyebarkan beban komputasi, tetapi hal ini menimbulkan masalah komunikasi antar prosesor. Topologi jaringan yang ia kembangkan untuk memfasilitasi komunikasi prosesor adalah “12 dimensi ”hypercube ”—yaitu, setiap chip dihubungkan langsung ke 12 chip lainnya.
Mesin-mesin ini dengan cepat dikenal sebagai komputer paralel secara besar-besaran. Selain membuka jalan bagi arsitektur multiprosesor baru, mesin Hillis menunjukkan bagaimana prosesor umum, atau komoditas, dapat digunakan untuk mencapai hasil superkomputer.
Aplikasi kecerdasan buatan umum lainnya untuk multiprosesor adalah catur . Misalnya, pada tahun 1988 HiTech, yang dibangun di Universitas Carnegie Mellon, Pittsburgh, Pa, menggunakan 64 prosesor khusus (satu untuk setiap kotak di papan catur) untuk menjadi komputer pertama yang mengalahkan seorang grandmaster dalam sebuah pertandingan.
Pada bulan Februari 1996 IBM Deep Blue , menggunakan 192 prosesor RS/6000 yang ditingkatkan secara khusus, adalah komputer pertama yang mengalahkan juara dunia, Garry Kasparov , dalam permainan “lambat. Ia kemudian ditugaskan untuk memprediksi cuaca di Atlanta, Georgia, selama Olimpiade Musim Panas 1996 . Penggantinya (sekarang dengan 256 custom prosesor catur) mengalahkan Kasparov dalam pertandingan balasan enam pertandingan pada Mei 1997.
Namun, seperti biasa, aplikasi utama superkomputer adalah militer. Dengan ditandatanganinya Perjanjian Larangan Uji Coba Komprehensif oleh Amerika Serikat pada tahun 1996, kebutuhan akan program sertifikasi alternatif untuk persediaan nuklir negara yang menua membuat Departemen Energi mendanai program tersebut.
Inisiatif Komputasi Strategis yang Dipercepat (ASCI). Tujuan dari proyek ini adalah untuk mencapai pada tahun 2004 sebuah komputer yang mampu melakukan simulasi uji coba nuklir — suatu prestasi yang membutuhkan mesin yang mampu mengeksekusi 100 triliun FLOPS (100 TFLOPS; komputer tercepat yang ada pada saat itu adalah Cray T3E, yang mampu melakukan 150 miliar FLOPS).
ASCI Red, yang dibangun di Sandia National Laboratories di Albuquerque, NM, bersama Intel Corporation, adalah yang pertama mencapai 1 TFLOPS. Menggunakan 9.072 prosesor standar Pentium Pro, mencapai 1,8 TFLOPS pada bulan Desember 1996 dan beroperasi penuh pada bulan Juni 1997.
Sementara pendekatan multiprosesing besar-besaran berlaku di Amerika Serikat, diJepang NEC Corporation kembali ke pendekatan lama yaitu merancang chip komputer secara khusus— untuk tujuan Earth Simulator, yang mengejutkan banyak ilmuwan komputer dengan menduduki peringkat pertama dalam daftar kecepatan superkomputer TOP500 industri pada tahun 2002.
Namun, posisi ini tidak bertahan lama, karena pada tahun 2004 merupakan prototipe IBMBlue Gene/L, dengan 8.192 node pemrosesan, mencapai kecepatan sekitar 36 TFLOPS, hanya melebihi kecepatan Earth Simulator. Setelah dua kali lipat jumlah prosesornya, theASCI Blue Gene/L, dipasang pada tahun 2005 di Sandia National Laboratories di Livermore, California, menjadi mesin pertama yang melampaui angka 100 TFLOPS yang didambakan, dengan kecepatan sekitar 135 TFLOPS.
Mesin Blue Gene/L lainnya, dengan arsitektur serupa, menempati banyak posisi teratas dalam daftar TOP500 berturut-turut. Dengan perbaikan rutin, ASCI Blue Gene/L mencapai kecepatan lebih dari 500 TFLOPS pada tahun 2007. Superkomputer IBM ini juga patut diperhatikan karena pilihan sistem operasinya , Linux , dan dukungan IBM untuk pengembangannya.
Komputer pertama yang melebihi 1.000 TFLOPS, atau 1 petaflop, dibuat oleh IBM pada tahun 2008. Dikenal sebagaiRoadrunner, untuk negara bagian New Mexico, mesin ini pertama kali diuji di fasilitas IBM di New York, dan mencapai pencapaian tersebut, sebelum dibongkar untuk dikirim ke Laboratorium Nasional Los Alamos di New Mexico.
Versi pengujian menggunakan 6.948 microchip Opteron dual-core dari Advanced Micro Devices (AMD) dan 12.960 Cell Broadband Engines IBM (pertama kali dikembangkan untuk digunakan dalam sistem video Sony Computer Entertainment PlayStation 3).
Prosesor Sel dirancang khusus untuk menangani perhitungan matematis intensif yang diperlukan untuk menangani mesin simulasi realitas virtual dalam permainan elektronik — sebuah proses yang cukup analog dengan perhitungan yang diperlukan oleh peneliti ilmiah yang menjalankan model matematika mereka.
Kemajuan dalam bidang komputasi menempatkan para peneliti pada atau melewati ambang kemampuan, untuk pertama kalinya, melakukan simulasi komputer berdasarkan prinsip fisika pertama—bukan sekadar model yang disederhanakan. Hal ini pada gilirannya meningkatkan prospek terobosan di berbagai bidang seperti meteorologi dan analisis iklim global, desain farmasi dan medis, material baru, dan teknik dirgantara.
Hambatan terbesar untuk mewujudkan potensi penuh dari superkomputer adalah upaya besar yang diperlukan untuk menulis program sedemikian rupa sehingga berbagai aspek dari suatu masalah dapat dioperasikan secara bersamaan oleh sebanyak mungkin prosesor yang berbeda.
Bahkan mengelola hal ini pada kurang dari selusin prosesor, seperti yang biasa digunakan pada komputer pribadi modern, telah menolak solusi sederhana apa pun, meskipun inisiatif sumber terbuka IBM , dengan dukungan dari berbagai mitra akademis dan perusahaan, mengalami kemajuan pada tahun 1990an dan 2000an. (*/red)
Referensi:
– britannica.com/technology/supercomputer
