Parallel Computation | Architectural Parallel Computer

DISUSUN OLEH :

Nama : Rama Wicaksana

NIM  : 11510030

Kampus : STTC (Sekolah Tinggi Teknik Cendekia)

Arsitektur paralel komputer menurut Klasifikasi Flynn’s:

        SISD (Single Instruction – Single Data)
        Komputer ini adalah tipe komputer konvensional, komputer ini memiliki hanya satu prosesor dan satu instruksi yang dieksekusi secara serial. Menurut mereka tipe komputer ini tidak ada dalam praktik komputer paralel karena bahkan mainframe pun tidak lagi menggunakan satu prosesor. Klasifikasi ini sekedar untuk melengkapi definisi komputer paralel.
Beberapa contoh komputer yang menggunakan model SISD yaitu seperti : UNIVAC1, IBM 360, CDC 7600, Cray 1 dan PDP 1.

        SIMD (Single Instruction – Multiple Data)
        Komputer ini memiliki lebih dari satu prosesor, tetapi hanya mengeksekusi satu instruksi secara paralel pada data yang berbeda pada level lock-step. Komputer vektor adalah salah satu komputer paralel yang menggunakan arsitektur ini.
Beberapa contoh komputer yang menggunakan model SIMD yaitu seperti : ILLIAC IV, MasPar, Cray X-MP, Cray Y-MP, Thingking Machine CM-2 dan Cell Processor (GPU).

        MISD (Multiple Instructions – Single Data)
        Teorinya komputer ini memiliki satu prosesor dan mengeksekusi beberapa instruksi secara paralel tetapi praktiknya tidak ada komputer yang dibangun dengan arsitektur ini karena sistemnya tidak mudah dipahami. Sampai saat ini belum ada komputer yang menggunakan model MISD.

        MIMD (Multiple Instructions – Multiple Data)
        Komputer ini memiliki lebih dari satu prosesor dan mengeksekusi lebih dari satu instruksi secara paralel. Tipe komputer ini yang paling banyak digunakan untuk membangun komputer paralel, bahkan banyak supercomputer yang menerapkan arsitektur ini. Beberapa komputer yang menggunakan model MIMD yaitu seperti : IBM POWER5, HP/Compaq AlphaServer, Intel IA32, AMD Opteron, Cray XT3 dan IBM BG/L.

        Sistem komputer paralel dibedakan dari cara kerja memorinya menjadi shared memory dan distributed memory. Shared memory berarti memori tunggal diakses oleh satu atau lebih prosesor untuk menjalankan instruksi sedangkan distributed memory berarti setiap prosesor memiliki memori sendiri untuk menjalankan instruksi. Adapun komponen-komponen utama dari arsitektur komputer paralel cluster PC antara lain:

·         Prosesor (CPU). Bagian paling penting dalam sistem, untuk multicore terdapat lebih dari satu core yang mengakses sebuah memori (shared memory).

·         Memori. Bagian ini dapat diperinci lagi menjadi beberapa bagian penyusunnya seperti RAM, cache memory dan memori eksternal.

·         Sistem Operasi. Software dasar untuk menjalankan sistem komputer.

·         Cluster Middleware. Antarmuka antara hardware dan software.

·         Programming Environment dan Software Tools. Software yang digunakan untuk pemrograman paralel termasuk software pendukungnya.

·         User Interface. Software yang menjadi perantara hardware dengan user.

·         Aplikasi. Software berisi program permasalahan yang akan diselesaikan.

·         Jaringan. Penghubung satu PC (prosesor) dengan PC yang lain sehingga memungkinkan pemanfaatan sumberdaya secara simultan.

Sumber :
http://seto.citravision.com/berita-48-parallel-computation%E2%80%93architectural-parallel-computer.html

Parallel Computation | Distrubuted Processing

DISUSUN OLEH :

Nama : Rama Wicaksana

NIM  : 11510030

Kampus : STTC (Sekolah Tinggi Teknik Cendekia)

      Pemrosesan paralel adalah pendekatan komputasi untuk meningkatkan tingkat di mana satu set data diolah dengan pengolahan bagian yang berbeda dari data pada waktu yang sama secara simultan atau bersamaan pada sebuah komputer dan berfungsi memecah beban besar menjadi beberapa beban kecil untuk mempercepat proses penyelesaian masalah. 

      Didistribusikan pengolahan paralel menggunakan pemrosesan paralel pada beberapa mesin. Salah satu contoh dari hal ini adalah bagaimana beberapa komunitas memungkinkan pengguna untuk mendaftar dan mendedikasikan komputer mereka sendiri untuk memproses beberapa data set yang diberikan kepada mereka oleh server. Ketika ribuan pengguna mendaftar untuk ini, banyak data dapat diproses dalam jumlah yang sangat singkat.

      Tipe lain dari komputasi paralel yang kadang-kadang disebut "didistribusikan" adalah gagasan dari sebuah komputer paralel cluster. Sebuah cluster akan banyak CPU terhubung melalui kecepatan tinggi koneksi ethernet ke hub sentral (Server) yang memberi masing-masing beberapa pekerjaan yang harus dilakukan. Metode cluster mirip dengan metode yang dijelaskan dalam paragraf di atas, kecuali bahwa semua CPU secara langsung terhubung ke server, dan satu-satunya tujuan mereka adalah untuk melakukan perhitungan yang diberikan kepada mereka.

Parallel distributed computing dapat dibentuk dari :

• Konsep pertemuan yang menggabungkan fitur RPC dan monitor.
• PVM (Parallel Virtual Machine) untuk mendukung workstation clusters.
• MPI (Message-Passing Interface) programming GUI untuk parallel computers.

Sumber : 

http://seto.citravision.com/berita-47-parallel-computation--distributed-processing.html

Parallel Computation | Parallelism Concept

DISUSUN OLEH :

Nama : Rama Wicaksana

NIM  : 11510030

Kampus : STTC (Sekolah Tinggi Teknik Cendekia)

Parallelism Concept

     Pada dasarnya, konsep parallel system merupakan suatu bentuk penawaran solusi dari proses computing yang terlalu berat, sehingga dapat dipecah sedemikian hingga tidak memberatkan system kerja komputer itu sendiri. Konsep program parallel :

-  Memerintahkan set instruksi (pandangan programmer).

-  File executable (pandangan sistem operasi)

     Komputasi paralel didefinisikan sebagai penggunaan sekumpulan sumberdaya komputer secara simultan untuk menyelesaikan permasalahan komputasi. Secara prinsip komputer paralel membagi permasalahan sehingga menjadi lebih kecil untuk dikerjakan oleh setiap prosesor / CPU dalam waktu yang bersamaan/simultan / concurrent dan prinsip ini disebut paralelisme.

     Sebenarnya prinsip paralelisme juga sudah diterapkan dalam komputer serial misal dengan pipelining dan superscalar-nya namun demikian tidak memberikan solusi terbaik dalam hal meningkatkan performansi dikarenakan terbatasnya kemampuan untuk menambah kecepatan prosesor dan fenomena memory bottleneck.  Tingkat paralelisme dalam komputasi khususnya pada prosesor di antaranya :

-  Paralelisme bit-level. Contoh : prosesor 32 bit dan prosesor 64 bit.

-  Paralelisme instruction set-level. Contoh : CISC dan RISC.

-  Paralelisme thread-level. Contoh : Intel hyperthreading.

     Paralelisme lain yang juga berkembang dalam komputasi paralel adalah paralelisme data dan paralelisme fungsi. Perkembangan teknologi prosesor : prosesor singlecore superscalar, chip multiprocessor, prosesor multicore, hingga prosesor cell memberikan kontribusi terhadap peningkatan performansi komputer parallel.

Sumber :

http://seto.citravision.com/berita-46-parallel-computation--parallelism-concept.html

Pengantar Quantum Computation | Algoritma Shor

DISUSUN OLEH :

Nama : Rama Wicaksana

NIM  : 11510030

Kampus : STTC (Sekolah Tinggi Teknik Cendekia)

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 terhadap bilanga interger atau bulat yang besar.

Efisiensi Algoritma Shor adalah karena efisiensi kuantum “Transformasi Fourier, dan modular eksponensial”. Jika sebuah omputer kuantum dengan jumlah yang memadai qubit dapat beroperasi tanpa mengalah kebisingan dan fenomena interferensi kuantum lainnya, algoritma Shor dapat digunakan untuk memecahkan kriptografi kunci omput skema seperti banyak digunakan skema RSA.

Algoritma Shor terdiri dari 2 bagian:

1.  Penurunan yang omp dilakukan pada omputer klasik, dari masalah anjak untuk masalah ketertiban-temuan.
2. 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- atau post-processing klasik. Ada beberapa pendekatan untuk membangun dan mengoptimalkan sirkuit untuk eksponensial modular. Yang paling sederhana saat ini yaitu pendekatan paling praktis dengan menggunakan dan 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.

Sumber : http://seto.citravision.com/berita-45-pengantar-quantum-computation--algoritma-shor.html

Pengantar Quantum Computation | Quantum gates(gerbang kuantum)

DISUSUN OLEH :

Nama : Rama Wicaksana

NIM  : 11510030

Kampus : STTC (Sekolah Tinggi Teknik Cendekia)

Sebuah gerbang kuantum atau kuantum gerbang logika adalah sirkuit kuantum dasar operasi pada sejumlah kecil qubit. Mereka adalah analog untuk komputer kuantum untuk gerbang logika klasik untuk komputer digital konvensional. Quantum gerbang logika yang reversibel, tidak seperti banyak gerbang logika klasik. Beberapa yang universal gerbang logika klasik, seperti Toffoli gerbang, memberikan reversibilitas dan dapat langsung dipetakan ke logika kuantum gerbang. Quantum gerbang logika yang diwakili oleh matriks kesatuan. Gerbang kuantum yang paling umum beroperasi pada ruang satu atau dua qubit. Ini berarti bahwa sebagai matriks, gerbang kuantum dapat dijelaskan oleh 2 x 2 atau 4 x 4 matriks dengan baris ortonormal. Penyelidikan logika kuantum gerbang tidak berhubungan dengan logika kuantum, yang merupakan formalisme dasar untuk mekanika kuantum didasarkan pada modifikasi beberapa aturan logika proposisional.

Contoh :
   
     Hadamard gate, gerbang ini beroperasi pada qubit tunggal. Hal ini diwakili oleh matriks Hadamard representasi grafis dari Hadamard gate :
$$ H = \ frac {1} {\ sqrt {2}} \ begin {} bmatrix 1 & 1 \\ 1 & -1 \ end {} $$ bmatrix
Karena baris dari matriks ortogonal, H memang matriks kesatuan.

     Phase shifter gates, Gates di kelas ini beroperasi pada qubit tunggal. Mereka diwakili oleh 2 x 2 matriks dari bentuk:
$$ R (\ theta) = \ begin {} bmatrix 1 & 0 \\ 0 & e ^ {2 \ pi i \ theta} \ end {} $$ bmatrix
di mana θ adalah pergeseran fasa.

     Controlled gates, misalkan U adalah gerbang yang beroperasi pada qubit tunggal dengan representasi matriks :
$$ U = \ begin {} bmatrix x_ {} 00 & x_ {} 01 \\ x_ {} 10 & x_ {} 11 \ end {} $$ bmatrix
Dikendalikan-U gerbang adalah pintu gerbang yang beroperasi pada dua qubit sedemikian rupa bahwa qubit pertama berfungsi sebagai kontrol. Representasi grafis dari dikendalikan-U gerbang, sebagai berikut :

|00⟩ ↦ |00⟩

|01⟩ ↦ |01⟩

|10⟩ ↦ |1⟩U|0⟩ = |1⟩ (x00|0⟩ + x01|1⟩)

|11⟩ ↦ |1⟩U|1⟩ = |1⟩ (x10|0⟩ + x11|1⟩)

Jadi matriks gerbang U dikendalikan adalah sebagai berikut:
$$ \ operatorname {C} (U) = \ begin {} bmatrix 1 & 0 & 0 & 0 \\ 0 & 1 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & x_ {} 00 & x_ {} 01 \\ 0 & 0 & x_ {} 10 & x_ {} 11 \ end {} $$ bmatrix

     Uncontrolled gate, mencatat perbedaan antara gerbang dikendalikan-U dan 2 qubit gerbang representasi grafis yang tidak terkendali yang tidak terkendali gerbang U Saya ⊗ U didefinisikan sebagai berikut:

|00⟩ ↦ |0⟩U|0⟩

|01⟩ ↦ |0⟩U|1⟩

|10⟩ ↦ |1⟩U|0⟩

|11⟩ ↦ |1⟩U|1⟩

represented by the unitary matrix :

$$ \ begin {} bmatrix x_ {} 00 & x_ {} 01 & 0 & 0 \\ x_ {} 10 & x_ {} 11 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & x_ {} 00 & x_ {} 01 \\ 0 & 0 & x_ {} 10 & x_ {} 11 \ end {} bmatrix. $$
Karena gerbang ini dapat direduksi menjadi lebih gerbang SD biasanya tidak termasuk dalam repertoar dasar gerbang kuantum. Hal ini disebutkan di sini hanya untuk kontras dengan gerbang dikendalikan sebelumnya.

Universal Quantum Gates
     Satu set gerbang kuantum universal setiap set gerbang yang operasi apapun yang mungkin terjadi pada komputer kuantum dapat dikurangi. Satu set sederhana dari dua qubit gerbang kuantum universal gerbang Hadamard (H), rotasi fase gerbang $ R (\ cos ^ {- 1} \ begin {matrix} \ frac {3} {5} \ end {matrix} )) $, dan-tidak dikendalikan gerbang, kasus khusus dari terkontrol-U seperti :

$$ \ operatorname {} CNOT = \ begin {} bmatrix 1 & 0 & 0 & 0 \\ 0 & 1 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 0 & 1 \\ 0 & 0 & 1 & 0 \ end { bmatrix} $$.

Sebuah single-gerbang set gerbang kuantum universal yang juga dapat dirumuskan dengan menggunakan tiga qubit Deutsch gerbang, D (θ)

$$ \ operatorname {D (\ theta)}: | i, j, k \ rangle \ Rightarrow \ begin {} kasus i \ cos (\ theta) | i, j, k \ rangle + \ sin (\ theta) | i, j, k-1 \ rangle & \ mbox {} untuk i = j = 1 \\ | i, j, k \ rangle & \ mbox {} dinyatakan \ end {} $$ kasus

Universal klasik gerbang logika, yang Toffoli gerbang, direduksi menjadi gerbang Deutsch, $ D (\ begin {matrix} \ frac {\ pi} {2} \ end {matrix}) $, sehingga menunjukkan bahwa semua operasi logika klasik bisa dilakukan pada sebuah komputer kuantum universal.

Referensi

M. Nielsen dan I. Chuang, Quantum Perhitungan dan Quantum Informasi, Cambridge University Press, 2000.

Pengantar Quantum Computation | Pengoperasian data qubit

DISUSUN OLEH :

Nama : Rama Wicaksana

NIM  : 11510030

Kampus : STTC (Sekolah Tinggi Teknik Cendekia)

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

      Dalam komputer kuantum, sejumlah partikel elemental seperti elektron atau proton 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 dimana 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 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.

Sumber : http://seto.citravision.com/berita-43-pengantar-quantum-computation--pengoperasian-data-qubit.html